公路沥青路面病害成因浅析及对策.docx

1、公路沥青路面病害成因浅析及对策For personal use only in study and research; not for commercial use目 录 绪 言1 沥青的主要病害现象及产生原因 04For personal use only in study and research; not for commercial use 1.1 沥青路面的裂缝05 1.2 沥青路面的车辙05 1.3 沥青路面的松散05For personal use only in study and research; not for commercial use 1.3.1 松散的症状 05

2、1.3.2 松散的成因 06 1.3.3 松散的治理 07 1.3.4 英达案例 08 1.4 沥青路面的水损害 091.5 沥青路面的冻胀和翻浆101.6 沥青路面的沉陷 101.7 拥包 101.8 泛油111.9 龟裂 131.10 唧浆 142 病害出现总体原因分析 142.1 沥青质量问题 142.2 设计规范存在的问题 152.3 气候的影响152.4 沥青混凝土配合比设计存在的问题 162.5 沥青混凝土拌合温度的控制 172.6 沥青混凝土的摊铺 172.7 平行交叉作业对路面质量的影响 173 针对沥青路面病害的防治对策 183.1 合理设计路面结构 183.2 严格控制沥青

3、混合料的质量183.3 严格控制施工质量 194 总 结225 致 谢236 参考文献 24摘 要：重点介绍了公路沥青路面的常见病害，简要分析了病害产生的原因，并结合已有研究成果，及工程实践总结了相应的预防措施和维修对策。关键词：沥青路面 病害 成因 防治措施Abstract:Focused on the asphalt pavement of the common diseases, a brief analysis of the causes of diseases, combined with existing research, and engineering practice, su

4、mmed up the appropriate preventive measures and maintenance measuresKeyword:Asphalt Diseases Causes Prevention and control measures绪言近年来，为适应社会经济发展的需要，公路在我国发展迅速。沥青路面因为具有施工时间短、行车舒适、适应性强、养护维修方便等优点而被广泛采用。但由于沥青混凝土材质本身的差异, 以及受设计和施工水平的影响, 沥青路面常常出现开裂、泛油、松散、坑槽等病害。这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全,加大了汽车磨损, 缩短了沥青路面使用寿命。1、

5、沥青的主要病害现象及产生原因1. 1 沥青路面的裂缝 沥青路面建成后，都会产生各种形式的裂缝。初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能基本上没有影响，但随着表面雨水的侵入，导致路面强度下降，在大量行车荷载作用下，使沥青路面产生结构性破坏。沥青路面裂缝的形式是多种多样的，裂缝从表现形式可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种纵向裂缝的产生主要是由于地基和填土在横向不可避免的不均匀性所造成的，特别是在旧路基拓宽地段，由于土质台阶处理不规范、分层填筑厚度及压实度控制不严，尤其在有表面水渗入的情况下，这些地段往往是纵向裂缝的高发区。横向裂缝的产生往往是由于温度应力的作用而产生的疲劳裂缝。这种温度裂缝往往起始于

6、温度变化率最大的表面并很快向下延伸，并随着时间增长造成沥青老化，沥青面层的抗裂缝能力逐年降低，温度裂缝也随之增加。面层裂缝一旦发生冲刷、唧浆就会产生以缝为中心的下陷形变，同时引起裂缝两侧产生新裂缝甚至碎裂破坏。影响裂缝的主要因素有：沥青的品种和等级、沥青混合料的组成、面层的厚度、基层材料的收缩性、土基和气候条件等。1.2 沥青路面的车辙 车辙是路面结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实，以致结构层材料的侧向位移所产生的累积永久变形。影响沥青路面车辙深度的主要因素是沥青路面结构和沥青混凝土本身的内在因素，以及气候和交通量及交通组成等的外界因素。车辙产生的主要原因有：(1)沥青混合料油石比过大

