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摘要从原材料、设计、施工三方面分析沥青路面早期破坏的原因。
关键字沥青路面;早期破损;原因
中图分类号U4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)052-0032-01
沥青路面因其表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点广泛应用于公路和城市道路。在建成通车后沥青路面承受行车荷载的反复作用和自然因素的影响,往往会在设计年限的前1/4～1/3期间内发生裂缝、车辙、松散、剥落、表面磨光、泛油、推移、波浪、壅包、坑槽、局部沉陷等破坏,严重影响行车的舒适性和安全性,降低了路面的使用寿命。研究沥青路面早期破损的原因,采取相应的措施,能够延长路面使用寿命,降低养护维修的费用,具有重要的现实意义。
本文主要讨论原材料、设计、施工这三个方面的原因。
1原材料原因
1.1沥青
沥青的针入度、软化点、延伸度、稠度等指标直接影响沥青、沥青与矿料之间的粘结力,从而影响沥青混合料的强度和稳定性。除了良好的粘结力外,还要求沥青材料具有良好的高温稳定性、低温稳定性、抗老化性等,尤其现在的交通运输重载、超载现象严重,对沥青材料的性能要求更高。
1.2矿料
矿料的强度、酸碱性、表面特征对沥青混合料的强度有直接影响。具有棱角、表面粗糙的矿料相互嵌挤能形成较大的内摩阻力。碱性矿料与沥青能很好的相互粘结,酸性矿料则不然。使用酸性矿料,又或者碎石的压碎值、磨耗值不符合要求,可能造成沥青混合料稳定度偏低,引起沥青路面早期的剥落。
1.3填料
填料与沥青交互作用才能形成结构沥青,才能与矿料很好的粘结。当沥青用量一定时,填料的细度、掺量决定着结构沥青、自由沥青的多寡,如果自由沥青较多,不但降低了矿料与沥青之间的粘结力,而且在行车荷载的作用下可能会形成泛油。填料一般由与沥青粘结性能较好的石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料磨细得到。
2设计原因
2.1沥青混合料配合比设计原因
沥青混合料配合比设计的目的是确定沥青混合料各种原材料的品种及配比、矿料级配、最佳沥青用量。
1)矿料级配。矿料级配分密级配、开级配、半开级配。不同的级配,沥青混合料的空隙率大小不同,粘结力和内摩阻力比例分配不同,混合料各项性能表现不同,例如空隙率小的沥青混合料低温抗裂性、抗老化性、抗疲劳性、水穩定性较好,但高温稳定性较差。显然性能之间可能彼此矛盾,相互制约,所以选择级配时,要使得各项路用性能互相兼顾,达到最优。2)沥青用量。沥青用量的多寡决定着包裹矿料的沥青膜的厚度。沥青用量太少,不足以包裹矿料,或虽完全包裹矿料,但沥青膜很薄,特别薄的沥青膜容易老化、变脆,而且沥青混合料粘结力较小。沥青用量太大,沥青把矿料相互挤开,则沥青混合料内摩阻力较小。因此,一般采用相应于沥青混合料最佳疲劳寿命的沥青含量。
2.2结构设计原因
1)设计指标。沥青路面结构设计以路表面回弹弯沉值和层底弯拉应力为设计指标,但在实际的设计中,按照现有规范的设计方法,只要弯沉设计指标能满足条件,那么弯拉应力指标肯定也能满足条件,相当于只有一个设计指标。现有的设计弯沉值计算公式,弯沉与累计当量标准轴次之间的关系式,随着交通运输的发展,虽然几经修正,但并不能很好的反应现有交通条件对路面结构的作用。计算层底弯拉应力的先决条件是假设层间连续接触,而实际上沥青层与半刚性基层之间很难做到连续接触,即使是沥青层之间,由于施工污染,施工非连续等原因,沥青层之间可能是部分连续或滑动的。