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瀝青路面損壞病因分析及防治對(duì)策
摘要：結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)瀝青路面損壞的類型與特征，從水的侵蝕作用、空隙率、瀝青用量、石料質(zhì)量、凍融、重車與高溫等幾個(gè)方面分析了病因，并從改善級(jí)配、調(diào)整厚度、提高壓實(shí)度、降低空隙率、控制瀝青用量和石料壓碎、加強(qiáng)質(zhì)量檢測(cè)等方面對(duì)瀝青路面的損壞進(jìn)行防治。關(guān)鍵詞：公路 透層瀝青 病情分析 防治對(duì)策
0 引言
因?yàn)r青路面相對(duì)于砼路面具有表面平整、無(wú)接縫、行車舒適、耐磨、施工期短、養(yǎng)護(hù)維修簡(jiǎn)便、適宜分期修建等優(yōu)點(diǎn)，故獲得廣泛應(yīng)用。施工中，不僅需要完善的施工技術(shù)規(guī)范，而且要有豐富的施工經(jīng)驗(yàn)、健全的質(zhì)保體系，要嚴(yán)格控制材料質(zhì)量及用量。
1 瀝青路面損壞的主要類型與特征
1.1 由于基層強(qiáng)度不足或不均勻產(chǎn)生的瀝青路面損壞。這種損壞的主要特征是瀝青路面產(chǎn)生網(wǎng)裂或?yàn)r青路面發(fā)生裂縫后產(chǎn)生的先冒白漿（唧漿），后成坑槽，成片破壞現(xiàn)象。水進(jìn)入基層起了加快損壞的“催化”作用。
1.2 由于瀝青與石料失去粘結(jié)力產(chǎn)生的瀝青路面損壞。其主要損壞是瀝青與石料完全失去粘結(jié)力，瀝青砼從黑色轉(zhuǎn)化為黃色，砼中已看不到瀝青的存在，只有膠泥和石料，彎沉明顯增大，車轍加速，繼而出現(xiàn)連片坑槽，大面積損壞。
1.3 由于超限重車作用產(chǎn)生的加速損壞。瀝青路面破壞都有以下共同特點(diǎn)：行車道破壞比超車道嚴(yán)重；流量多的路段比流量少的路段損壞嚴(yán)重。這說(shuō)明超限重車仍是公路受到破壞的主要原因之一。
1.4 由于瀝青砼熱穩(wěn)定性不足產(chǎn)生的損壞。這種損壞主要表現(xiàn)為瀝青路面的車轍、泛油、推擠、擁包等。以上損壞類型往往是多種損壞同時(shí)產(chǎn)生，相互作用，加速損壞的發(fā)展。
2 病因分析
2.1 空隙率的影響 研究表明當(dāng)瀝青砼實(shí)際空隙率小于7%時(shí)，瀝青砼中孔隙基本不連通，瀝青砼基本不滲水。因此，要減少水損害，瀝青砼實(shí)際空隙率應(yīng)控制在7%以下。然而，由于馬歇爾設(shè)計(jì)空隙率一般控制在4%左右，而規(guī)范允許最小壓實(shí)度為96%，所以事實(shí)上按規(guī)范要求控制的瀝青路面空隙率仍有相當(dāng)一部分將大于7%，瀝青路面處于滲水狀態(tài)，尤其是當(dāng)路面壓實(shí)攤鋪厚度與石料最大粒徑不匹配時(shí)，或鋪筑橋面瀝青砼時(shí)，或?yàn)r青混合料攤鋪產(chǎn)生離析時(shí)，實(shí)際空隙率將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7%。另外，試驗(yàn)表明，層間結(jié)合處，特別是橋面瀝青砼與橋面水泥砼鋪裝層結(jié)合處的空隙率要比攤鋪中間的空隙率大得多，如此大的空隙率形成了層間含水層，但又沒有真正形成一個(gè)是以透水的結(jié)構(gòu)層。道路路面施工和營(yíng)運(yùn)過(guò)程中滲入空隙中的水往往含有泥砂雜物，泥砂雜物不斷沉積在空隙中，導(dǎo)致空隙堵塞，層間不僅不能成為排水層，反而成為吸水層。