7、；(2)表面磨损过度：(3)雨水侵入沥青混凝土内部；(4)由于基层含不稳定夹层而导致路面横向推挤形成波形车辙。、车辙是在行车荷载重复作用下，路面产生累计永久性的带状凹槽。一般它是由于沥青混合料级配设计不合理、稳定性差或由于基层及面层施工时压实度不足，使轮迹带处的而层和基层材料在行车过程中产生损坏。1.3、沥青路面的松散 松散是直接影响行车安全的路面病害，松散可能出现在整个路面表面。也可能在局部区域出现，但由于行车作用，一般在轮迹带比较严重。沥青路面松散并形成坑槽“松散”是沥青路面常见病害。其症状为沥青混凝土中沥青与集料的粘结力作用逐渐下降并丧失，在车辆荷载作用下使沥青混凝土表面层呈松散状态，面

8、层中的集料颗粒脱落，粗细集料散失起砂，路面磨损，路表粗麻，多处微坑，表层剥落，路面外观质量差，行车不适。如不及时治理，它会从路表面向下不断发展，以致形成坑槽。1.3.2 松散的成因 松散产生的因素有很多，具体可以归结为以下几个方面： （1）由于沥青混合料中沥青偏少，油石比偏低，使得沥青与集料间粘结性差； （2）因低气温施工，压实度过小，造成沥青面层内部空隙率过大，在车辆的载荷作用下造成的沥青面层松散； （3）集料颗粒被足够厚的粉尘包裹，使沥青膜粘结在粉尘上，而不是粘结在集料颗粒上，在表面的摩擦力作用下磨掉沥青膜，并使集料颗粒脱离，这种情况主要是由于集料含泥量超标所造成的； （4）沥青混合料拌合

9、时沥青温度过高，导致沥青老化，沥青膜剥落使沥青与集料的粘结力减弱而产生松散； （5）基层强度松软而引起的面层龟裂松散； （6）骨料选择有误，选择了酸性骨料与沥青粘附性差而造成的松散； （7）水损害导致的松散，由于车轮动态载荷的作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低病逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面脱落，沥青混合料出现掉粒、松散。1.3.3 松散的治理 对于沥青路面松散路病的治理，传统方法不外乎两种。对于因低气温施工造成的沥青面层松散，其冶理方法为：先收集好松散料，待气温上升时，重做喷油封层，撒布石屑或粗砂，并用轻型压路机压实。这种施工方式从工序上来说质量无法保证，只适用于低等级

10、公路；对于其他原因引起的松散，比如由基层松软变形而引起的面层龟裂松散、由酸性骨料和沥青老化引起的松散或由沥青含量不足引起的松散，采用的是“挖补”工艺，即将松散部分全部挖除，若基层软弱，先处理好基层，然后再重做面层。这种方式采取一刀切的方法，浪费了本来可再生利用的混合料。 近年来，就地热再生修补技术逐渐得到了较为广泛的应用，英达就地热再生技术因其修补质量好、施工效率高而得到了外界一致认可。我公司以PM系列修路王为核心的修补工艺可实现对路面病害的现场加热、耙松、喷洒乳化沥青、整平、碾压等一系列流程，简单紧凑，并使老化的沥青混合料就地加热再生利用，有效避免了传统冷料冷补和热料冷补工艺中出现的弱接缝。

11、 PM系列修路王配备专利技术的热再生加热墙、沥青混合料自动加热保温料仓和乳化沥青喷洒系统，再辅以FR800单钢轮振动压路机，可以满足沥青混合料加热温度不够，压实度过小引起的松散。不仅如此，PM修路王的乳化沥青喷洒系统还可以调整松散病害处沥青混合料的油石比偏小的问题，一机多用。可见，对不同的原因产生的松散，修路王都有相应的功能对症下药，因此用修路王处理松散路病，是最合适的修补方式。1.3.4 英达案例 广珠高速公路为双向六车道高速公路，位于经济高速发展的珠江三角洲地区，北接广州环城高速公路，西连佛开高速公路，东行经虎门大桥与广深高速公路连接，日均车流量达到6万辆次，是贯通我国南北的大动脉京珠高速

