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【摘 要】本文从内因和外因等方面分析了沥青路面早期损坏的原因。
【关键词】内因;外因;沥青路面;早期损坏
Analyze mechanism of early-time damage for urban asphalt pavement
Qi Gai-ping, Zhang Xi-zhi, Yang Li-ge
(Henan Luohe Municipal Management Office Luohe Henan 462000)
【Abstract】The internal and external causes, it analyzed the causes of early damage of asphalt pavement.
【Key words】Internal cause; External cause; Asphalt pavement; Early-time damage
当前城市交通量日益增大,许多城市道路的沥青路面不同程度地呈现出一定的早期破坏,甚至个别城市道路当年通车就出现了病害,这样即降低了路面使用性能,也直接影响了车辆的安全运行,增大了养护资金的投入。
现就其产生原因作个人浅析。
1. 沥青路面早期损坏的类型
沥青路面较为普遍的早期损坏现象有麻面、松散、空洞、唧浆、坑槽等,其损坏的成因错综复杂。笔者对以往各种早期损坏现象进行合理分类,综合归纳,主要有三种类型:变形类、裂缝类和松散类。
2. 沥青路面损坏产生的原因分析
一般认为沥青路面早期损坏的根本原因主要在于大空隙率、外界水和载荷的综合作用致使沥青在短时间内对集料的粘附性能丧失,原粘附在集料表面的沥青膜逐渐从矿料表面脱落。城市道路有的在通车后的当年就发生早期损坏,有的在1~3年内发生。现分别从内因和外因等方面对沥青路面早期损坏原因提出一些个人浅析。
2.1 沥青路面损坏主要内因。
2.1.1 材料的影响。
2.1.1.1 石油沥青。
石油沥青的稠度、感温性和含蜡量等指标直接影响沥青与骨料的粘结力,并由此影响沥青路面的强度和沥青混合料使用性能。沥青类型的选用特别重要,选择与本地气候、交通条件相适应的沥青类型及标号,对预防沥青路面早期出现车辙,有效防止路面早期开裂,保证路面有较好的抗疲劳破坏能力。一般沥青路面宜选用稠度大、感温性小、软化点高、含蜡量低的重交石油沥青。目前普遍的做法是沥青上面层采用进口改性沥青油,既能满足重交通量的要求,又能降低道路成本造价。
2.1.1.2 集料。
集料的性能对路面质量和使用寿命也很重要。石料的强度、酸碱性、岩石结构情况是在集料选材时应考虑的主要因素。为了保证路面具有一定的抗压和抗滑能力,粗集料的压碎值一般不能高于28%。沥青与集料的粘附性主要由自身性质决定。若粘附性不足4级以上,沥青膜容易脱离造成路面损坏。因此沥青混合料首先应严格控制原材料质量。
2.1.2 沥青混合料组成设计影响。
2.1.2.1 沥青混合料配合比设计。
沥青混合料的组成设计是沥青路面成功的关键。集料的组成比例决定了混合料级配,级配中的粗集料粒大小与沥青混合料的抗疲劳强度和抗车辙能力有紧密的关系。集料级配和配合比直接决定了混合料级配好坏,对提高设计沥青混合料高温抗变形能力的影响尤为明显。目前城市道路逐步采用大粒径开级配的沥青上面层,其具有粒径大棱角分明,以增强轮胎与路面的附着力,从而提高抗滑性;也能极大提高路面抗车辙能力,能够有效地降低路面的平整度衰减。
2.1.2.2 最佳沥青用量选定。
