2021-11-26 13:38:16

沥青路面

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沥青路面是指在矿质材料中掺入路用沥青材料铺筑的各种类型的路面。沥青结合料提高了铺路用粒料抵抗行车和自然因素对路面损害的能力,使路面平整少尘、不透水、经久耐用。因此,沥青路面是道路建设中一种被最广泛采用的高级路面。

沥青路面的沥青类结构层本身,属于柔性路面范畴,但其基层除柔性材料外,也可采用刚性的水泥混凝土,或半刚性的水硬性材料。

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折叠 编辑本段 历史沿革

据考古资料,印加帝国在15世纪已采用天然沥青修筑沥青碎石路。英国在1832~1838年之间,用煤沥青在格洛斯特郡修筑了第一段煤沥青碎石路;法国于1858年在巴黎用天然岩沥青修筑了第一条地沥青碎石路;到20世纪,使用量最大的铺路材料为石油沥青。中国上海在20世纪20年代开始铺设沥青路面。1949年以后随着中国自产路用沥青材料工业的发展,沥青路面已广泛应用于城市道路和公路干线,成为目前中国铺筑面积最多的一种高级路面。

折叠 编辑本段 基本材料

折叠 沥青结合料

沥青结合料将矿质粒料粘结成整体,增加强度和增强路面抵抗行车破坏的能力,并使路面具有抗水性。适合修筑路面的沥青材料主要为石油沥青和煤沥青,此外,还有天然沥青。沥青的性质和标号要求,随沥青路面种类、地区的气候和路段的交通情况不同而异;热拌或热法浇洒以及在炎热地区和重交通道路上宜选用较稠的沥青;冷拌或冷法浇洒以及在寒冷地区和轻交通道路上宜选用较稀的沥青。

折叠 集料

集料是沥青路面材料中矿物质粒料的通称,在路面材料中起骨架作用和填充作用。有时需数种粗、细粒料混合组

成所需要的粒度级配。集料中把粒径在 19~26.5毫米的称作粗集料,13.2~19毫米的称作中集料,4.75~13.2毫米的称作细集粒,4.75毫米及以下者称为砂集料。根据来源不同,集料可分为天然集料和人造集料两大类。天然集料有碎石、砾石、砂、石屑等;人造集料有烧矾土、稳定的坚实冶金矿渣等。沥青路面用的集料应洁净无泥,粗集料的颗粒宜接近立方体,多棱角,少扁片长条,其抗压强度不宜小于60兆帕,作重车道面层者,不宜小于80兆帕,而且能耐磨耗。集料和沥青材料应有良好的粘着力,不易经水的侵蚀而剥落,如集料和沥青粘着不良,应掺入有效的抗剥落剂改善。选配集料时,分层铺浇的应为粒径相近的各档的同粒径集料;拌制混合料的则常需有大小粒径按规格配合的级配集料,这类集料也可采用分档不同的同粒径集料按比例掺合而成。

折叠 矿粉

粒径小于 0.074毫米的矿质粒料。多用于沥青混凝土和沥青碎石路面,其作用为填充空隙,防止热沥青流淌,增强沥青材料的粘结力和热稳定性。矿粉也要和沥青有良好的亲和力(即粘着力),能抵抗水的剥蚀作用。最常用的矿粉为石灰石粉。

折叠 编辑本段 主要分类

沥青路面的沥青类结构层本身,属于柔性路面范畴,但其基层除柔性材料外,也可采用刚性的水泥混凝土,或半刚性的水硬性材料。沥青路面有多种分类方法,按集料种类不同分为:沥青砂、沥青土、沥青碎(砾)石混合料等;按沥青材料品种不同分为:石油沥青路面、煤沥青路面、天然沥青路面和渣油路面。但较普遍的分类方法是按其施工方法、技术品质和使用特点分为:沥青混凝土路面、厂拌沥青碎石路面、沥青贯入式路面、路拌沥青碎(砾)石混合料路面和沥青表面处治路面。

折叠 沥青混凝土路面

由适当比例的各种不同大小颗粒的集料、矿粉和沥青,加热到一定温度后拌和,经摊铺压实而成的路面面层。

① 碾压式。沥青混凝土混合料多用热拌热铺法制备,其路用性质比较好,故对制备工艺和原材料要求也较高,大多采用集中厂拌法。用得较普遍的沥青混凝土混合料为碾压式类型,即混合料需经重型机械压实后才能成型,故有的国家称它为碾压式地沥青。成型以后路面平整、密实、少尘,有一定粗糙性,因而有较好的行车舒适性和外观;且有较好的耐老化性、耐磨性、温度稳定性和抗行车损坏的能力。使用寿命一般较长,当采用石油沥青作结合料时,大修年限常在15年以上。沥青路面沥青路面

