高速公路瀝青路面耐久性及早期損壞分析

魏健，徐承明，陳毅

（杭州都市高速公路有限公司，杭州310000）

1 引言

目前，高速公路普遍采用改性瀝青、SMA 以及礦物纖維材料，使得高速公路施工工藝有了明顯的提高。但是從全局角度上來看，早期破壞現(xiàn)象比較嚴重，造成了極大的浪費，降低了高速公路的經(jīng)濟性。高速公路瀝青路面耐久性不足主要表現(xiàn)在以下3 個方面：（1）瀝青路面損壞的時間比較早，有的高速公路路面在使用一兩年之后路面就發(fā)生比較大的破損，實際運營的時間與預(yù)計壽命相差較遠；（2）路面損壞的范圍分布較為廣泛，在我國各個地區(qū)高速公路都存在不同程度的路面過早損壞問題；（3）損壞的問題比較嚴重，有的損壞不僅僅局限在瀝青的表面層，同時在基層也發(fā)生損害，嚴重時需要進行路面重建。

2 高速公路瀝青路面耐久性影響因素研究

2.1 瀝青質(zhì)量原因

瀝青是一種防水防潮的有機膠凝材料，如果使用的瀝青質(zhì)量比較差，就會導(dǎo)致瀝青黏結(jié)度比較差，抗車轍的能力下降，可能會出現(xiàn)橫向的裂縫，對于溫度比較敏感的瀝青路面可能會產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象[1]。

2.2 集料的質(zhì)量原因

如果施工中使用的集料的質(zhì)量比較差，會導(dǎo)致級配比在設(shè)計上偏差比較大，路面容易出現(xiàn)早期的病害，集料在使用的過程中應(yīng)盡量采用粒徑較大的，整體接近于立方體；碎石有著粗糙的棱角，主要的目的是加大瀝青內(nèi)部的摩擦阻力，形成礦料之間的摩擦阻力作用，能夠有效提升瀝青混合料抗形變的能力。另一方面要盡量使用人工砂，需要控制天然砂的使用數(shù)量，盡量采用圓形的顆粒，碎石屑要盡量減少含泥量，級配要粗糙。采用一定質(zhì)量的礦粉能夠起到減少摩擦的作用，有效改善瀝青的剝落，在實際中應(yīng)該控制好礦粉的使用數(shù)量。

2.3 混合料的配合比

瀝青混合料的配合比要考慮耐久性和穩(wěn)定性。高等級路面瀝青材料主要以馬歇爾實驗作為主要判斷依據(jù)，所使用的高等級瀝青材料要經(jīng)過多次配合比調(diào)試之后，經(jīng)過攪拌設(shè)備進行試拌，達到標準規(guī)范要求后，才能夠作為最終的混合料配合比。

2.4 施工的質(zhì)量

在施工過程中，集料的加熱時間會影響瀝青混合料的使用性，如果集料加熱時間比較短，或者是拌和時間達不到標準規(guī)范要求，加熱溫度過低，可能會導(dǎo)致花白料現(xiàn)象出現(xiàn)。瀝青混凝土強度下降，在施工完成后容易造成松散和波動。如果拌和的溫度過高會導(dǎo)致瀝青容易老化，瀝青混凝土強度降低[2]。

3 早期損壞的類型

我國高速公路半剛性瀝青路面在早期損壞上有比較多的形式，下面是幾種比較常見的破壞形式：（1）我國地質(zhì)條件較為復(fù)雜，高速公路穿越地帶的地質(zhì)條件多變，尤其是西部地區(qū)，很多都是軟土地基，可能會發(fā)生軟土路基的沉降，引起高速公路路面不均勻沉降，使得瀝青路面產(chǎn)生較大的變化。遇到軟土路基，高速公路雖然一般都會采用相應(yīng)的處理措施，但是由于措施不到位，軟土路基會下陷，會對行車安全造成比較嚴重的威脅。有的高速公路在橋頭的位置已經(jīng)多次采用瀝青混凝土進行找平，找平層的厚度已經(jīng)比原來施工的厚度增加了不少，可能在運行多年以后，才會達到整個土體的穩(wěn)定性，減少沉降量。（2）橋頭跳車。橋頭跳車是高速公路比較普遍的現(xiàn)象，其既有地基沉降的原因，又有一部分屬于橋頭填土的壓密效果。（3）結(jié)構(gòu)性的破壞，水的破壞以及嚴重的轍槽。對于這些破壞形式，本文主要探討在對高速公路瀝青路面耐久性影響較為大的結(jié)構(gòu)性破壞、水破壞以及轍槽破壞。

