改善沥青路面使用性能的方法

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1、改善沥青路面使用性能的方法改善沥青路面使用性能的方法【摘要】 本文通过分析出现早期损坏的原因和使用性能降低的影响因素，从路面结构设计， 材料选择和施工作业控制等方面探讨改善路面使用性能的途径和方法。在设计方面提出了 改变路面结构体系，增强层间连接，减小基层和底基层最大压实厚度，优化路面结构体系 等具体办法；在材料选择和使用方面，从改善沥青结合料的性能、提高骨料质量、改善沥 青与骨料的粘结性和使用纤维沥青砼等方面提出了改善沥青混合料性能的理论分析和方法； 在施工作业质量控制方面、叙述了平整度和压实度控制的措施。另外还提出了使用高性能 沥青混凝土（如 CMHB，SAC、SMA） 、确保桥面铺装质量

2、和避免引道沉陷跳车等改善沥 青路面使用性能的技术措施及理论依据。 【主题词】 沥青路面 技术措施 使用性能 1、前言 11 沥青路面技术发展现状 到 2001 年底，我国高速公路通车里程超过了 19000km，列世界第二。与此同时，我国的沥 青路面（以下称路面）技术有了很大发展，路面质量也有了极大的提高。在设计方面，随着计算机技术的广泛应用，有限元理论也引入了路面结构计算，同时还引 入了结构设计可靠度的分析，极大地提高了路面设计的效率和可靠性。 在施工方面，拌和设备有趋于大型化的趋势，有些项目引进了 320t/h 的拌和楼；摊铺机发 展成全液压电脑自动化控制（如 ABG525） ；碾压设备有重

3、型化的趋势，轮胎压路机自重超 过了 26t，单钢轮振动压路机逐步被双钢轮双驱动压路机所取代，自重也趋于重型化，如 lngersoll-Rand 130，自重达到了 13t。为了保持混合料的温度均匀性，减少离析，国外近几 年还应用了再拌转输车（Material Transfer Device） 。为了避免因碾压引起的裂缝，在 CFF(Consolidation-Fluid Flow, 即固结-液体流)模型下，研制了 HIPAC 碾压设备。高等级沥青路面还大量使用了改性沥青。美国还使用天然沥青作改性剂。国产沥青的质量 也有了很大提高，许多厂家生产的沥青都达到了重交通沥青的标准。在河北石黄高速等工

4、程中，还在沥青混凝土中掺加了博尼维（Bonifibe）和德莱尼特（Delinite）等加强纤维。在我国，沙庆林院士提出的多碎石（SAC）混凝土应用面越来越广泛。在有些省市大量铺 筑沥青玛蹄酯碎石混合料（SMA）路面，这种结构为粗骨料嵌锁密实结构，路用性能优良。美国的战略公路研究项目（SHRP）于 1998 年研究提出了高性能沥青路面（Superpave）和 路面长期使用性能指标（LTPP） 。法国 10 多年前首先采用了薄沥青混凝土面层，然后发展 成为很薄的沥青砼面层，近几年又发展为超薄沥青混凝土面层。 随着路面技术的发展，我国路面施工工艺水平也普遍提高，有许多竣工路面工程的平整度能达到 0.

5、6 以内。但是我们也注意到，有许多高速公路路面在通车一年后平整度衰减很快， 有的通车时间不长就出现了桥头跳车和路面早期破坏，有的通车几年就不得不进行翻修罩 面，使用性能也大大降低，达不到设计的要求。这就给我们提出了如何避免或延缓路面破 坏，提高路面使用性能的问题。 但国内目前在改善路面使用性能方面的研究缺乏系统性，满足不了实际需要。因此，结合 路面技术的最新发展状况，研究如何改善路面使用性能是非常重要的。 12 沥青路面使用性能改善的途径与方法 沥青路面的使用性能是指路面所能提供的行车条件。路面使用性能可以由路面使用者的综 合感受来进行评价。路面使用性能好，行驶舒适，路面使用者对路面的评价就高

6、。 美国在对路面使用者进行大量调查研究之后，提出了路面服务性能指标(即使用性能指标)PSIPavement Serviceability Idex 。调查结果说明，影响路面使用性能的第一因素是平整 度，其次是道路裂缝，最后是车辙。路面的平整度是全路的综合性评价指标，除了道路本 身外，还与线内桥梁的桥面铺装、伸缩缝的安装、过渡段（即桥头涵顶）的处理质量有密 切的关系，这些问题要处理不好，其服务性能指标就受影响，使用性能就差。 要提高路面的使用性能，主要应从改善平整度，减少路面裂缝和车辙等方面着手，而要达 到这些目的，我们必须从路面设计(包括结构体系和面层设计)、材料设计和施工作业等方 面去考虑.

