市政道路瀝青路面結(jié)構(gòu)類型及破壞原因探索

王威+錢劍雄

摘 要：本文介紹了市政道路中常用的四種瀝青路面結(jié)構(gòu)類型：瀝青碎石、瀝青表面處治、瀝青貫入式和瀝青混凝土，并詳細(xì)分析了這四種類型路面結(jié)構(gòu)各自的特點(diǎn)。以最常見(jiàn)的瀝青混凝土為例，詳述了市政道路的四種主要破壞形式：裂縫、變形、表面損壞、泛油，并以最主要的破壞形式裂縫為例，詳述了裂縫產(chǎn)生的各種原因。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；結(jié)構(gòu)類型；破壞形式；開(kāi)裂機(jī)理

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市道路等級(jí)越來(lái)越高，作為高等級(jí)路面形式的瀝青混凝土路面，越來(lái)越多地出現(xiàn)在城市道路中。

由于城市道路交通量的不斷攀升，以及氣候條件的影響，瀝青混凝土路面無(wú)論采用性能如何優(yōu)秀的原材料進(jìn)行鋪筑，其路面的開(kāi)裂仍然無(wú)法避免。對(duì)于城市道路混凝土路面的開(kāi)裂，很多學(xué)者已經(jīng)從混合料的性能及路面結(jié)構(gòu)等方面做了卓有成效的研究，但仍顯不足，下面分別從瀝青路面結(jié)構(gòu)的類型、特點(diǎn)、破壞形式及成因、開(kāi)裂機(jī)理等方面進(jìn)行研究。

一、常用瀝青路面結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)

目前，市政道路中，根據(jù)道路等級(jí)的不同，常用的瀝青路面主要有4種類型，即瀝青碎石、瀝青表面處治、瀝青貫入式和瀝青混凝土。

瀝青表面處治是一種厚度不大于3cm，用瀝青和細(xì)集料鋪筑的薄層面層，由于結(jié)構(gòu)較薄，對(duì)道路整體強(qiáng)度和剛度提高不顯著，主要發(fā)揮抵抗磨耗，防水，提高平整度等作用。表面摩擦系數(shù)大，有利于行車安全。

瀝青貫入式是一種較厚的，在壓實(shí)的碎石層上分層澆灑瀝青、嵌縫料，然后壓實(shí)而形成的的面層。它靠顆粒間的嵌鎖作用及粘結(jié)作用提供較高的強(qiáng)度，作為面層時(shí)，必須用封面料密實(shí)表面，以減少地表水滲入。

瀝青碎石混合料是用瀝青與粗集料、細(xì)集料、填料拌合而成的半開(kāi)級(jí)配瀝青混合料。采用熱拌熱鋪工藝鋪筑路面結(jié)構(gòu)。構(gòu)成組份中粗集料多、細(xì)集料少、空隙大、造價(jià)低?？刹捎眉袕S拌生產(chǎn)，路面抗滑性能好，高溫穩(wěn)定性好。但耐久性較差、抗疲勞性比混凝土差。

瀝青混凝土混合料是按連續(xù)級(jí)配的原則，由一定比例的粗集料、細(xì)集料、填料、瀝青在較高溫度下按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求拌合而成的礦質(zhì)混合料，簡(jiǎn)稱瀝青混凝土。

瀝青混凝土具有較多優(yōu)點(diǎn)：整體性好、噪音低、水穩(wěn)性高、強(qiáng)度高、抵抗行車和自然因素破壞作用能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種等級(jí)道路的瀝青路面面層。

目前，這種混合料在我國(guó)和世界上其國(guó)家和地區(qū)的高級(jí)路面中擔(dān)當(dāng)著主要的角色，適用于各種等級(jí)的道路如城市道路及一般公路、國(guó)省道等。下面就著重以瀝青混凝土路面的破壞為分析對(duì)象，研究城市道路的破壞形式。

二、瀝青混凝土路面主要破壞形式及原因

在城市的道路中，瀝青混凝土路面常見(jiàn)的破壞形式主要有：裂縫、變形、表面損壞、其他損壞等四種形式，其中每一種損壞形式又可細(xì)分為不同的破壞方式，下面就上述幾種破壞形式進(jìn)行分析。

1、裂縫

市政道路中，最常見(jiàn)的路面損壞就是裂縫，具體可以分為橫向裂縫、縱向裂縫、龜裂和塊裂等幾種形式。

橫向裂縫開(kāi)裂方向垂直于行車方向，裂縫的間隔不等，裂縫數(shù)量逐年增加，是市政道路瀝青路面中最常見(jiàn)的裂縫之一，通常被視為早期損壞現(xiàn)象。根據(jù)裂縫開(kāi)展的原因不同，橫向裂縫又分為荷載型裂縫、非荷載型裂縫兩類。當(dāng)路面承載能力下降、強(qiáng)度不足以承擔(dān)車輛載荷作用時(shí)，在路面的底面就首先開(kāi)裂了。在車輛反復(fù)荷載作用下，裂縫向上擴(kuò)展，并且因?yàn)橄聦娱_(kāi)裂，導(dǎo)致瀝青頂面應(yīng)力集中而開(kāi)裂。非荷載型裂縫的成因可以是溫縮或反射或不均勻沉降或凍脹等等，其中比例最高的是溫縮裂縫和反射裂縫。