沥青混合料各项使用性能与沥青混合料最佳沥青用量的选定紧密相关,决定沥青混合料最佳沥青用量选定的主要控制性指标是目标空隙率、沥青饱和度范围、残留稳定度和动稳定度标准等。在设计中,一般要考虑到在寒冷地区冬天较冷,夏天时间短,油石比略偏大,能够提高沥青混合料低温抗裂性和抗老化能力;反之热带地区,夏天长温度高,冬季时间短,则采用油石比低限,以提高路面热稳定性和抗车辙能力。
2.1.3 施工控制和养护因素的影响。
沥青路面施工时普遍存在:集料大小颗粒组成不均匀以及在运输和摊铺过程中造成粗细颗粒离析,沥青混合料离析导致路面局部压实不均匀,即细集料集中的部位往往沥青含量偏多,孔隙率过小,而粗集料集中的部位则孔隙率过大,使沥青路面热稳定性差,在高温季节容易出现车辙、拥包等病害。实践证明,沥青面层破损的一个很重要的原因是外界水引起的,沥青面层中水在汽车荷载及温度变化反复作用下,沥青面层产生早期破损。也有因路基压实未到位,路基产生不均匀沉陷;沥青混合料摊铺时间过长,或接缝处理不当,接缝处压实未达到要求,在行车作用下所形成早期损坏。
2.1.3.1 施工配合比的控制。
沥青混合料材料组成设计分为目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证、试拌试铺四个阶段。而在实际施工中,许多施工单位任意调整冷料仓供料速度或热料仓比例,调整拌和楼沥青用量,出现“目标配合比设计”与“生产配合比设计”不相符合,使得优化配合比设计改善沥青混合料路用性能得不到实现。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,从而导致沥青混合料内在质量存在先天不足,这也是导致路面出现一些常见病害的原因之一。
2.1.3.2 拌和过程控制。
拌和生产时,沥青和骨料的加热温度与拌和时间控制将直接影响沥青混合料的均匀性。当沥青或骨料加热温度过高,会使沥青产生老化,常见沥青混合料出现枯料、没有色泽,沥青或骨料加热温度过低或拌和时间不够时,常易出现花白料,沥青混合料均匀性差,或出料温度偏低,影响摊铺和压实质量。因此,实际施工中按规范要求控制好沥青混合料出料温度和拌和时间是十分必要的。
2.1.3.3 摊铺控制。
在施工中,要严格按照规范要求,除沥青混合料应保持连续、匀速、不间断地摊铺外,还应着重控制摊铺温度、供料速度与摊铺机前进速度协调,从而保证沥青混合料铺设的均匀性,防止大粒径料滚动产生离析等现象。一般中、下面层宜采用两摊铺机成梯队平行摊铺,表面层宜选用一台宽幅摊铺机整幅摊铺,或者两台摊铺机上下层纵向接缝错位1m铺设,以消除纵向接缝可能出现的不平整和结合部沥青混合料大粒径出现离析而引起路面松散。
2.1.3.4 碾压控制。
碾压是否达到密实程度,将直接影响沥青路面使用耐久性和稳定性。当碾压欠密实时,沥青混合料矿料间未形成密实状况时应达到的嵌挤强度,在高温和行车荷载作用时稳定性较差,容易产生车辙。同时,由于压实未达到规定的密实度,沥青混合料内部的空气率增大,雨水渗入孔隙后,在行车载荷作用下空隙内部动水作用增强,使沥青路面的耐久性和水稳性降低,沥青路面因此出现松散、凹陷和破坏。影响沥青混合料压实效果的因素有很多,如包括碾压设备和工艺的组合、初压和终压温度的控制、压实遍数、碾压方式、碾压速度、振频、振幅的控制等。碾压基本上要求实用压路机时,应采用低频、及时跟上的碾压方式。
2.1.3.5 路基和基层施工缺陷的影响。
