论文部分内容阅读
摘 要：裂缝是路桥工程中沥青路面最常见和最重要的破坏模式之一。为了获得长效的路面，有必要控制这些裂缝的发展，并在它们变得更深，使下层变质之前对其进行养护修复。鉴于此，本文通过分析现阶段路桥工程沥青路面裂缝产生的原因，并从原因出发，探究路桥工程中有效的沥青路面养护措施。以期为从业人员提供一定的参考，延长路桥工程沥青路面的使用寿命。
关键词：路桥工程;沥青路面;路面裂缝;路面养护
1.引言
路桥工程的沥青路面长期受到外部自然环境因素、车辆因素、自身应力释放因素以及材料因素的影响，导致路面出现多种破坏模式，包括开裂（即疲劳开裂、纵向开裂、横向开裂、块状开裂、滑移开裂、反射性开裂和边缘开裂）;表面变形（即车辙、起皱、下陷和膨胀）;崩解（即坑洼和斑块）和表面缺陷（即松散、渗出、抛光和分层）等。[1]其中，路面裂缝是最常见，也是最重要的破坏模式之一。本文通过分析路桥工程沥青路面裂缝原因，旨在提出路桥工程沥青路面养护措施。现报告如下。
2.路桥工程沥青路面裂缝原因
在路桥工程沥青路面的使用过程中，经常会出现裂缝，由于原因不同，裂缝的形式也不同。造成裂缝的影响因素主要是荷载和温度，在实践中，为了对裂缝进行详细的区分，一般根据沥青路面裂缝产生的原因，分做以下三个类型：
首先，是荷载疲劳裂缝。沥青路面的荷载疲劳裂缝通常与路面结构在荷载作用下的临界拉应变大小有关。临界拉伸应变的大小和发生位置取決于荷载结构、路面系统的结构形式和路面材料的力学响应特性。这些关键的张力决定了沥青路面裂缝的产生和扩展的性质。例如，临界拉伸应变发生在沥青层底部，从而使裂缝从沥青层底部开始向顶部扩展，这种类型的裂缝称为自下而上的裂缝。此外，荷载疲劳裂缝还可以从顶部开始扩展到底部，这种类型的裂缝被称为自顶向下裂缝，因为临界应变发生在沥青层的顶部。自顶向下开裂是由多种因素引起的，其中最主要的是沥青面层表面的拉应变、沥青老化、空间温度梯度、沥青混合料性能和离析。
其次，是温度裂缝。在寒冷气候地区，寒冷的气候在路桥工程沥青路面内引起热收缩。当与沥青在低温下的脆性结合时，在路面上形成横向裂缝以缓解热应力。这种开裂促使路桥工程沥青路面的过早损坏。这是因为温度裂缝不仅存在于沥青路面表面，而且存在于路面基层中，危害较大。
最后，是反射裂缝。反射裂缝被认为是路面损坏的主要原因，它是由于裂缝通过现有路面的裂缝或接缝反射水泥混凝土覆盖层而造成的。反射裂缝在我国道路裂缝中占有较高的比例。从沥青路面裂缝分析来看，反射裂缝是温度和荷载的共同作用下的产物。
3.路桥工程沥青路面养护措施
首先，在所有路面维护计划中，裂缝密封和填充处理一直是延长路面寿命的重要考虑因素。裂缝密封使用刨机切割裂缝，以提供一个均匀的矩形容器，以更大程度地密封剂渗透，从而具有良好的粘结性，而裂缝填充只需插入密封剂而无需对裂缝壁进行任何修改。根据环境排放，对裂缝填充和密封处理的每个生命周期阶段按八个影响类别进行量化，研究的结果表明，与填充技术相比，裂缝密封处理的初始环境排放量非常高。但是，通过长期进行裂缝密封处理，可以补偿这种环境负担并减少约25%的排放。[2]此外，将温度升高到胶结料的软化点附近，则可以利用沥青混合物的自修复作用，从而使裂缝融合。在实践中，可以使用微波路面热再生机对需修复路面进行微波加热，使用导电添加剂来促进感应加热，完成裂缝黏合、平整路面坑包。