縱向裂縫基本上平行于道路中心線，一般發(fā)生在距路邊緣3～5米的車道內(nèi)。縱向裂縫產(chǎn)生的原因有多種，如荷載過(guò)大、承載能力不足、縱向接縫不好、壓實(shí)度不均。

龜裂常伴有沉陷和唧漿現(xiàn)象，是路面在重復(fù)荷載作用下的疲勞損壞。早期表現(xiàn)為相互交錯(cuò)的裂縫，之后發(fā)展為多邊形裂塊，接縫間交角成直角或鈍角，主因?yàn)榉瓷淞芽p、溫度變化、瀝青老化。

2、變形

變形是瀝青路面破壞的另一種形式，主要表現(xiàn)為沉陷、車轍、推擠。沉陷系指路面局部凹陷，路基壓實(shí)不足導(dǎo)致的后續(xù)沉降，常伴有貫穿整個(gè)路面的結(jié)構(gòu)性破壞；車轍一般在高溫季節(jié)，在車輛的反復(fù)碾壓下，瀝青面層產(chǎn)生永久變形或塑性流動(dòng)，常有以下三種類型：結(jié)構(gòu)性車轍，流動(dòng)性車轍，磨損性車轍。

3、表面損壞

常見(jiàn)的表面損壞包括磨光、麻面、剝落、坑槽四種，磨光是指外露的集料在輪胎的反復(fù)摩擦下逐漸光滑的現(xiàn)象，其原因是集料質(zhì)地較軟、級(jí)配不當(dāng)、瀝青偏多等。

麻面是指市政道路的粗細(xì)集料離散的現(xiàn)象，其主要成因是集料間粘結(jié)力不足。

剝落的瀝青面層局部呈現(xiàn)松散現(xiàn)象，尤其是在水的作用下，集料與瀝青粘附逐漸減小直至脫落，導(dǎo)致路面形成坑槽。

4、泛油

在夏天市政道路中，常見(jiàn)瀝青在車輛的碾壓下滲出路面，形成一層光澤的瀝青膜即為泛油。泛油可造成市政道路構(gòu)造深度逐漸減小，抗滑性能逐漸降低，影響行車安全。原因可能是瀝青用量偏多或者殘留空隙率偏小。

三、裂縫的開(kāi)裂機(jī)理

1、低溫引起的橫向裂縫

市政道路中的瀝青混凝土結(jié)構(gòu)，直接與外界接觸，當(dāng)氣溫下降時(shí)，瀝青就會(huì)收縮，由于瀝青路面沒(méi)有收縮縫，于是變形就會(huì)受到基層及路面板體約束，導(dǎo)致瀝青內(nèi)部拉應(yīng)力超過(guò)承載能力及松弛能力而開(kāi)裂。

2、應(yīng)力效應(yīng)的疊加

溫度下降時(shí)，瀝青混凝土表面溫度比基層低，由于基層的約束及自重作用，瀝青混凝土表層不能自由翹曲，從而在表面出現(xiàn)了拉應(yīng)力，而在底面則為壓應(yīng)力。溫度應(yīng)力松弛與這些應(yīng)力相加后，其表面拉應(yīng)力將更大，直接導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂縫。

3、溫度應(yīng)力的反復(fù)作用

在原先有裂縫的地方，在第二年氣溫較低時(shí)，瀝青混凝土層將再次收縮。如果基層的摩擦力較小，在實(shí)際收縮時(shí)，裂縫就會(huì)變寬；反之就不會(huì)收縮，但新裂縫就會(huì)產(chǎn)生，導(dǎo)致裂縫數(shù)量增加。

溫度應(yīng)力的反復(fù)作用，將導(dǎo)致瀝青混凝土面層出現(xiàn)疲勞，使得極限拉伸應(yīng)變變小，加上瀝青老化等因素，裂縫隨著路齡增加而增加。

4、反射裂縫

當(dāng)市政道路面層下部的拉應(yīng)力超過(guò)了瀝青混凝士的極限強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生反射裂縫。出現(xiàn)反射裂縫的根本原因是在偏荷載的作用下的主拉應(yīng)力和溫度變化下導(dǎo)致的收縮應(yīng)力。

在秋冬低溫環(huán)境下，當(dāng)瀝青混凝土基層開(kāi)裂后，由于基層失去了抵抗拉應(yīng)力的能力，就會(huì)在開(kāi)裂處將拉應(yīng)力傳遞到面層。反射裂縫是市政道路瀝青面層早期劣化的禍源，加重了路面的維修負(fù)擔(dān)，縮短了路面的使用壽命。

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