4 瀝青路面早期破損的原因

4.1 外因

外部原因主要是由于交通運輸事業(yè)的發(fā)展，我國貨運汽車無論是數(shù)量以及載重量都得到了明顯的提高，并且存在較為明顯的超載現(xiàn)象。大部分高速公路的軸載為140～150kN，最大的軸載已經(jīng)遠遠超過了這一數(shù)字。但是高速公路在設(shè)計過程中，忽視了這一因素，設(shè)計的面層承載力不足，在重型貨車的行車荷載下，很容易引發(fā)表面結(jié)構(gòu)的破壞，如果夏季降雨的時間比較長，路面長期受到浸泡，也會產(chǎn)生水破壞。

4.2 內(nèi)因

對水破壞的內(nèi)部原因進行分析，可以得到以下結(jié)論：（1）材料上部的孔隙率比較大，當遇到下雨天氣時，這種漏斗效應(yīng)會使得雨水很快穿過瀝青表面，進入中面層和底面層。（2）瀝青材料在壓實過程中沒有達到密實標準，各個位置出現(xiàn)了不均勻的密實性，水分在面層中得到流動，這些薄弱位點在快速行駛的汽車輪胎下會產(chǎn)生較大的動水壓力，將水壓入表面層中，自由水可能會被壓入底面層的底部。（3）面層的破裂?；炷猎谌嵝曰鶎由峡赡軙a(chǎn)生溫度裂縫，在半剛性基礎(chǔ)上也會產(chǎn)生溫度裂縫，半剛性溫度裂縫比柔性基層裂縫要緩和一些。在降雨過程中，雨水會充滿裂縫，并且到達面層的底面，在基層頂面滯留，同時沿著裂縫向四周進行擴散，在行車荷載的反復(fù)壓力下，對基層造成不斷的粉刷，形成白漿。

5 解決早期破壞的主要措施

5.1 選擇較為優(yōu)質(zhì)的瀝青材料

需要選擇質(zhì)量較為穩(wěn)定、含蠟量比較低同時具有穩(wěn)定性能的改性瀝青材料，不但要注重瀝青的原始指標，瀝青進場之后還要檢驗薄膜烘箱實驗，觀看其性質(zhì)變化。對于抗車轍性能來說，抗車轍能力隨著瀝青軟化點的增加而不斷增強。因此，如果使用改性瀝青材料，應(yīng)該選擇軟化點比較高，同時加熱損失比較小的瀝青材料。

5.2 對于瀝青材料的配合比進行優(yōu)化設(shè)計

根據(jù)標準規(guī)范要求，提出合理的優(yōu)化級配的方式。對配合比進行不斷的驗證實驗，選擇較為合理的配合比，能夠使得瀝青混合料抗滑性能較好，并且內(nèi)部的構(gòu)造比較大，具有良好的耐久性，全面提升高速公路瀝青路面耐久性，防止出現(xiàn)早期破壞。

5.3 提高瀝青混合料的壓實度

在瀝青的上部面層中采用密實性瀝青混凝土，空隙率為3%～4%，壓縮后的空隙率不能大于6%。瀝青混合料鋪筑過程中，選擇較好的壓實設(shè)備。由于馬歇爾試驗在成型溫度時具有變異性，因此，可以利用最大理論密度來控制混合料的壓實度，控制標準不小于馬歇爾實驗的96%[3]。

5.4 改善結(jié)構(gòu)設(shè)計

可以將半剛性基礎(chǔ)轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合路面形式，在半剛性基層與柔性瀝青混凝土路面之間，增加級配碎石或者是級配混凝土的過渡層，這樣就能夠有效降低基層的開裂對于面層所造成的影響。需要有效改善路面的排水設(shè)施，廣泛采用透水層進行排水，在路面附近要設(shè)置排水管道，使得在內(nèi)部蓄積的自由水能夠快速排出面層，減少對結(jié)構(gòu)層的破壞。要對路面排水設(shè)施進行經(jīng)常性的養(yǎng)護，維持良好的使用性能，減少路面破壞性，這樣就能夠有效提升路面的使用壽命。當路面出現(xiàn)早期的破壞或者是裂縫時，需要及時進行養(yǎng)護和修補，有效提升路面的使用性能。

6 結(jié)語

本文對高速公路瀝青路面耐久性的影響因素進行分析，探討了瀝青路面早期損壞的類型以及原因，并且根據(jù)工程實踐以及研究，提出了解決瀝青路面早期破壞的主要措施，希望給相關(guān)研究人員提供借鑒和參考，以提升高速公路瀝青路面質(zhì)量。