有些人認(rèn)為，滲入路面空隙中的水，可以通過(guò)設(shè)置縱向盲溝，通過(guò)橫向滲透排出路基之外，但事實(shí)上，這是一個(gè)誤區(qū)，首先是路面滲入水的空隙被泥土堵塞的情況下，垂直滲透的速度將比橫向滲透速度大得多，滲水路面的水一般處于“吸附”狀態(tài)，而不是流動(dòng)狀態(tài)，尤其是空隙被泥土堵塞時(shí)，路面水更是易進(jìn)難出，在降雨量較大的地區(qū)，瀝青路面長(zhǎng)期處于“飽水”狀態(tài)。實(shí)踐證明，施工現(xiàn)場(chǎng)被鏟除廢棄的壓實(shí)度不足、空隙率超過(guò)7%的路段的泥土，即使在陽(yáng)光下暴曬多日鏟除后，其下臥層仍是潮濕的。全幅鏟除的斷面，難以有層間排水的可能。水對(duì)瀝青砼的侵害作用可以從瀝青砼的殘留穩(wěn)定度試驗(yàn)得到驗(yàn)證。國(guó)外的研究表明，水的長(zhǎng)期作用除使瀝青砼的穩(wěn)定度下降之外，還將使包裹在石料表面的瀝青產(chǎn)生一定的乳化作用，導(dǎo)致瀝青老化加劇。乳化瀝青是“水包油”，而這一乳化作用的“油包水”，將使瀝青與石料的粘結(jié)力下降，瀝青砼失去強(qiáng)度。離析問題的最大害處是局部空隙率很大，強(qiáng)度低，由于離析周圍的瀝青砼可能不滲水，使離析處成為“積水窩”，往往降雨后在離析處仍有“水漬”的現(xiàn)象，說(shuō)明該處長(zhǎng)期受水侵蝕，這也是離析處瀝青路面破壞的主要原因。
2.2 瀝青用量的影響 有的承包商往往為了節(jié)省工程費(fèi)用，采用規(guī)范瀝青用量±0.3%的低限值－0.3%，化的拌和設(shè)備要進(jìn)行這樣的控制是比較容易的，殊不知當(dāng)瀝青混合料的級(jí)配不穩(wěn)定時(shí)，特別是當(dāng)混合料中小于0.075mm的顆粒含量偏大時(shí)，采用這一低限瀝青含量將使瀝青砼“貧油”。經(jīng)驗(yàn)表明，小于0.075mm顆粒含量每增加1%，瀝青用量至少要增加0.1%。“貧油”的瀝青砼除嚴(yán)重影響瀝青砼強(qiáng)度和疲勞性能外，最主要的問題是將導(dǎo)致壓實(shí)困難，水易于滲入結(jié)構(gòu)，從而將大大降低瀝青砼的抗水損害能力。
2.3 石料質(zhì)量的影響 研究表明，瀝青與石料的粘結(jié)性不僅與石料的酸堿性有關(guān)，而且與石料表面的微觀結(jié)構(gòu)（粗糙度）有關(guān)。一般而言，堿性石料比酸性石料與瀝青的粘附性強(qiáng)，但也有例外，如石灰?guī)r夾雜的方解石與瀝青的粘附性只能達(dá)到2級(jí)，而部分酸性石料，由于有比較粗糙的微觀表面，與瀝青的粘附性也達(dá)到4-5級(jí)，顯然選擇與瀝青粘附性強(qiáng)的石料，有利于提高瀝青砼的抗水損害能力。方解石含量規(guī)范許用值為不大于5%，顯得較寬，擬從緊控制，有利于提高瀝青砼總體質(zhì)量。瀝青砼在攤鋪和碾壓過(guò)程中石料的壓碎程度除與碾壓功能和碾壓工藝有關(guān)外，一般還與石料的壓碎值有關(guān)。規(guī)范規(guī)定，瀝青路面石料壓碎值不大于28，經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)石料壓碎值接近28時(shí)，在進(jìn)行瀝青混合料攤鋪碾壓時(shí)往往易于壓碎。對(duì)瀝青路面早期損壞的調(diào)查資料表明，相當(dāng)一部分瀝青路面的早期損壞與石料的壓碎有關(guān)，這可以從鉆孔取芯芯樣表面石料的破碎情況以及碾壓前和碾壓后瀝青混合料級(jí)配的變化反映出來(lái)。瀝青砼中石料壓碎后，某種意義上講比“花白料”更糟，水易于沿著破裂面進(jìn)入石料內(nèi)部，并從石料內(nèi)部進(jìn)入瀝青與石料的界面，使瀝青與石料產(chǎn)生分離，加速了瀝青路面的破壞。近年來(lái)還多次發(fā)現(xiàn)，某些石料在常溫和高溫作用下以及在干燥和潮濕狀態(tài)下的壓碎值不一樣。曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)瀝青路面尚未通車，瀝青與石料在水的作用下與瀝青完全分離而失去強(qiáng)度的情況。