其次，像低温裂缝和疲劳裂缝这样的问题一直是寒冷地区路桥工程沥青路面面临的主要问题。事实上，在日常温度变化较大的地区，路桥工程沥青路面裂缝非常普遍。沥青混合料的流变特性对沥青混合料的裂缝产生重要影响，因为沥青混合料是集料骨架的粘结剂。传统的粘合剂，例如具有100渗透等级（100 pen。）和60渗透等级（60 pen。）的粘合剂，[3]被用于路面施工中。然而，近年来，增加的载荷和车辆的制动力要求粘合剂的耐久性和强度，以抵抗路面的车辙，疲劳和开裂倾向。为了提高粘结剂的抗裂和抗车辙性能，研究人员多年来一直在研究不同粘结剂添加剂的性能，如用聚合物改变粘结剂性能的好处已经得到充分证实。由于资源枯竭和气候变化的影响，以及沥青结合料价格的上涨，对可替代的和可再生的结合剂资源的需求也在增加。生物胶结料的主要应用是作为石油基沥青胶结料的改性剂，生物胶结料的加入可以提高沥青胶结料的低温流变性能。生物胶结料主要由胶质和沥青质组成，几乎没有饱和烃和芳香烃的痕迹。例如，从猪粪中提取的生物胶结料，芳香特性远低于传统胶结料，但极性更强，是平均氮含量的4倍，平均氧含量的10倍。由于含有较高浓度的极性氮和氧，生物胶结料材料改善沥青混合物的水分损失，进而通过扰乱沥青的结晶减少沥青的低温开裂。
最后，使用沥青加铺层修复刚性路面结构，使用夹层来减小反射裂缝。其中一种类型的中间层是沥青橡胶片密封，具有低刚度和高变形性。这些夹层可以驱散在刚性路面裂缝和接缝处积聚的应力和应变能，否则这些应力和应变能就会转移到沥青路面的下面。夹层的另一个好处是它能够防止水侵入路面结构的下层，从而保护路面系统的结构完整性。这些夹层被称为橡胶化应力吸收膜夹层（sami-r）或沥青橡胶集料膜夹层。[4]作为表面层，称为沥青橡胶集料膜或橡胶碎片密封。中间层可以延长保存和修复的寿命。延寿的程度取决于现有路面条件、交通负荷、气候和环境条件以及所用夹层的类型和工程特性等诸多因素。这些夹层的优异性能主要归功于独特的弹性性能和橡胶沥青结合料优越的老化特性，它可以承受比未改性沥青结合料多五倍的应变。
需要注意的是，沥青路面裂缝在实际工程中并不能完全消除，受到车辆、温度、阳光的影响，沥青路面最终都会呈现疲劳的趋势，出现氧化问题和疲劳裂缝，如果不能及时对路面进行养护，这些问题会由表层深入到路面的基层，破坏整个沥青路面的基本结构，只能够通过对整段路进行重新铺筑来维护，既浪费了人力物力又影响了交通。[5]在沥青路面的养护工作中可以应用沥青再生技术，通过在混合料中掺入适量的再生剂或少量的新沥青来恢复沥青原有的物理性能，提高其抗氧化能力以及抗拉性能，从而延长使用寿命。
4.结语
综上所述，路桥工程沥青路面负荷沉重，养护工作效率低下，路桥工程有时会比预期恶化得更快。这直接导致了能源使用量的增加，成本的提高，以及对环境的更多排放。因此，需要一种方法，可以尽可能提高路桥工程沥青路面维护工作的效率，延长路桥工程沥青路面的生命周期。为了达到这个目的，本文基于2.路桥工程沥青路面裂缝原因，提出裂缝密封、路面微波加热修复、添加生物胶结料和使用夹层来减小反射裂缝 等多种有效措施，以期为沥青路面裂缝修复，改善沥青路面开裂，做出应有贡献。
参考文献：
[1]杨智敏，张渊，张绍成.云南普通国省干线公路沥青路面养护工艺清单建立分析[J].公路交通科技（应用技术版），2020，16（06）：111-114.
[2]韩亚歌，张虹雨.公路养护中沥青路面预防性养护技术的应用研究[J].技术与市场，2020，27（06）：109-110.
[3]张守俊.高速公路养护施工中影响沥青路面平整度的原因探讨[J].建材与装饰，2020（16）：229+232.