② 冷铺式。沥青混凝土热拌冷铺,有的国家也称为冷地沥青,常用于养护小修或需远距离输送混合料的工程,所用沥青比热拌热铺者为稀,用量亦较少,以求在常温时有适当的松散度和粘性,但其使用寿命不及热拌热铺者。

③ 摊铺式。热拌热铺的沥青混凝土混合料可以不用重型机械压实即能成型,常称作摊铺地沥青。为了使摊铺地沥青混合料在摊铺时有适当流动性,能通过轻度的捣实和墁平即可密实,在混合料中要求有较多沥青和矿粉的混合物,即沥青胶泥,其强度主要依靠沥青胶泥的粘结力。因集料颗粒面已被较厚的胶泥所隔开,其锁结力和内磨阻力已减低,所以摊铺地沥青较少用于车行道,但某些欧美国家也有把它用于车行道者,此时对沥青材料的性质要求很严格,以免夏季发软,同时需要另铺防滑层或加撒防滑集料,以防表面过滑。

折叠 厂拌沥青碎石路面

也称黑色碎石路面或开级配沥青混凝土路面。其加工工艺和铺筑工艺接近沥青混凝土路面,但其孔隙较大(两者的分界线并不严格,中国以孔隙率10%为分界)。沥青碎石混合料可以热拌热铺,也可热拌冷铺;热铺质量较好,用得较普遍。集料的颗粒有同颗粒及有级配之分,目前多采用有级配者。和沥青混凝土相比,沥青碎石的细集料和矿粉含量较少,粗集料的比例较大,沥青用量相应也较少。沥青碎石混合料的热稳定性主要依靠集料颗粒间的锁结力,故对沥青用量、稠度、混合料的配合比和集料级配的变动范围可比沥青混凝土为宽,而仍能保持其热稳定性。但因多孔之故,路面容易渗水和老化,故沥青碎石常用于面层的下层、联结层、整平层和基层。若用于路面的上层时,须加沥青封层或嵌撒细粒沥青混合料。但也有把它铺在密实的沥青面层之上,作透水的防滑层用的。沥青碎石路面的使用寿命一般短于沥青混凝土路面,但其工程造价常较廉。

折叠 沥青贯入式路面

是浇洒成型的一类沥青路面。把沥青浇洒在铺好的主层集料上,再分层撒布嵌缝石屑和浇洒沥青,分层压实,形成一个较致密的沥青结构层。浇洒施工的优点是设备简单,运料方便;其缺点是施工受气候的影响较大,而且最终成型需要一定时间,成型后的路面不如厂拌沥青混合料路面平整和美观,成型期又多浮动灰砂,并可能泛油。为了克服这一缺点,可把最后一层浇洒沥青和撒布石屑改为铺筑预拌细粒沥青混合料,以加速成型和减少浮动灰尘,并有利于表面排水。贯入式路面的热稳定性主要依靠粗集料间的锁结力,故对沥青用量和沥青稠度也没有沥青混凝土路面那样敏感,其路用性质和适用层位与沥青碎石路面相接近。沥青贯入式路面可热法施工,也可冷法施工。热法施工时用加热的粘稠沥青浇在冷集料上,路面成型较快,适用于城市道路和交通繁忙的公路;冷法施工时用乳化沥青冷浇,但需待乳化沥青的油水分裂、水分蒸发后才能初步成型,适用于养护小修及设置加热设备有困难的长距离公路。贯入式用的集料颗粒宜为接近同粒径集料,以便沥青能充分渗入主层,并使嵌缝层厚度均匀;主层集料的最大粒径应接近面层厚度或为面层厚度的0.7~0.8倍;集料应洁净无灰,表面干燥。

折叠 路拌沥青路面

路拌法是堆料于路床上,浇洒适量沥青,然后用机械或人工拌匀,并铺平压实。由于在路床上的集料无法加热,因此需要采用稠度较稀的沥青乳液或液体沥青作结合料,拌和时乳化沥青不常加热,液体沥青闪点高者可以加热。气候潮湿时,还需要在沥青中加入抗剥落剂或采用阳离子沥青乳液,或在混合料中掺入水泥、石灰等,以增加潮湿集料与沥青的粘着力。路拌沥青混合料因受各种条件限制,其路用性质不如厂拌沥青混合料,但可节约就地沙石料的往返运输费和能耗,常用于次要的公路或农村道路。