石料的含泥量對(duì)瀝青路面的質(zhì)量至關(guān)重要，規(guī)范規(guī)定瀝青路面用石料的含泥量應(yīng)該小于1%。在這里，含泥量往往指小于0.075mm顆粒的含量，而且主要是針對(duì)1#-3#料，而對(duì)于4#料規(guī)范規(guī)定0.075mm顆粒的含量應(yīng)小于15%，問題是要弄清楚這小于0.075mm含量到底是石粉還是泥土。
對(duì)于1#-3#料，這1%的允許含泥量如果主要是石粉，可能對(duì)瀝青混合料的性能影響不大，但如果是泥的話，將裹覆于石料的表面，大大降低瀝青與石料的粘結(jié)性能，使本來(lái)與瀝青粘附性達(dá)到4-5級(jí)的石料實(shí)際粘附性可能小于2級(jí)，從而使瀝青砼抗水損害能力下降。特別是對(duì)于1#料，以1%的含泥量控制，如果這1%是泥漿的話，這樣的石料看起來(lái)已很臟了。對(duì)了4#料，如果石料場(chǎng)不采用吸塵裝置，即使是15%的允許量，要不超過(guò)已是很不容易了，加之集料在拌和場(chǎng)又極易受“二次污染”，很難說(shuō)不超標(biāo)，瀝青路面施工承包商往往會(huì)有這樣的想法，即4#料中小于0.075mm顆粒含量多一些沒關(guān)系，可以通過(guò)拌和樓的吸塵裝置把粉塵吸出來(lái)，甚至把回收粉料當(dāng)?shù)V粉使用，而事實(shí)上，吸塵裝置并不能把粉塵吸干凈，一般約有1%-2%，甚至更多的粉塵吸不干凈，裹覆于石料表面的泥漿更是無(wú)法吸出，當(dāng)保留在混合料中的粉塵中的含泥量較大時(shí)，將對(duì)瀝青混合料的使用性能產(chǎn)生十分不利的影響，所以對(duì)于4#料，應(yīng)該嚴(yán)格進(jìn)行砂當(dāng)量試驗(yàn)。
2.4 凍融的影響 在空隙率較大、石料被壓碎、瀝青用量不恰當(dāng)、石料與瀝青粘附性較差等條件下，當(dāng)水進(jìn)入瀝青路面時(shí)，凍融將對(duì)瀝青砼的使用性能產(chǎn)生致命的傷害。在冬季，由于瀝青砼的強(qiáng)度和剛度較大，這一傷害可能不易察覺，但到了夏季，已形成的潛在傷害在高溫和重載交通的作用下，由于瀝青砼的移動(dòng)變形，極易導(dǎo)致瀝青砼潰解。凍融對(duì)瀝青砼強(qiáng)度及抗水損害性能的影響可通過(guò)凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)和AASHTOT283試驗(yàn)結(jié)果反映出來(lái)。 2.5 重車和高溫的影響 在高溫和重車作用下，正常的瀝青砼路面將產(chǎn)生進(jìn)一步的壓密，并由于熱穩(wěn)定性不足而產(chǎn)生蠕變，導(dǎo)致車轍、擁包等病害的發(fā)生，但這種病害從產(chǎn)生直到路面失去服務(wù)能力將有一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。如果這時(shí)的瀝青砼內(nèi)部已產(chǎn)生一定的缺陷或病害，如石料與瀝青的粘結(jié)力下降，則壓密和蠕變的過(guò)程又是瀝青砼中顆粒重新分布的過(guò)程，由于水的作用已使瀝青砼的強(qiáng)度及瀝青與石料的粘結(jié)力下降，這種顆粒的重親新分布將更進(jìn)一步加劇結(jié)構(gòu)的破壞，使瀝青路面更易滲水，而滲水將進(jìn)一步導(dǎo)致瀝青與石料的分離，使結(jié)構(gòu)層中水處于飽和狀態(tài)，再加上汽車行駛時(shí)，荷載的重復(fù)作用及動(dòng)水壓力的不斷抽吸作用，將更進(jìn)一步加速瀝青路面的破壞。