基层是承担面层传递的车辆荷载的主要承重层,基层的强度及稳定直接关系面层的强度和稳定性。城市道路早期损坏大部分与路基施工质量有关,尤其是软土地区的新建道路,地基不稳定、地基换填或基础处理不彻底、路基填筑压实度不足、路基填料的液限偏高、路堤不均匀沉降等会导致路面的早期损坏。路基最集中的是分层碾压不规范,压实度不够,尤其是城市老路拓宽改造过程中纵横向结合处,缝的处理不到位,在路面竣工后短时间内出现沉降、开裂。在雨污水、通讯、路灯等管网交叉施工中路面基层回填压实不足,采取的补强措施不到位,都会在短时间内出现沉降、开裂、网裂等多种现象。
2.2 沥青路面损坏主要外因。
荷载作用是引起沥青路面发生病害最直接原因。路面在行车荷载作用下,产生压缩、弯曲和剪切变形,当荷载瞬时最大剪切力超过沥青混合料临界开裂疲劳强度时,路面就会开裂,重载和超载车辆长时间反复作用,逐渐发展成网状裂缝、雨水渗入后动水冲刷加速了破坏。
2.2.1 交通量和超载。
超限超载车辆是造成路面损坏的主要因素之一,尤其在公路早期损坏有明显的表现。统计的交通量的大小与路面设计所需要的车辆有较大的区别,允许超载车辆进入市政道路或对超载车辆控制不严是早期损坏的原因。根据相关调查资料,可知因超载能使沥青面层的使用年限缩短50%~60%。
2.2.2 养护与管理不足。
路面早期养护措施不及时、管理不完善等原因也是城市沥青路面产生早期损坏的因素,出现病害应及时养护和维修;机动车辆的猛刹车对沥青路面表面的冲击和推挤、机动车辆漏油对路面的污染、路面排水系统不畅或收雨水口的清理不及时造成积水,也会对路面造成损害;等等原因都是影响路面使用寿命的因素。
3. 结语
沥青路面早期损坏已成为沥青路面的主要危害之一。根据其成因,应从管理、设计、施工、养护等方面加以规范,建设单位、设计单位、监理单位、施工单位等都应重视,分别从路面结构设计、原材料控制、施工组织、科学管理等采取一系列预防和改善措施,建立健全组织机构体系、质量保证体系和技术措施,层层重视、层层控制、层层落实,从根本上减少城市沥青路面早期损坏的发生。
[文章编号]1006-7619(2010)07-08-635
【关键词】内因;外因;沥青路面;早期损坏
Analyze mechanism of early-time damage for urban asphalt pavement
Qi Gai-ping, Zhang Xi-zhi, Yang Li-ge
(Henan Luohe Municipal Management Office Luohe Henan 462000)
【Abstract】The internal and external causes, it analyzed the causes of early damage of asphalt pavement.
【Key words】Internal cause; External cause; Asphalt pavement; Early-time damage
当前城市交通量日益增大,许多城市道路的沥青路面不同程度地呈现出一定的早期破坏,甚至个别城市道路当年通车就出现了病害,这样即降低了路面使用性能,也直接影响了车辆的安全运行,增大了养护资金的投入。
现就其产生原因作个人浅析。
1. 沥青路面早期损坏的类型
沥青路面较为普遍的早期损坏现象有麻面、松散、空洞、唧浆、坑槽等,其损坏的成因错综复杂。笔者对以往各种早期损坏现象进行合理分类,综合归纳,主要有三种类型:变形类、裂缝类和松散类。
2. 沥青路面损坏产生的原因分析
一般认为沥青路面早期损坏的根本原因主要在于大空隙率、外界水和载荷的综合作用致使沥青在短时间内对集料的粘附性能丧失,原粘附在集料表面的沥青膜逐渐从矿料表面脱落。城市道路有的在通车后的当年就发生早期损坏,有的在1~3年内发生。现分别从内因和外因等方面对沥青路面早期损坏原因提出一些个人浅析。