另外,层间连接状态也会随着行车荷载和自然因素的作用而改变。因此设计时的假定前提是不准确的,那么计算结果也不可能是准确的。2)设计参数。路面设计中路面材料设计参数一般通过室内试验确定或直接取规范推荐的中值,这样的参数并不能反映材料在野外的实际性能,由此得到的设计结果也不能准确。3)厚度设计。路面厚度设计的目标是使路面结构在设计年限内满足预测交通量累计标准轴载通行的要求。为了计算方便,规范规定了一种标准轴载,将所有的非标准轴载作用的轴次换算成标准轴载作用的轴次,然后用计算得到的设计年限内累计标准当量轴次计算路面设计弯沉值及路面设计层厚度。现实中,货运重载、超载严重,实际的轴载往往大于车辆参数提供的轴载,因此当量轴次的换算公式并不能反映实际情况,路面承受的当量轴次要远大于设计计算的结果,使得尚未达到设计年限,路面实际承受的累计当量轴次已达到设计年限内的累计当量轴次,使路面发生早期破坏。
3施工原因
3.1面层施工
1)拌和。沥青混合料的拌和温度和拌和时间决定沥青混合料的质量和均匀性。沥青混合料加热温度过高,会使沥青老化,降低粘性;沥青可能被矿料的高温灼焦,造成“糊料”。加热温度过低或拌和时间不够则会出现花白料,降低沥青混合料的均匀性,最终影响沥青路面的质量。因此要严格按照规范规定的拌和温度、拌和时间操作。2)运输。对于热拌沥青混合料,从拌和设备到运料车,从运料车到摊铺机受料斗,两次转移过程如果落差较大可能发生混合料的离析。运输过程中如果运距过长,沥青混合料热量在途中损失较大,运至现场后混合料温度不能满足摊铺要求。3)摊铺。摊铺是决定路面平整度和密实度的关键工序,其操作好坏直接影响行车的舒适性和耐久性。摊铺时速度过快影响压实效果,还易导致沥青混凝土面层表面刮花;摊铺时速度时快时慢、时开时停,会导致路面平整度差、压实度不好。因此,要正确选择摊铺作业速度,保证摊铺机的作业效率和摊铺质量。对于热拌热铺的沥青混合料,摊铺温度应控制在130℃～160℃为宜。当摊铺温度比较低时,沥青混合料的粘度增高,和易性降低,使混合料压实困难。4)碾压。碾压是决定沥青路面施工质量的重要工序。在相同条件下,碾压效果越好,密实程度越高,强度越高。如果沥青混合料出厂温度接近或超过规范规定的上限值,且运距较短,摊铺、碾压及时,就会导致碾压温度过高,混合料不好压实,出现推移、微裂破坏。低温碾压则会导致压实度不足,空隙率大,影响沥青路面的水稳定性和耐久性。碾压过程中压路机如果停车,调头,会发生推挤、拥包现象,从而影响平整度。过度碾压又会造成构造深度偏小,残余空隙率小,夏季气温高时沥青没有足够的膨胀空间形成泛油病害,影响行车安全。
3.2基层施工
基层作为主要承重层,其强度和稳定性直接影响面层的强度和稳定性。1)基层材料离析。如果基层混合料中集料离析,会导致基层材料不均匀,进而导致基层强度和稳定性不均匀。2)松铺系数控制不严。基层混合料的松铺系数控制不严格,使得基层不能一次成型,需设置找补层,而找补层强度和稳定性不足,与已设基层无法紧密连接,自身厚度又较薄,易松散,进而引起沥青面层的网裂、松散、坑槽等破损。
4结语
路面早期破损严重影响路面的行车质量和使用寿命。只有通过合理设计、合理施工、合理养护,从路面建成前到路面建成后严格控制每一环节的质量,方能最大程度的消灭沥青路面早期破坏这一质量通病,保证设计年限内路面能提供快速、安全、稳定的服务功能。
参考文献
[1]朱丽梅.沥青路面早期破坏原因的浅探.中小企业管理与科技,2009,8.
[2]孟书涛.沥青路面早期破损与结构设计的关系.北京:2004,10.