[4]秦伟杰，孟凡畅.改性地聚合物注浆技术与传统养护工艺相比的优势[J].价值工程，2020，39（15）：189-191.
[5]崔晟东.基于沥青路面结构层使用性能的养护罩面方案评价分析[J].北方交通，2020（05）：63-66.
关键词：路桥工程;沥青路面;路面裂缝;路面养护
1.引言
路桥工程的沥青路面长期受到外部自然环境因素、车辆因素、自身应力释放因素以及材料因素的影响，导致路面出现多种破坏模式，包括开裂（即疲劳开裂、纵向开裂、横向开裂、块状开裂、滑移开裂、反射性开裂和边缘开裂）;表面变形（即车辙、起皱、下陷和膨胀）;崩解（即坑洼和斑块）和表面缺陷（即松散、渗出、抛光和分层）等。[1]其中，路面裂缝是最常见，也是最重要的破坏模式之一。本文通过分析路桥工程沥青路面裂缝原因，旨在提出路桥工程沥青路面养护措施。现报告如下。
2.路桥工程沥青路面裂缝原因
在路桥工程沥青路面的使用过程中，经常会出现裂缝，由于原因不同，裂缝的形式也不同。造成裂缝的影响因素主要是荷载和温度，在实践中，为了对裂缝进行详细的区分，一般根据沥青路面裂缝产生的原因，分做以下三个类型：
首先，是荷载疲劳裂缝。沥青路面的荷载疲劳裂缝通常与路面结构在荷载作用下的临界拉应变大小有关。临界拉伸应变的大小和发生位置取決于荷载结构、路面系统的结构形式和路面材料的力学响应特性。这些关键的张力决定了沥青路面裂缝的产生和扩展的性质。例如，临界拉伸应变发生在沥青层底部，从而使裂缝从沥青层底部开始向顶部扩展，这种类型的裂缝称为自下而上的裂缝。此外，荷载疲劳裂缝还可以从顶部开始扩展到底部，这种类型的裂缝被称为自顶向下裂缝，因为临界应变发生在沥青层的顶部。自顶向下开裂是由多种因素引起的，其中最主要的是沥青面层表面的拉应变、沥青老化、空间温度梯度、沥青混合料性能和离析。
其次，是温度裂缝。在寒冷气候地区，寒冷的气候在路桥工程沥青路面内引起热收缩。当与沥青在低温下的脆性结合时，在路面上形成横向裂缝以缓解热应力。这种开裂促使路桥工程沥青路面的过早损坏。这是因为温度裂缝不仅存在于沥青路面表面，而且存在于路面基层中，危害较大。
最后，是反射裂缝。反射裂缝被认为是路面损坏的主要原因，它是由于裂缝通过现有路面的裂缝或接缝反射水泥混凝土覆盖层而造成的。反射裂缝在我国道路裂缝中占有较高的比例。从沥青路面裂缝分析来看，反射裂缝是温度和荷载的共同作用下的产物。
3.路桥工程沥青路面养护措施
首先，在所有路面维护计划中，裂缝密封和填充处理一直是延长路面寿命的重要考虑因素。裂缝密封使用刨机切割裂缝，以提供一个均匀的矩形容器，以更大程度地密封剂渗透，从而具有良好的粘结性，而裂缝填充只需插入密封剂而无需对裂缝壁进行任何修改。根据环境排放，对裂缝填充和密封处理的每个生命周期阶段按八个影响类别进行量化，研究的结果表明，与填充技术相比，裂缝密封处理的初始环境排放量非常高。但是，通过长期进行裂缝密封处理，可以补偿这种环境负担并减少约25%的排放。[2]此外，将温度升高到胶结料的软化点附近，则可以利用沥青混合物的自修复作用，从而使裂缝融合。在实践中，可以使用微波路面热再生机对需修复路面进行微波加热，使用导电添加剂来促进感应加热，完成裂缝黏合、平整路面坑包。