12、公路在广东境内的重要路段。 2006年11月11日，广珠高速公路K036570处慢车道发现了面积达7.84的松散路病并部分演变为坑槽，严重影响行车安全。 经过英达公司工程技术人员现场测量和分析，发现其松散路病是由于沥青用量偏少，且该地区年平均气温较高、降雨量较大，加之日均车流量较大，加速了沥青的老化，使沥青丧失粘结性引起的。根据路病原因，技术人员立即制定施工方案，决定采用英达就地热再生修补技术实施快速修复。 当时，英达PM400修路王在27气温下，对病害处进行高效热辐射加热，在快速加热原老化路面后，再对其进行耙松，接着喷洒适量乳化沥青，调整病害处的油石比，并补充新沥青混合料，拌合整平后，用PM

13、400自带的振动压路机压实。整个过程一气呵成，仅用50分钟就完成了修补任务。经养护管理部门检测，修补质量完全达到公路沥青路面养护技术规范的要求，并得到了业主的一致好评。 广东广珠高速公路7.84m2松散路病修补中 1.4 沥青路面的水损害 沥青路面在存在水分的条件下，经受交通荷载和温度涨缩的反复作用，一方面水分逐步侵入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用。沥青膜渐渐地从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧失而发生路面破坏。沥青路面产生水损害的原因主要有材料、设计、施工、土基和基层、超载车辆等原因。 1.5 沥青路面的冻胀和翻浆 沥青路面产生冻胀和翻浆主要是在冻融时期，因为水的侵入和路基

14、土的水稳定性能差，由于冰冻的作用，路基上层积聚的水分冻结后引起路面胀起并开裂。道路翻浆是水、土质、温度、路面和行车荷载五个主要因素综合作用的结果。其中水、土、温度构成翻浆的三个自然因素，缺少任何一个因素都不可能形成翻浆。 1.6 沥青路面的沉陷 沉陷是路面变形中最普遍的一种，特点是面积大，涉及的结构层次深，主要出现在挖方段和填挖交界处。其产生的主要原因是：(1)土质路堑排水不畅，路床下部路基过湿润而产生不均匀沉降，引起路面局部下沉；(2)路面强度不能适应日益增长的交通量，易发生疲劳破坏：(3)路基或基层强度不足或填挖路基强度不一致，在车辆荷载作用下，路基或基层结构遭破坏而引起沉陷；(4)桥头路

15、面沉降不均匀而引起沉陷并与桥面发生错位。1.7 拥包路面出现局部隆起。其病因分析如下：(1)施工质量导致路面上下层粘结不好；沥青混合料摊铺不匀，局部细料集中；(2)基层或下面层未经压实，强度不足，发生变形位移；(3)陡坡或平整度较差路段，沥青面层混合料易在行车作用下向低处聚积形成拥包。1.8 泛油现行规范重交石油沥青为针入度分级体系中，沥青的高温性能是通过沥青的软化点表征的，在同样的针入度下，软化点越高，沥青的高温性能就越好。针入度高沥青的抗裂效果好。二者是相互联系的，在规范中如果针入度较高，那么要求的软化点相对较低。当油石比较大，乌海地区夏天温度比较高，通过往年资料调查，气象温度接近40摄氏

16、度，沥青就会产生泛油或拥包。泛油产生的另一个原因为在施工巾沥青混凝土拌料不均匀，部分集料所包裹的沥青较多，到气温升高时就会泛油。沥青混合料中的沥青在天气炎热时向上迁移到路面表面, 而在冷天时又不存在逆过程, 因而沥青积聚在路面表面, 形成一层有光泽的沥青膜的现象为泛油。1.8.1 泛油的成因如下混合料组成设计不当。混合料中沥青用量过多或空隙率过小,在车辆荷载反复作用下, 多余沥青由下部泛到路表形成泛油。混合料拌和控制不严。细料含量过少, 混合料比表面积较小, 则沥青用量相对较多, 也易出现泛油。粘层油用量不当。喷洒过多或洒布不均匀也会局部出现泛油。施工质量差。摊铺时混合料产生离析, 局部细料过