7、 车辆是行驶在路面表面的，车轮与表面直接接触，路面的综合质量通过表面层反映出来。 例如路基沉陷、不均匀沉降和底层裂缝，最终都会反映到路面表面，间接影响路面的使用 性能，表面层则直接造成对使用性能的影响。 因此，笔者认为，改善路面的使用性能，要从优化路面结构体系、提高表面层的品质、合 理使用材料和提高施工作业水平等几个方面，以及避免桥头跳车、确保桥面铺装质量、处 理好伸缩缝等另几个方面寻求解决办法。 2、 优化沥青路面结构体系 21 目前沥青路面设计中值得商讨的几个问题与改进措施 211 沥青路面设计不宜过于追求理论计算的精确性 沥青是一种典型弹粘性材料。沥青在低温（高粘度）及瞬时荷载作用下，弹

8、性形变占主 要地位；而在高温（低粘度）及长时间荷载作用下，沥青的形变主要是粘性的；而在负温 （-5以下）状态下，沥青又表现出一定的脆性，有试验证明，在这种情况下，用子弹射 击沥青，沥青脆裂结果与玻璃破碎的情况很相似。因为沥青具有上述特性，所以沥青混合 料的特性与温度有很大的关系，其强度和模量都随温度升高而急剧下降，它既不是弹性材 料，也不是塑性材料。荷载作用时间和气候对其性质也有影响。在正温度状态下，沥青砼 表现出一定的粘弹性；在负温状态下它具有一定的弹性。例如，在 50时，沥青混凝土试 件的强度为 1MPa3MPa；而在-35时，其抗压强度高达 18MPa23MPa，此时的强度接近水泥混凝土

9、的强度。而且，温度变化对沥青砼的变形性能影响也很大。沥青砼是最复杂 的建筑材料之一。因此，沥青砼路面设计时，都要进行条件假设，在这种情况下，运用任 何理论计算的结果都只能做参考，过细的设计和过于重视设计是不必要的，重要的是通过 实践检验。目前欧美等发达国家比较流行的也是通过试验路进行半理论力学设计。我国的 路面设计理念也应该朝这个方向发展。这样才能使路面技术的发展更切合我国的国情和交 通运输发展的需要，避免重复不良路面结构体系，真正提高路面质量。 212 半刚性路面有不可忽视的蔽病 我国高速公路上普遍应用的半刚性路面，从理论上讲是一种非常理想的结构。半刚性材料 具有很高的强度和抗冲刷能力，车辆

10、荷载主要可以通过基层和底基层所使用的半刚性材料 来承担，面层只起防水和功能性作用，可以达到“薄面”的目的。而且半刚性材料可以充 分利用当地的资源，有的还利用工业废碴，工程造价比较节省，有利于保护环境，非常适 合我国国情。我国在半刚性路面修建方面也积累了丰富的经验。 半刚性路面具有明显的优点。但是也有不可忽视的蔽病，就是半刚性材料易产生干缩裂缝。 半刚性材料还容易产生温度裂缝。从已建成的高速公路来看，半刚性材料不产生裂缝是不 太可能的，国内的研究资料证明了干缩裂缝对其承载能力不会产生什么影响，但是由于裂 缝的存在，给水浸入路基提供了通道，对路面的外观和耐久性产生很大的影响，路面的使 用性能也大大

11、降低。 柔性路面与半刚性路面相比较，最大的优势在于柔性路面的基层和底基层没有裂缝产生， 结构层整体水密性好。缺点是造价高。其典型结构为：面层为 1217cm 的沥青砼；基层 采用沥青稳定碎石，厚度 1520cm；底基层为 3040cm 的级配碎石层，其强度的产生靠 粒料之间的嵌锁原理和密实原理形成。这种结构我国高速公路还未采用，应该在一定范围 内先进行试用，然后在总结试验路的基础上，提出符合我国实际的柔性路面典型结构体系， 为进一步提高我国路面技术探出新的发展途径。 213 路面设计中几个重视不够的问题及其对路面使用性能的影响 1、路面结构层防水与排水 通常，水是通过面层裂缝、结构层粒料间的孔