关键字沥青路面;早期破损;原因
中图分类号U4文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)052-0032-01
沥青路面因其表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点广泛应用于公路和城市道路。在建成通车后沥青路面承受行车荷载的反复作用和自然因素的影响,往往会在设计年限的前1/4～1/3期间内发生裂缝、车辙、松散、剥落、表面磨光、泛油、推移、波浪、壅包、坑槽、局部沉陷等破坏,严重影响行车的舒适性和安全性,降低了路面的使用寿命。研究沥青路面早期破损的原因,采取相应的措施,能够延长路面使用寿命,降低养护维修的费用,具有重要的现实意义。
本文主要讨论原材料、设计、施工这三个方面的原因。
1原材料原因
1.1沥青
沥青的针入度、软化点、延伸度、稠度等指标直接影响沥青、沥青与矿料之间的粘结力,从而影响沥青混合料的强度和稳定性。除了良好的粘结力外,还要求沥青材料具有良好的高温稳定性、低温稳定性、抗老化性等,尤其现在的交通运输重载、超载现象严重,对沥青材料的性能要求更高。
1.2矿料
矿料的强度、酸碱性、表面特征对沥青混合料的强度有直接影响。具有棱角、表面粗糙的矿料相互嵌挤能形成较大的内摩阻力。碱性矿料与沥青能很好的相互粘结,酸性矿料则不然。使用酸性矿料,又或者碎石的压碎值、磨耗值不符合要求,可能造成沥青混合料稳定度偏低,引起沥青路面早期的剥落。
1.3填料
填料与沥青交互作用才能形成结构沥青,才能与矿料很好的粘结。当沥青用量一定时,填料的细度、掺量决定着结构沥青、自由沥青的多寡,如果自由沥青较多,不但降低了矿料与沥青之间的粘结力,而且在行车荷载的作用下可能会形成泛油。填料一般由与沥青粘结性能较好的石灰岩或岩浆岩中的强基性岩石等憎水性石料磨细得到。
2设计原因
2.1沥青混合料配合比设计原因
沥青混合料配合比设计的目的是确定沥青混合料各种原材料的品种及配比、矿料级配、最佳沥青用量。
1)矿料级配。矿料级配分密级配、开级配、半开级配。不同的级配,沥青混合料的空隙率大小不同,粘结力和内摩阻力比例分配不同,混合料各项性能表现不同,例如空隙率小的沥青混合料低温抗裂性、抗老化性、抗疲劳性、水穩定性较好,但高温稳定性较差。显然性能之间可能彼此矛盾,相互制约,所以选择级配时,要使得各项路用性能互相兼顾,达到最优。2)沥青用量。沥青用量的多寡决定着包裹矿料的沥青膜的厚度。沥青用量太少,不足以包裹矿料,或虽完全包裹矿料,但沥青膜很薄,特别薄的沥青膜容易老化、变脆,而且沥青混合料粘结力较小。沥青用量太大,沥青把矿料相互挤开,则沥青混合料内摩阻力较小。因此,一般采用相应于沥青混合料最佳疲劳寿命的沥青含量。
2.2结构设计原因
1)设计指标。沥青路面结构设计以路表面回弹弯沉值和层底弯拉应力为设计指标,但在实际的设计中,按照现有规范的设计方法,只要弯沉设计指标能满足条件,那么弯拉应力指标肯定也能满足条件,相当于只有一个设计指标。现有的设计弯沉值计算公式,弯沉与累计当量标准轴次之间的关系式,随着交通运输的发展,虽然几经修正,但并不能很好的反应现有交通条件对路面结构的作用。计算层底弯拉应力的先决条件是假设层间连续接触,而实际上沥青层与半刚性基层之间很难做到连续接触,即使是沥青层之间,由于施工污染,施工非连续等原因,沥青层之间可能是部分连续或滑动的。另外,层间连接状态也会随着行车荷载和自然因素的作用而改变。