17、分集中, 也易泛油。水破坏。雨水渗入使下层沥青与石料剥离, 在水作用下沥青膜剥落, 上泛引起表层泛油。预防泛油, 必须合理设计混合料组成比例, 避免沥青用量过多; 精细施工, 严格控制施工质量; 投入使用后注意养护, 防止雨水大量渗入。1.8.2 泛油的处治方法如下对于路表轻微泛油, 表面石子仍外露的路段可不作处理。对于局部施工质量差引起水损坏且出现坑槽破坏的, 宜按坑槽修补方法处治。对于大段泛油严重, 磨擦系数降低较多, 影响行车安全的可采用碎石压入法处治或铣刨原路面重新摊铺面层。沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动，使表面有过多沥青的现象称作泛油。在严重泛油路段，沥青面层表面发光发亮，以

18、摩擦系数和表面构造深度表征的抗滑性能达不到行车要求时往往会造成交通事故。沥青用量过大是产生沥青面层泛油的最主要原因。 1）沥青混合料配合比设计的击实功不够。我国在设计沥青混合料配合比时通常采用马歇尔试验方法。当初在开发和确定马歇尔试验方法时，选定室内试验的压实功是要使室内产生的密度等于路面在行车荷载作用下最终达到的密度。如果室内所用击实功产生的密度小于使用过程中所达到的最终密度，所选定的沥青用量就会偏多，但目前由于各种原因室内试验所得到的密度远远低于使用过程中所达到的最终密度，这使现场施工中产生沥青用量过大不足为奇。 2）施工控制不严和管理不善。有些施工单位在生产过程中私自改变配合比、沥青混合

19、料拌合不均都是造成沥青混凝土路面局部沥青用量偏大的主观原因。 3）少数施工单位习惯于使用沥青用量过大的混合料。有些人认为沥青用量越大，裹覆矿料的沥青膜越厚，沥青混合料的粘结力就越大。但实际情况恰恰相反，包覆矿料的沥青膜越薄，沥青混合料的粘结力就越大。 1.9 龟裂在行车道上常发生龟裂病害，特别是轮迹带处，并通常伴有唧浆等水损害。龟裂产生的原因主要有：基层施工质量差，唧浆使基层表面被逐步掏空，引起面层龟裂。沥青路面空隙率过大，浸入的雨水滞留在面层中，给路面造成水损坏。在超载作用下，路表弯沉及结构层应力显著增加，也是造成路面龟裂的原因。1.10 唧浆产生唧浆的原因主要有：（1）交通量大，重渠化交通

20、使路面轮迹部位承受高频率动载作用，形成了唧浆的外部条件（2）混合料施工均匀性差，容易产生局部离析，导致路面渗水。（3）由于基层采用二灰碎石结构，水稳 性较差，面层渗水滞留在基层顶面，在荷载作用下使基层的局部松落形成灰浆，从路面的缝隙向上挤出，在沥青路面上形成了白色的唧浆。2 病害出现总体原因分析原因分析中可以分两大块 沥青质量设计施工属于主观原因，外界的类似于交通 超载 等可属于客源原因分析2.1 沥青质量问题由于近几年国家城市基础设施建设, 城市道路开工项目很多而建设资金又有限, 因此, 在道路结构层的厚度设计、材料的使用上本着经济适用的原则, 而对交通量的变化, 使用年限并没有重点研究。像

21、高等级沥青路面, 省市采用的是上面层使用进口沥青, 而中面层、地面层则采用国产沥青, 就国产沥青而言能达到规范要求的厂家并不多, 而且数量十分有限, 不可能满足国内建设规模的需要。2.2 设计规范存在的问题目前, 柔性路面国家设计规范仍然采用弯沉值控制, 路面设计以轴载100kN 的双轮组单轴为标准轴载; 对沥青混凝土面层应采用容许回弹弯沉、弯拉应力和剪应力三项指标设计; 在交通量小的支路上铺筑沥青时, 可仅用容许弯沉值设计; 对沥青碎石面层采用容许回弹弯沉和剪应力两项指标设计。设计年限内标准轴载累计数和折合成标准轴载累计数作为控制指标。在路面设计中, 一方面交通车辆调查资料, 是为通行能力服