超載車輛對(duì)有缺陷的瀝青路面的破壞作用要比對(duì)正常狀態(tài)的瀝青路面的破壞作用大得多，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)承載能力已下降的瀝青路面根本不堪重負(fù)，必將加劇瀝青路面的破壞，因此超載車輛必須加以控制。據(jù)有關(guān)調(diào)查結(jié)果，部分高速公路貨車超載率達(dá)70%，最大超載達(dá)額定載重的2.7倍，而美國(guó)允許超載量為額定載重的1.25倍，可見超載之嚴(yán)重。超載也是導(dǎo)致瀝青路面早期損壞的主要原因之一。
3 防治瀝青路面損壞的主要對(duì)策
3.1 改善瀝青混合料的級(jí)配 傳統(tǒng)的AC-I型瀝青混合料存在細(xì)料多、中間料少的現(xiàn)象，對(duì)這樣的瀝青混合料的普遍反映是攤鋪時(shí)易產(chǎn)生離析。瀝青砼雖然是密實(shí)型的，但不是嵌鎖型的，砼中粗骨料呈懸浮狀態(tài)，瀝青砼熱穩(wěn)定性較差。因此，為減少離析，提高熱穩(wěn)定性，可以采用改進(jìn)的AC-I型結(jié)構(gòu)，主要是適當(dāng)減少細(xì)集料的含量，增加中間料的含量，基本上級(jí)配曲線以規(guī)范中級(jí)配中值線為基準(zhǔn)線，4.75mm粒徑以下走中值線下線，4.75mm粒徑以上走中值線上線，從室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)外觀情況看，效果比較理想。
3.2 調(diào)整瀝青路面結(jié)構(gòu)層厚度 為使最大公稱粒徑與結(jié)構(gòu)層厚度匹配，保證壓實(shí)度，減少空隙率，防止瀝青路面滲水，上面層可普遍采用3cm厚改進(jìn)的AK-13型結(jié)構(gòu)和SAM-13結(jié)構(gòu)，下面層統(tǒng)一采用4cm厚改進(jìn)AC-20I型結(jié)構(gòu)。從攤鋪情況看，瀝青砼壓實(shí)和密水效果較過(guò)去的AK-16上面層和AC-25I下面層得到了明顯改善。
3.3 合理提高壓實(shí)度，適當(dāng)減少空隙率 將壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)從96%提高到98%。按這一標(biāo)準(zhǔn)控制的瀝青路面，通車后再壓密的現(xiàn)象比較不明顯，且瀝青路面實(shí)測(cè)空隙率較小，不易產(chǎn)生早期水損害。同時(shí)為減少實(shí)測(cè)空隙率，規(guī)定馬歇爾設(shè)計(jì)空隙率測(cè)定時(shí)，采用實(shí)測(cè)密度與理論密度雙控，保證理論密度不低于93%，這樣使瀝青砼的空隙率得到嚴(yán)格控制，保證3層瀝青路面基本不滲水。為保證壓實(shí)度達(dá)98%，要求施工單位必須配備2臺(tái)25t以上輪胎壓路機(jī)。經(jīng)檢測(cè)，瀝青路面壓實(shí)度的代表值超過(guò)98%，空隙率除個(gè)別點(diǎn)外都能控制在7%以內(nèi)，保證了瀝青路面基本不滲水，雨后已基本消除了水漬。
3.4 嚴(yán)格控制瀝青用量 在瀝青路面施工中，根據(jù)目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)的原則，認(rèn)真進(jìn)行目標(biāo)配合比設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)配合比段化調(diào)整，確定最優(yōu)的瀝青用量。為保證混合料有足夠的瀝青用量，以提高瀝青砼的抗水能力，將規(guī)范規(guī)定的允許誤差±0.3%縮小為±0.2%~-0.1%。
