高等级公路沥青路面损坏现象分析_1

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1、浅谈高等级公路沥青路面典型病害及寒区病害防治措施 肖泽玉 单位（ ） 摘 要：本文从我国高等级公路沥青路面的使用性能和典型病害分析入手，提出科学防治措施，并根据寒冷地区的地域特点，提出使用 SBS 改性沥青的合理性、必要性。通过寒区高等级公路 SBS 改性沥青及其混合料的应用情况分析，对 SBS 改性沥青在寒冷地区高等级公路上的应用做出科学指导。 关键词: 沥青路面 SBS 改性沥青 性能 1 前言 改革开放以来，促使我国国民经济建设以前所未有的速度发展，特别是近十年来，以高等级公路建设为标志的公路发展取得了显著成绩，到 2009 年 6 月，中国已建成的高速公路就已经达到 7.5 万公里以上

2、。 随着国民经济的发展，近年来交通量骤增，车辆呈现大型化，超载现象严重，车辆渠化明显， 沥青路面面临着更为严峻的挑战。 许多高速公路沥青路面建成后不久就不能适应交通的需求，相继出现各种病害。寒区部分高等级公路沥青路面也出现了不同程度的早期破坏，主要包括：1.高温车辙及变形问题；2.沥青路面水损害问题；3. 寒冷地区沥青路面低温裂缝问题；4.表面抗滑性能不足问题。 2 沥青路面损坏现象的分析 2.1 沥青路面的车辙 车辙是沥青路面特有的一种损坏现象。车辙经常产生在车轮经常碾压的两条带上(简 称轮迹带)。车辙是在与时间有关的荷载和气候因素共同作用下，轮迹带逐渐产生下洼形 并形成两条纵向的槽，较严重

3、辙槽的两侧通常有膨起变形. 典型的车辙是轮迹带内均匀的下陷，它对纵向平整度没有明显影响，对现有服务性 能指数 PSI 的影响也不大。车辙更主要是影响行车安全，重要因素是表面水的横向排除。只要车辙的深度不足以在轮迹带内存水成水沟， 通常对安全不是一个明显问题。 但当水积存在轮迹带内，快速行驶的车辆就可能发生水漂。在寒区冬季，水会结成冰，造成一个很滑的行车条件。 在正常情况下，沥青路的车辙有三种类型。 (1) 由于荷载作用超过路面各层的强度，发生在沥青面层以下包括路基在内各结构层的永久性变形， 称做结构性车辙。 这种车辙的宽度较大， 两侧没有隆起现象， 横断面为 v 字形。 (2 )沥青混凝土的侧

4、向流动变形。在高温条件下车轮碾压的反复作用，荷载应力超过沥青混合料的稳定度极限， 使流动变形不断累积形成车辙。 称做沥青混合料的流动性车辙或失稳性车辙。一方面是车轮作用部位下凹，另一方面车轮作用的两侧反而向上隆起，在弯道处还明显向外推挤，车道线、停车线因此可能成为变形的曲线。无疑这部分车辙将土要取决于沥青混合料的流动特性。 (3) 由于沥青面层本身的压密造成的车辙，这是非正常的车辙。在某些高速公路过 分追求平整度，在降温后碾压，造成压实度不足，致使通车后的第一个高温季节混合料 继续压密，在车辆荷载的反复作用下，空隙率不断减少，达到极限的残余空隙率后才趋 于稳定，它一方面产生压实变形，同时平整度

5、迅速下降，甚至形成明显的车辙。从这个 角度出发，为了减少车辙，最重要的一点是施工过程中加强碾压，保证压实度，使空隙 率控制在要求的范围内。 2.2 沥青路面的开裂 沥青路面在使用期开裂是各国普遍存在的问题。它的危害在于从裂缝中不断进入水 分使基层甚至路基软化、导致路面承载力下降，产生卿浆、网裂，加速路面破坏。 沥青路面开裂有以下几种情况： 第一、结构层本身强度不足，不适应日益增长的交通量及轴载作用而产生的开裂，最 初一般表现为纵向开裂， 然后发展成为网裂， 这一类由荷载产生的裂缝在我国普通道路及一些超载严重的高等级公路上较为常见。 第二、温度疲劳裂缝，温度反复升降导致温度应力疲劳使混合料的极限