22、务的, 没有考虑到超载的问题, 使得设计中得不到准确轴载, 造成设计年限内累计标准轴载出现与事实不相符的情况。这样, 对于一些道路而言, 从一开始就降低了累计标准轴的数量, 使得设计弯沉值偏大, 基层、低基层的拉应力偏小, 造成路面整体刚度不足, 导致路面提前破坏。另外, 由于受经济利益的驱动, 载货车辆中, 80%有超载现象, 正是这部分超载车辆加速了路面的破损, 促使路面开裂、推拥, 甚至局部下陷。2.3 气候的影响2.3.1 低温裂缝沥青材料在较高温度条件下具有良好的应力松弛性能, 温度升降产生的变形不至于产生过大的温度应力, 但当气温大幅度下降时, 沥青材料逐渐发硬并开始收缩。此时半刚

23、性基层的底部将产生拉应力, 当拉应力沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力增长, 混合料劲度急剧增大。由于沥青面层在路面中是受到约束的, 面层中产生的收缩拉应力或拉应变一旦超过沥青混合料的抗拉强度, 沥青面层就会开裂, 产生裂缝。由于沥青路面宽度有限, 收缩路面结构的相互约束小, 所以低温裂缝主要是横向的。2.3.2 温度疲劳裂缝这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳, 使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小, 加上沥青的老化使沥青劲度增高, 应力松弛性能降低, 最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。沥青路面具有高温软化特性, 尽管设计及施工中尽可能降低油石

24、比, 最大限度地利用骨料级配增大高温稳定性, 但在车辆长期作用下仍要产生车辙。泛油一般出现在高温天气, 由于气温升高而导致沥青软化点的不适应。2.4 沥青混凝土配合比设计存在的问题沥青混凝土配合比设计按规范要求应经过四个阶段, 即目标配合比设计阶段、生产配合比设计阶段及验证阶段和试拌试铺阶段, 各阶段对要达到的目的都有明确的要求, 在施工时, 有的单位压缩两至三个阶段, 有的干脆凭经验进行施工。因此, 从理论和实践来讲存在较大的偏差, 从而导致沥青混凝土内在质量存在先天不足。另一方面, 由于现状所致, 政绩工程工期较短, 加上低价中标, 碎石料场不规范, 大多地材都由个体企业承担, 料场分散,

25、 设备落后, 材料的均质性、稳定性均有较大的差别。虽然大部分单位在开工前都作了筛分分析符合要求, 在施工过程中也检测并予以调整配合比, 但由于差异性大, 不可能做到十分准确, 导致路面出现一些常见病害。2.5 沥青混凝土拌合温度的控制石油沥青拌合出场温度要求在120165, 而实际上有些施工单位由于设备和人员素质等原因, 在拌合温度控制方面时高时低很不稳定。温度过高可能导致沥青变质, 没有黏性使沥青混凝土松散; 温度过低, 沥青混和料拌合不匀, 影响级配, 这些也是导致沥青路面有时局部松散或其他病害的原因。在沥青混合料拌制完成后, 从拌合厂向摊铺现场运输的过程中, 空气与混合料之间的温差一般大

26、于120。加上因速度形成的相对风速较高, 会导致混合料温度在到达现场前有较大的下降。降温幅度由表及里逐渐减少, 最严重的降温区发生在料堆表面和马槽的接触面。降温严重程度取决于运输时间、速度、气温、保温措施等因素。2.6 沥青混凝土的摊铺现在摊铺设备断面加宽, 沥青混合料从中间通过胶轮输送到两侧, 由于距离大, 必然产生离析, 这种离析改变了沥青混凝土生产配合比; 其次, 由于烫平板从机心向两侧悬臂较长, 随着摊铺次数的增加, 产生变形, 对路面横坡的控制也有较大影响。另外, 在混合料从运输车向摊铺机喂料斗卸料到刮料板输料的过程中, 接触面表层料, 特别是两侧车厢接触面的表层料, 在每车料中最后