3.5 嚴(yán)格控制石料的壓碎 在滲水狀態(tài)下，石料的壓碎對(duì)瀝青路面使用壽命的影響很大。為保證瀝青混合料在攤鋪和碾壓過(guò)程中基本不產(chǎn)生壓碎現(xiàn)象，主要采取以下措施：一是在選擇石料時(shí)盡可能選擇針片狀含量小、壓碎值小的石料，針片狀含量必須嚴(yán)格控制在15%以下，盡可能不超過(guò)10%，石料壓碎值應(yīng)控制在24以下；二是改善碾壓工藝，當(dāng)發(fā)現(xiàn)石料有壓碎現(xiàn)象時(shí)，原則上盡可能采用輪胎壓路機(jī)搓柔碾壓，而不采用鋼輪壓路機(jī)振動(dòng)碾壓；三是加強(qiáng)對(duì)石料壓碎情況的檢查，在終壓完成后，瀝青砼尚未冷確情況下，局部揭開檢查，如有壓碎現(xiàn)象，研究分析產(chǎn)生壓碎的原因，并采取措施。對(duì)2004年施工的瀝青路面鉆孔取芯，芯樣外現(xiàn)表明，石料壓碎現(xiàn)象得到了有效控制。
3.6 加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量檢測(cè) ①嚴(yán)格檢查瀝青混合料的生產(chǎn)、運(yùn)輸、碾壓過(guò)程的規(guī)范化。②對(duì)瀝青和石料質(zhì)量進(jìn)行源頭和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。③在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制壓實(shí)度、空隙率、瀝青用量、級(jí)配、壓實(shí)厚度、滲水量等技術(shù)指標(biāo)。
3.7 提高道路養(yǎng)護(hù)的意識(shí) 圍繞建設(shè)與養(yǎng)護(hù)、維修與預(yù)防的關(guān)系，隨著路網(wǎng)的不斷完善，只有長(zhǎng)期保持良好的路面使用性能，道路建設(shè)的巨額投資才能充分發(fā)揮其投資效益，而長(zhǎng)期保持路面良好的技術(shù)狀況必須有一個(gè)強(qiáng)有力的養(yǎng)護(hù)維修支持系統(tǒng)來(lái)保障。從這一意義上來(lái)說(shuō)，養(yǎng)護(hù)維修實(shí)際上是道路建設(shè)的一種延續(xù)。在路面養(yǎng)護(hù)和維修的關(guān)系上，長(zhǎng)期以來(lái)人們總是習(xí)慣于等到路面開始出現(xiàn)損壞后，才對(duì)它進(jìn)行維修，而對(duì)于路面還處于良好狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)防性養(yǎng)護(hù)的意義則往往熟悉不足。預(yù)防性養(yǎng)護(hù)實(shí)質(zhì)上是一種周期性的強(qiáng)制保養(yǎng)措施，并不考慮路面是否已經(jīng)有了某種損壞。
4 結(jié)束語(yǔ)
瀝青路面的損壞病因分析及防治對(duì)策，已經(jīng)成了一個(gè)共同研究的課題。有效防治損壞，不僅提高了工程質(zhì)量，同時(shí)降低了工程成本，為國(guó)家節(jié)省了費(fèi)用，使瀝青路面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，從而加快了我國(guó)公路事業(yè)的。
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[1]方福森.路面工程[M].北京：人民出版社會(huì)性，2001.
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