6、拉伸应变（或 劲度模量)变小，又加上沥青的老化使沥青劲度增高，应力松弛性能降低，故可能在比一次性降温开裂温度更高的温度下开裂， 同时裂缝是随着路龄的增加而不断增加， 实际上包含了温度应力疲劳的因素在内。 第三、另一类横向裂缝是反射性裂缝，反射源为水泥、石灰类无机结合料稳定材料的半刚性基层的缩裂缝，这些裂缝在交通荷载的作用下，由下层逐渐反射到表面。 第四、一次性降温造成的温度收缩裂缝，沥青在较高的温度条件下，具有良好的应力 松弛性能，温度升降产生的变形不致于产生过高的温度应力。但在冬季气温骤降时，沥青混合料的应力松驰赶不上温度应力的增长。 同时劲度急剧增大， 超过混合料的极限强度或极限拉伸应变，

7、便会产生开裂。 在我国，高等级公路的沥青路面基本上都是半刚性基层，其中集料含量较多，而且沥青层相对较厚，收缩性能得到了很大改善，采用了质量较好的重交通石油沥青后，横向裂缝显著减少。对黑龙江省竣工通车的几条高速公路沥青路面调查显示，经过一个冬季后，横向裂缝间距一般在 80-150 米范围内，第二年春季调查发现没有增加新的横向裂缝。这些裂缝冬季最宽的近 10mm，夏季完全闭合，这说明高等级公路沥青路面的横向裂缝大多源于沥青面层的温度收缩裂缝。 我国寒区高速公路沥青路面尤为常见的破损主要是温缩裂缝， 针对沥青面层低温收缩开裂问题，国内外进行了众多的调查与研究.原因如下： （1 ）沥青混合料性质是影响

8、沥青路面温度开裂的最主要原因 沥青混合料的低温劲度是决定是否开裂的最根本因素， 沥青劲度又是决定沥青混合料劲度的关键。在沥青性质指标中，影响更大的是温度敏感性，感温性大的沥青容易开裂。改性沥青的性能以改性后沥青的感温性的改善程度， 即针入度指数 PI 的变化为关键性评价指标。沥青针入度、低温延度是影响开裂的重要指标。由于沥青在老化过程中轻质油份挥发、沥青氧化分解、位阻硬化等，老化越严重，劲度越大，裂缝出现越早。沥青中的蜡使应变减小，脆性增加，温度敏感性变大，横向裂缝容易发生。 （2 ）沥青混合料的组成对沥青路面开裂的影响 一般认为在最佳沥青用量 OCA 的 10.5%范围内波动对开裂率无明显影

9、响。 而且，沥青用量增加使混合料应力松驰性能提高的同时，也使收缩性能变大，二者互有抵消。 与矿料组成级配有一定关系，但总的说来与路面横向开裂率关系不大。 基层的影响 半刚性基层比级配碎石、 沥青稳定碎石柔性基层热容量小， 与沥青表面层的附着粘结性能差，尤其是本身收缩的附加影响，故横向裂缝较多。基层与面层的附着性能差，将使面层有一定自由收缩变形的可能性， 混合料的应力松驰性能得不到充分发挥， 温度应力无法传递到基层中去，在面层内部积聚，容易产生裂缝。 2.3 沥青路面的水损害 沥青路面的水损害破坏， 是指沥青路面存在水分的条件下， 经受交通荷载和温度胀缩的反复作用，一方面水分逐步侵入到沥青与集料