2.1 沥青路面损坏主要内因。
2.1.1 材料的影响。
2.1.1.1 石油沥青。
石油沥青的稠度、感温性和含蜡量等指标直接影响沥青与骨料的粘结力,并由此影响沥青路面的强度和沥青混合料使用性能。沥青类型的选用特别重要,选择与本地气候、交通条件相适应的沥青类型及标号,对预防沥青路面早期出现车辙,有效防止路面早期开裂,保证路面有较好的抗疲劳破坏能力。一般沥青路面宜选用稠度大、感温性小、软化点高、含蜡量低的重交石油沥青。目前普遍的做法是沥青上面层采用进口改性沥青油,既能满足重交通量的要求,又能降低道路成本造价。
2.1.1.2 集料。
集料的性能对路面质量和使用寿命也很重要。石料的强度、酸碱性、岩石结构情况是在集料选材时应考虑的主要因素。为了保证路面具有一定的抗压和抗滑能力,粗集料的压碎值一般不能高于28%。沥青与集料的粘附性主要由自身性质决定。若粘附性不足4级以上,沥青膜容易脱离造成路面损坏。因此沥青混合料首先应严格控制原材料质量。
2.1.2 沥青混合料组成设计影响。
2.1.2.1 沥青混合料配合比设计。
沥青混合料的组成设计是沥青路面成功的关键。集料的组成比例决定了混合料级配,级配中的粗集料粒大小与沥青混合料的抗疲劳强度和抗车辙能力有紧密的关系。集料级配和配合比直接决定了混合料级配好坏,对提高设计沥青混合料高温抗变形能力的影响尤为明显。目前城市道路逐步采用大粒径开级配的沥青上面层,其具有粒径大棱角分明,以增强轮胎与路面的附着力,从而提高抗滑性;也能极大提高路面抗车辙能力,能够有效地降低路面的平整度衰减。
2.1.2.2 最佳沥青用量选定。
沥青混合料各项使用性能与沥青混合料最佳沥青用量的选定紧密相关,决定沥青混合料最佳沥青用量选定的主要控制性指标是目标空隙率、沥青饱和度范围、残留稳定度和动稳定度标准等。在设计中,一般要考虑到在寒冷地区冬天较冷,夏天时间短,油石比略偏大,能够提高沥青混合料低温抗裂性和抗老化能力;反之热带地区,夏天长温度高,冬季时间短,则采用油石比低限,以提高路面热稳定性和抗车辙能力。
2.1.3 施工控制和养护因素的影响。
沥青路面施工时普遍存在:集料大小颗粒组成不均匀以及在运输和摊铺过程中造成粗细颗粒离析,沥青混合料离析导致路面局部压实不均匀,即细集料集中的部位往往沥青含量偏多,孔隙率过小,而粗集料集中的部位则孔隙率过大,使沥青路面热稳定性差,在高温季节容易出现车辙、拥包等病害。实践证明,沥青面层破损的一个很重要的原因是外界水引起的,沥青面层中水在汽车荷载及温度变化反复作用下,沥青面层产生早期破损。也有因路基压实未到位,路基产生不均匀沉陷;沥青混合料摊铺时间过长,或接缝处理不当,接缝处压实未达到要求,在行车作用下所形成早期损坏。
2.1.3.1 施工配合比的控制。
沥青混合料材料组成设计分为目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证、试拌试铺四个阶段。而在实际施工中,许多施工单位任意调整冷料仓供料速度或热料仓比例,调整拌和楼沥青用量,出现“目标配合比设计”与“生产配合比设计”不相符合,使得优化配合比设计改善沥青混合料路用性能得不到实现。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,从而导致沥青混合料内在质量存在先天不足,这也是导致路面出现一些常见病害的原因之一。
2.1.3.2 拌和过程控制。