其次，像低温裂缝和疲劳裂缝这样的问题一直是寒冷地区路桥工程沥青路面面临的主要问题。事实上，在日常温度变化较大的地区，路桥工程沥青路面裂缝非常普遍。沥青混合料的流变特性对沥青混合料的裂缝产生重要影响，因为沥青混合料是集料骨架的粘结剂。传统的粘合剂，例如具有100渗透等级（100 pen。）和60渗透等级（60 pen。）的粘合剂，[3]被用于路面施工中。然而，近年来，增加的载荷和车辆的制动力要求粘合剂的耐久性和强度，以抵抗路面的车辙，疲劳和开裂倾向。为了提高粘结剂的抗裂和抗车辙性能，研究人员多年来一直在研究不同粘结剂添加剂的性能，如用聚合物改变粘结剂性能的好处已经得到充分证实。由于资源枯竭和气候变化的影响，以及沥青结合料价格的上涨，对可替代的和可再生的结合剂资源的需求也在增加。生物胶结料的主要应用是作为石油基沥青胶结料的改性剂，生物胶结料的加入可以提高沥青胶结料的低温流变性能。生物胶结料主要由胶质和沥青质组成，几乎没有饱和烃和芳香烃的痕迹。例如，从猪粪中提取的生物胶结料，芳香特性远低于传统胶结料，但极性更强，是平均氮含量的4倍，平均氧含量的10倍。由于含有较高浓度的极性氮和氧，生物胶结料材料改善沥青混合物的水分损失，进而通过扰乱沥青的结晶减少沥青的低温开裂。
最后，使用沥青加铺层修复刚性路面结构，使用夹层来减小反射裂缝。其中一种类型的中间层是沥青橡胶片密封，具有低刚度和高变形性。这些夹层可以驱散在刚性路面裂缝和接缝处积聚的应力和应变能，否则这些应力和应变能就会转移到沥青路面的下面。夹层的另一个好处是它能够防止水侵入路面结构的下层，从而保护路面系统的结构完整性。这些夹层被称为橡胶化应力吸收膜夹层（sami-r）或沥青橡胶集料膜夹层。[4]作为表面层，称为沥青橡胶集料膜或橡胶碎片密封。中间层可以延长保存和修复的寿命。延寿的程度取决于现有路面条件、交通负荷、气候和环境条件以及所用夹层的类型和工程特性等诸多因素。这些夹层的优异性能主要归功于独特的弹性性能和橡胶沥青结合料优越的老化特性，它可以承受比未改性沥青结合料多五倍的应变。
需要注意的是，沥青路面裂缝在实际工程中并不能完全消除，受到车辆、温度、阳光的影响，沥青路面最终都会呈现疲劳的趋势，出现氧化问题和疲劳裂缝，如果不能及时对路面进行养护，这些问题会由表层深入到路面的基层，破坏整个沥青路面的基本结构，只能够通过对整段路进行重新铺筑来维护，既浪费了人力物力又影响了交通。[5]在沥青路面的养护工作中可以应用沥青再生技术，通过在混合料中掺入适量的再生剂或少量的新沥青来恢复沥青原有的物理性能，提高其抗氧化能力以及抗拉性能，从而延长使用寿命。
4.结语
综上所述，路桥工程沥青路面负荷沉重，养护工作效率低下，路桥工程有时会比预期恶化得更快。这直接导致了能源使用量的增加，成本的提高，以及对环境的更多排放。因此，需要一种方法，可以尽可能提高路桥工程沥青路面维护工作的效率，延长路桥工程沥青路面的生命周期。为了达到这个目的，本文基于2.路桥工程沥青路面裂缝原因，提出裂缝密封、路面微波加热修复、添加生物胶结料和使用夹层来减小反射裂缝 等多种有效措施，以期为沥青路面裂缝修复，改善沥青路面开裂，做出应有贡献。
参考文献：
[1]杨智敏，张渊，张绍成.云南普通国省干线公路沥青路面养护工艺清单建立分析[J].公路交通科技（应用技术版），2020，16（06）：111-114.
[2]韩亚歌，张虹雨.公路养护中沥青路面预防性养护技术的应用研究[J].技术与市场，2020，27（06）：109-110.
[3]张守俊.高速公路养护施工中影响沥青路面平整度的原因探讨[J].建材与装饰，2020（16）：229+232.
[4]秦伟杰，孟凡畅.改性地聚合物注浆技术与传统养护工艺相比的优势[J].价值工程，2020，39（15）：189-191.
[5]崔晟东.基于沥青路面结构层使用性能的养护罩面方案评价分析[J].北方交通，2020（05）：63-66.