10、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的路面破坏过程。 沥青路面水损害破坏的机理和特征，可以从破坏的发展过程中看出： (1)在开始阶段，水分侵入沥青与集料的界面，以水膜或水气形式存在，影响沥青与集料的粘附性。 (2)在反复荷载作用下，沥青膜与集料开始剥离。 (3)渐渐地，集料开始松散、掉粒。 (4)最后形成坑槽。 目前预防水损害的关键主要通过两个途径来解决： (1)防止或减少水分进入沥青混合料内部，使水不能侵入到沥青与集料的结合面上去。 (2)提高沥青集料的粘附性，提高集料之间的粘结力。 2.4 沥青路面的表面功能衰减 路面表面功能是指抗滑

11、、噪音、车轮向两侧的溅水、车后拖带的水雾。主要是指与交通安全有关的抗滑、溅水和水雾。 为了提高路面的抗滑能力， 沥青路面的抗滑面层要求有粗糙的表面， 即较大的宏观粗糙度及微观粗糙度。宏观粗糙度取决于构造深度，微观粗糙度取决于粗集料的耐磨光性能。为此，现行公路沥青路面设计规范中从摩擦系数、路面宏观粗糙度等方面作出规定。 3 沥青混合料的使用性能分析 通常人们将沥青路面的使用性能分为两类: (1)结构性使用性能，即疲劳、车辙、低温缩裂、水损害和老化; (2)功能性使用性能，主要有平整度、构造深度、车辙、摩擦系数和滚动噪声五个方面。 以上性能中，除平整度与沥青混合料本身关系小外，其它均是沥青混合料自

12、身决定的， 沥青性能决定着沥青混合料、路面的使用性能。 3.1 传统沥青混合料使用性能的不足和解决途径 材料是影响沥青路面质量的主要因素。 沥青混合料是由沥青和集料、 矿粉按一定的配合比组成的。沥青混合料的质量不理想首先是材料质量过关。 由于我国没有工厂化生产集料， 集料质量差， 沥青混合料的质量必然受到集料质量的影响。我们研究沥青混合料的路面性能时，必须在保证集料质量的前提下，再考虑如何控制矿料的级配，如何提高沥青混合料的性质。 沥青混合料的配合比设计应包括三个方面: (1)材料的选择。 (2)各种粗细集料及矿粉材料的配比，即确定矿料级配。 (3)确定合理的沥青用量。 配合比设计实际上是对上

13、述这些因素的调整， 以解决沥青混合料性能存在的矛盾， 这些性能在要求上往往是相互矛盾和相互制约的， 强调了某一种性能很可能就会降低另一方面的性能。这里最突出的有以下两对矛盾。 (1)高温稳定性和疲劳性能、低温抗裂性能的矛盾。为了提高高温抗车辙能力，希望尽量采用粗级配，增大集料粒径，增加集料数量，减少用油量，但这样的混合料低温劲度大、发脆， 很容易开裂， 疲劳性能差， 而且施工性能也差。 而为了提高耐久性能和低温抗裂性能，希望使用针入度较大、用量较多的沥青，用较细的、空隙率小的混合料，到了夏天就很容易出现软化，泛油、车辙。 (2)路面表面特性和耐久性的矛盾。高速公路对表面特性的要求较高，要求抗滑

14、性能好，不溅水、水雾小、噪音小。为了达到这些目的，必须提高表面粗糙度，采用构造深度大的开级配沥青混合料。但这样的混合料空隙率必然大，而空隙率大的混合料耐久性差。 在我国严酷的气候条件和繁重的交通条件考验下， 为了解快这两对矛盾， 我国研究人员重点从提高沥青混合料的使用性能入手，取得了较大成绩。 3.2 传统沥青混合料使用性能不足的解决途径 提高沥青路面的使用性能主要从以下两个途径加以改善： (1)改善矿料级配，现在沥青混合料的材料选择和配合比设计，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及交通条件作具体分析，尽量互相兼顾。希望混合料内部的空隙率在 4%左右，而表面的构造