拌和生产时,沥青和骨料的加热温度与拌和时间控制将直接影响沥青混合料的均匀性。当沥青或骨料加热温度过高,会使沥青产生老化,常见沥青混合料出现枯料、没有色泽,沥青或骨料加热温度过低或拌和时间不够时,常易出现花白料,沥青混合料均匀性差,或出料温度偏低,影响摊铺和压实质量。因此,实际施工中按规范要求控制好沥青混合料出料温度和拌和时间是十分必要的。
2.1.3.3 摊铺控制。
在施工中,要严格按照规范要求,除沥青混合料应保持连续、匀速、不间断地摊铺外,还应着重控制摊铺温度、供料速度与摊铺机前进速度协调,从而保证沥青混合料铺设的均匀性,防止大粒径料滚动产生离析等现象。一般中、下面层宜采用两摊铺机成梯队平行摊铺,表面层宜选用一台宽幅摊铺机整幅摊铺,或者两台摊铺机上下层纵向接缝错位1m铺设,以消除纵向接缝可能出现的不平整和结合部沥青混合料大粒径出现离析而引起路面松散。
2.1.3.4 碾压控制。
碾压是否达到密实程度,将直接影响沥青路面使用耐久性和稳定性。当碾压欠密实时,沥青混合料矿料间未形成密实状况时应达到的嵌挤强度,在高温和行车荷载作用时稳定性较差,容易产生车辙。同时,由于压实未达到规定的密实度,沥青混合料内部的空气率增大,雨水渗入孔隙后,在行车载荷作用下空隙内部动水作用增强,使沥青路面的耐久性和水稳性降低,沥青路面因此出现松散、凹陷和破坏。影响沥青混合料压实效果的因素有很多,如包括碾压设备和工艺的组合、初压和终压温度的控制、压实遍数、碾压方式、碾压速度、振频、振幅的控制等。碾压基本上要求实用压路机时,应采用低频、及时跟上的碾压方式。
2.1.3.5 路基和基层施工缺陷的影响。
基层是承担面层传递的车辆荷载的主要承重层,基层的强度及稳定直接关系面层的强度和稳定性。城市道路早期损坏大部分与路基施工质量有关,尤其是软土地区的新建道路,地基不稳定、地基换填或基础处理不彻底、路基填筑压实度不足、路基填料的液限偏高、路堤不均匀沉降等会导致路面的早期损坏。路基最集中的是分层碾压不规范,压实度不够,尤其是城市老路拓宽改造过程中纵横向结合处,缝的处理不到位,在路面竣工后短时间内出现沉降、开裂。在雨污水、通讯、路灯等管网交叉施工中路面基层回填压实不足,采取的补强措施不到位,都会在短时间内出现沉降、开裂、网裂等多种现象。
2.2 沥青路面损坏主要外因。
荷载作用是引起沥青路面发生病害最直接原因。路面在行车荷载作用下,产生压缩、弯曲和剪切变形,当荷载瞬时最大剪切力超过沥青混合料临界开裂疲劳强度时,路面就会开裂,重载和超载车辆长时间反复作用,逐渐发展成网状裂缝、雨水渗入后动水冲刷加速了破坏。
2.2.1 交通量和超载。
超限超载车辆是造成路面损坏的主要因素之一,尤其在公路早期损坏有明显的表现。统计的交通量的大小与路面设计所需要的车辆有较大的区别,允许超载车辆进入市政道路或对超载车辆控制不严是早期损坏的原因。根据相关调查资料,可知因超载能使沥青面层的使用年限缩短50%~60%。
2.2.2 养护与管理不足。
路面早期养护措施不及时、管理不完善等原因也是城市沥青路面产生早期损坏的因素,出现病害应及时养护和维修;机动车辆的猛刹车对沥青路面表面的冲击和推挤、机动车辆漏油对路面的污染、路面排水系统不畅或收雨水口的清理不及时造成积水,也会对路面造成损害;等等原因都是影响路面使用寿命的因素。
3. 结语
沥青路面早期损坏已成为沥青路面的主要危害之一。根据其成因,应从管理、设计、施工、养护等方面加以规范,建设单位、设计单位、监理单位、施工单位等都应重视,分别从路面结构设计、原材料控制、施工组织、科学管理等采取一系列预防和改善措施,建立健全组织机构体系、质量保证体系和技术措施,层层重视、层层控制、层层落实,从根本上减少城市沥青路面早期损坏的发生。
[文章编号]1006-7619(2010)07-08-635