12、隙进入结构层内部的。当面层孔隙率大于 7%时， 结构密水性差，水容易渗入。在施工过程中局部易产生离析，或压实度不足，现场实际空 隙大于 7%，或开级配设计，如传统的型级配，实际现场孔隙率在 10%以上，雨水可以 从上下贯通的孔隙渗入结构层内。此外，施工期间赶上雨季或冲刷路面时造成局部积水， 无法排出路基外，结构层一直处于水的浸泡状态。 通常情况下，由于水的影响，沥青路面很容易产生早期破坏。典型的破坏是坑洞，或出现 唧浆、网裂和形变。造成路面早期破坏的主要原因之一是水的破坏。路面浸水直接导致路 面的早期破坏；路面出现其它病害破坏以后，遇水浸入会加剧、加速路面的破坏。 要避免水对路面的破坏，一是要

13、防止或减少水进入结构层内，另外还必须想办法将进入结 构层内部的水排出结构层外。习惯上，路面设计时对这两个方面可采取的设计措施重视不够，不考虑路面结构层排水，也不设置有效的防水层，这对避免路面早期破坏是极为不利 的。 通常高速公路路面结构层设计，表面层设计为型（或 SAC 或 SMA） ，中面层和底面层， 采用型或有一层为型，只将双层体系或三层体系中的一层按不透水层来考虑。笔者认 为，这种设计从排水防水角度来看是不合理的。实际情况是，不管哪一层空隙率大，水都 有可能渗入，那一层就会产生破坏。因此，无论路面是一层、二层还是三层，各层都应该 选用密实型沥青砼。为了保证中面层和底面层足够的抗车辙能力，

14、可以选择粗骨架密级配 型式，而不可拘泥于传统的型级和型级配。这样，结构层既可以有比较好的防水性能， 又有很好的结构稳定性与耐久性。 设置路面结构防水层和排水层，是阻止水渗入基层的很好的措施。另外，应建立渗水排出 通道，使结构层内的水迅速排出路基，如可以在硬路肩下设置碎石（或砂砾）垫层或肓沟， 以达到上述目的。 中央分隔带由于植树，绿化的原因不能封闭的，同样也要考虑水的排出问题。当弯道超高 时，必须设置纵向排水沟，起到排雨水和下渗水的作用。当边坡防护，在硬路肩边上需封 闭时，要特别注意结构层渗水外泄通畅，以免排水不畅而引起水破坏。 2、结构层合理厚度 1） 、基层与底基层的合理厚度 结构层厚度的

15、确定，设计时考虑最多的是层厚是否满足路面强度的要求。一般来说，基层 与底基层每层厚度习惯上设计为 15cm 和 20cm。 15cm 一般施工时压实度容易保证。但是， 当灰土厚度达到 20cm 时，压实非常困难。笔者在石黄高速施工时做过观察，发现采用 YZ18（50t 级）的振动压路机进行碾层，当层厚达到 20cm 时，碾压非常困难。 路基顶面标高，施工时有时稍低于设计标高。为了防止夹层出现路拌机往往要超拌 12cm，加上施工误差，设计层厚为 20cm 时，压实厚度可能达到 2123cm，个别情况下 可能达到 2325cm，这时压实是非常困难的。从现场压实度检测试坑中，我们可以看到， 当厚度为

16、 20cm 时，从顶面以下 15cm 范围内压实效果很好，而底面的 25cm 这一部分压 实效果不理想，呈略为松散状态。这种现象无论采用什么碾压措施都是不可能消除的。因 此，设计最大厚度以 18cm 为宜。 2） 、面层厚度与集料粒径的确定 一般来说，沥青混合料的最大粒径与层厚的比值愈大愈容易出现离析，而且愈不容易碾压 密实。因此， 我国公路沥青路面施工技术规范 （JTJ 032-94）规定：上面层沥青混合料 的集料最大直径不宜超过层厚的 1/2，中下层及联结层的集料最大粒径不宜超过 2/3 层厚。 我国沥青路面表面层一般为 4 cm，混合料类型多采用 AK-16 和 AC-16，最大粒径与层厚之 比为 16/40=2/5，比值大于 1/3，但小于 2/3。这是符合规范要求的。但是，研究表明，当最 大粒径与层厚比值超过 1/3，容易引起离析，而且不容易压实，容易出现路面早期破坏，这也是我国高速公路普遍出现早期损坏现象的原因之一。因此，面层厚应设计为集料最大尺 寸的 3 倍以上，而不应是传统设计的 2 倍或