15、深度能达到 1mm 以上，沥青用量尽可能大一些，却不产生车辙。 (2)改善沥青结合料，使用 SBS 改性沥青可全面提升公路沥青路面的使用性能和抵抗早期破坏能力。 4 改性沥青的应用 4.1 国内外改性沥青的应用 世界各国的道路路面约 80%以上是沥青路面， 目前全世界每年沥青总用量为 8000 万吨，80%用于道路工程。近年来，由于交通量迅速增加，特别是车辆载重明显增大，尤其是在欧洲，欧洲共同体己考虑容许放宽轴重限制，提高轴载，由此而产生的沥青路面抗高温车辙和抗低温开裂的性能己不能完全满足要求，因此在路面设计时，多采用改性沥青。国外改性沥青用于： （1）表面处治(含重交通道路路面性能改善)；

16、（2）薄面层和超薄面层密实沥青混凝土； （3）多孔隙(或开级配)沥青混凝土磨耗层； （4）路面防水层； （5）特重交通高速公路和特重交通城市道路的特殊路段； （6）大桥桥面和隧道中的路面； （7）封缝 。 4.2 SBS改性沥青在寒冷地区的应用 近年来，由于 SBS 的改性效果明显优于其它品种，寒冷地区开始广泛采用。SBS 改性沥青在寒冷地区的应用研究是从辽宁省开始的。1999 年辽宁省交通厅开展了应用 SBS 改性辽河 90#、140#沥青的试验研究。室内试验开展了基质沥青技术性能分析、SBS 改性沥青技术分析、SBS 改性沥青技术要求、SBS 改性沥青流变性质研究以及 SBS 改性沥青热贮

17、存稳定性等研究。其结论为:基质沥青加入 SBS 改性剂后，针入度指数增加，温度敏感性得到改善，软化点、旋转粘度提高，高温稳定性、低温抗裂性得以改善:具有有优良的抗短期老性能;4%剂量的 SBS 改性 90#沥青掺配此例经济合理，具有较强的抗车辙能力、低温抗裂能力和抗疲劳开裂能力。 黑龙江省呼绥高速公路、哈同高速公路、哈尔滨机场高速公路等均采用了 SBS 改性沥青，通过 SBS 改性沥青及其混合料的试验分析和通车两年后路面使用性能的观测显示，应用效果明显优于 PE, SBS 复合改性沥青。 SBS 改性沥青在寒区的应用， 可使沥青路面的使用功能得以明显提高和改善的效果，可有效解决高温车辙及变形、

18、低温裂缝等路面损害问题。 近年寒冷地区高速公路通过对 SBS 改性沥青的研究和应用，积累了一定的经验，主要结论有： (1) SBS 是比较适合寒冷地区气候条件的改性剂，能够使沥青路面的使用性能得到很大提高和改善。 (2 )SBS 改性剂使用的剂量应在 4%-5%范围内。 (3 )基质沥青选用 AH-110 重交通石油沥青比较适合。 (4 )提高沥青路面的使用性能，除提高改性沥青结合料的性能外，还要研究集料的合理级配与改性沥青与混合料的配合比.进行综合考虑，才能较大地提高改性沥青混合料的使用性能。 5 结论 改性沥青是一种发展前景好的高技术产品，在我国，特别是寒冷地区，改性沥青的应用刚刚起步。对于使沥青混合料达到更高的使用性能，减少病害的发生，增长路面使用寿命，满足不同气候条件的行车需求，应对超载现象严重，车辆渠化，气候多变等复杂环境，在寒区高等级公路的建设中科学、广泛的应用 SBS 改性沥青确实是行之有效的措施。 作者简介： 肖泽玉，男，出生日期，从事什么工作（约 50 字左右） 参考文献： 1沈金安， 改性沥青与 SBS 路面 ，人民交通出版社 2沙庆林， 高速公路沥青路面早期破坏现象预防 ，人民交通出版社 3辛得刚王哲人、周晓龙， 高速公路沥青路面材料与结构 ，人民交通出版社。 4沈金安，美国的 SMA 配合比设计方法，国外公路，1998 (10)