因此设计时的假定前提是不准确的,那么计算结果也不可能是准确的。2)设计参数。路面设计中路面材料设计参数一般通过室内试验确定或直接取规范推荐的中值,这样的参数并不能反映材料在野外的实际性能,由此得到的设计结果也不能准确。3)厚度设计。路面厚度设计的目标是使路面结构在设计年限内满足预测交通量累计标准轴载通行的要求。为了计算方便,规范规定了一种标准轴载,将所有的非标准轴载作用的轴次换算成标准轴载作用的轴次,然后用计算得到的设计年限内累计标准当量轴次计算路面设计弯沉值及路面设计层厚度。现实中,货运重载、超载严重,实际的轴载往往大于车辆参数提供的轴载,因此当量轴次的换算公式并不能反映实际情况,路面承受的当量轴次要远大于设计计算的结果,使得尚未达到设计年限,路面实际承受的累计当量轴次已达到设计年限内的累计当量轴次,使路面发生早期破坏。
3施工原因
3.1面层施工
1)拌和。沥青混合料的拌和温度和拌和时间决定沥青混合料的质量和均匀性。沥青混合料加热温度过高,会使沥青老化,降低粘性;沥青可能被矿料的高温灼焦,造成“糊料”。加热温度过低或拌和时间不够则会出现花白料,降低沥青混合料的均匀性,最终影响沥青路面的质量。因此要严格按照规范规定的拌和温度、拌和时间操作。2)运输。对于热拌沥青混合料,从拌和设备到运料车,从运料车到摊铺机受料斗,两次转移过程如果落差较大可能发生混合料的离析。运输过程中如果运距过长,沥青混合料热量在途中损失较大,运至现场后混合料温度不能满足摊铺要求。3)摊铺。摊铺是决定路面平整度和密实度的关键工序,其操作好坏直接影响行车的舒适性和耐久性。摊铺时速度过快影响压实效果,还易导致沥青混凝土面层表面刮花;摊铺时速度时快时慢、时开时停,会导致路面平整度差、压实度不好。因此,要正确选择摊铺作业速度,保证摊铺机的作业效率和摊铺质量。对于热拌热铺的沥青混合料,摊铺温度应控制在130℃～160℃为宜。当摊铺温度比较低时,沥青混合料的粘度增高,和易性降低,使混合料压实困难。4)碾压。碾压是决定沥青路面施工质量的重要工序。在相同条件下,碾压效果越好,密实程度越高,强度越高。如果沥青混合料出厂温度接近或超过规范规定的上限值,且运距较短,摊铺、碾压及时,就会导致碾压温度过高,混合料不好压实,出现推移、微裂破坏。低温碾压则会导致压实度不足,空隙率大,影响沥青路面的水稳定性和耐久性。碾压过程中压路机如果停车,调头,会发生推挤、拥包现象,从而影响平整度。过度碾压又会造成构造深度偏小,残余空隙率小,夏季气温高时沥青没有足够的膨胀空间形成泛油病害,影响行车安全。
3.2基层施工
基层作为主要承重层,其强度和稳定性直接影响面层的强度和稳定性。1)基层材料离析。如果基层混合料中集料离析,会导致基层材料不均匀,进而导致基层强度和稳定性不均匀。2)松铺系数控制不严。基层混合料的松铺系数控制不严格,使得基层不能一次成型,需设置找补层,而找补层强度和稳定性不足,与已设基层无法紧密连接,自身厚度又较薄,易松散,进而引起沥青面层的网裂、松散、坑槽等破损。
4结语
路面早期破损严重影响路面的行车质量和使用寿命。只有通过合理设计、合理施工、合理养护,从路面建成前到路面建成后严格控制每一环节的质量,方能最大程度的消灭沥青路面早期破坏这一质量通病,保证设计年限内路面能提供快速、安全、稳定的服务功能。
参考文献
[1]朱丽梅.沥青路面早期破坏原因的浅探.中小企业管理与科技,2009,8.
[2]孟书涛.沥青路面早期破损与结构设计的关系.北京:2004,10.