27、被刮料板送到螺旋布料器, 即每一车料降温幅度最大的表层“冷”料是集中被铺出的, 表面料降温幅度较大、在正常的碾压过程中压实度难以达到要求, 是路面发生松散、坑槽和渗水破坏的原因。2.7 平行交叉作业对路面质量的影响城市道路施工过程中涉及的单位较多, 如: 自来水、雨污水、供热、煤气、电信、电力、有线电缆、道路照明等地下管线。由于平行交叉作业, 加上工期较紧, 对路面质量产生影响, 如在土基碾压成型以后, 管线单位又挖沟下管, 管线单位对回填土的压实质量普遍不重视, 因此, 造成局部不均匀沉降; 又如沥青砼摊铺底面层、中面层时, 道路照明施工单位要进行灯杆和电缆的铺设, 而且不能封闭交通, 导致

28、路面污染严重, 从而使路面层与层之间的黏结受到影响, 特别是当沥青面层较薄时, 在车辆高速行驶荷载作用下, 沥青路面产生脱落、推拥、扭曲裂缝等现象。4 针对沥青路面病害的防治对策3.1 合理设计路面结构尽可能减薄沥青面层厚度由于以下四方面原因, 高速公路路面厚度可酌情减薄, 控制在9- 12cm 之内。第一是半刚性基层沥青路面结构的承载能力可由半刚性材料层( 基层和底基层) 来承担, 无需用增厚面层来提高承载能力。第二是提高沥青路面使用性能不是用厚的沥青面层, 而是用优质沥青。第三是沥青面层的裂缝不只是反射裂缝, 在正常施工情况下, 大部分是沥青面层本身的温缩裂缝。第四是一般来说厚的沥青面层易

29、导致车辙的产生。在设计时除酌情减薄沥青面层厚度之外, 还应加强沥青路面防水设计; 选用合理的基层和底基层结构。3.2 严格控制沥青混合料的质量3.2.1 沥青的选取。选用具有良好的高低温性能、抗老化性能、含蜡量低、高粘度的优质国产或进口沥青。在条件许可的情况下, 可在沥青中掺加各种类型的改性剂, 以提高基性能指标。3.2.2 集料的选用。骨料应选用表面粗糙、石质坚硬、耐磨性强、嵌挤作用好、与沥青粘附性能好的集料, 应符合附录C 的要求。如果骨料呈酸性则应添加一定数量的抗剥落剂或石灰粉, 确保混合料的抗剥落性能, 同时应尽量降低骨料的含水量。3.2.3 混合料级配的确定。沥青混合料的高温稳定性和

30、疲劳性能、低温抗裂性, 路面表面特性和耐久性是两对矛盾, 相互制约, 照顾了某一方面性能, 可能会降低另一方面性能。混合料配合比设计, 实际上是在各种路用性能之间搞平衡或最优化设计, 根据当地的气候条件和交通情况做具体分析, 尽量互相兼顾。当然为提高沥青路面使用性能还可以考虑以下两个途径: 第一是改善矿料级配, 采用沥青玛蹄脂碎石混合料( SMA) 。第二是改善沥青结合料, 采用改性沥青。3.3 严格控制施工质量施工质量控制不严, 早期破损必然出现。所以沥青路面施工必须按全面质量管理的要求, 建立健全有效的质量保证体系, 实行目标管理、工序管理, 明确责任, 对施工全过程, 每道工序的质量要进行严格的检查、控制、评定, 以保证其达到质量标准, 具体要抓好以下几方面:3.3.1 严格控制沥青混合料的拌和质量。拌合过程中发现“糊料”或“离析”等异常情况应立即进行处理;