折叠 沥青表面处治路面

表面处治的施工工艺和路用性质接近贯入式,但因其层厚较薄(一般为1~3厘米),故不用主层集料,而是将沥青直接浇洒在洁净干燥的下层上,然后依次撒布集料和浇洒沥青,最后压实成型。表面处治按浇洒沥青和撒布集料的遍数不同,分为单层式、双层式、三层式。表面处治路面的使用寿命不及贯入式路面,设计时一般不考虑其承重强度,其作用主要是对非沥青承重层起保护和防磨耗作用,而对旧沥青路面,则是一种日常维护的常用措施。施工中第一次撒布的集料颗粒一般较大,然后逐层缩小粒径;但也有相反的工艺,即先逐层用较细的集料修筑一薄的表面处治层,待积累到一定厚度后,用粗集料压入,形式较厚而热稳定性较好的表面处治层;或先用细集料处治形成一层不透水的封层,然后再用较粗的集料处理,使表面粗糙。

折叠 编辑本段 预防措施

折叠 常见沥青路面病害

1.沥青路面的裂缝

沥青路面建成后,都会产生各种形式的裂缝。初期产生的裂缝对沥青路面的使用性能基本上没有影响,但随着表面雨水的侵入,导致路面强度下降,在大量行车荷载作用下,使沥青路面产生结构性破坏。沥青路面裂缝的形式是多种多样的,裂缝从表现形式可分为横向裂缝、纵向裂缝和网状裂缝三种。影响裂缝的主要因素有:沥青的品种和等级、沥青混合料的组成、面层的厚度、基层材料的收缩性、土基和气候条件等。

2、沥青路面的车辙

车辙是路面结构层及土基在行车重复荷载作用下的补充压实,以致结构层材料的侧向位移所产生的累积永久变形。影响沥青路面车辙深度的主要因素是沥青路面结构和沥青混凝土本身的内在因素,以及气候和交通量及交通组成等的外界因素。车辙产生的主要原因有:(1)沥青混合料油石比过大;(2)表面磨损过度:(3)雨水侵入沥青混凝土内部;(4)由于基层含不稳定夹层而导致路面横向推挤形成波形车辙。

3、沥青路面的松散

松散是直接影响行车安全的路面病害,松散可能出现在整个路面表面。也可能在局部区域出现,但由于行车作用,一般在轮迹带比较严重。其产生的主要原因有:(1)局部路基和基层不均匀沉降引起路面破坏;(2)碎石中含有风化颗粒,水侵入后引起沥青剥离;(3)随着使用时间的增多,沥青结合料本身的粘结性能降低,促使面层与轮胎接触部分的沥青磨耗,造成沥青含量减少,细集料散失;(4)机械损害或油污染。

4、沥青路面的水损害

沥青路面在存在水分的条件下,经受交通荷载和温度涨缩的反复作用,一方面水分逐步侵入到沥青与集料的界面上,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路面破坏。沥青路面产生水损害的原因主要有材料、设计、施工、土基和基层、超载车辆等原因。

5、沥青路面的冻胀和翻浆

沥青路面产生冻胀和翻浆主要是在冻融时期,因为水的侵入和路基土的水稳定性能差,由于冰冻的作用,路基上层积聚的水分冻结后引起路面胀起并开裂。道路翻浆是水、土质、温度、路面和行车荷载五个主要因素综合作用的结果。其中水、土、温度构成翻浆的三个自然因素,缺少任何一个因素都不可能形成翻浆。

6、沥青路面的沉陷

沉陷是路面变形中最普遍的一种,特点是面积大,涉及的结构层次深,主要出现在挖方段和填挖交界处。其产生的主要原因是:(1)土质路堑排水不畅,路床下部路基过湿润而产生不均匀沉降,引起路面局部下沉;(2)路面强度不能适应日益增长的交通量,易发生疲劳破坏:(3)路基或基层强度不足或填挖路基强度不一致,在车辆荷载作用下,路基或基层结构遭破坏而引起沉陷;(4)桥头路面沉降不均匀而引起沉陷并与桥面发生错位。

折叠 裂缝分析及措施

1 原因分析

沥青路面出现裂缝的主要原因而可以分为两大类:一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝,一般称之为非荷载型裂缝:另一种是由于行车荷载的作用而产生的结构性破坏裂缝,一般称之为荷载型裂缝。

(1)非荷载型裂缝

非荷载型裂缝主要是温度裂缝,也有因施工不当、材料选取不当等引起的裂缝。其产生的原因有:

1)沥青材料在较高温度条件下,具有良好的应力松弛性能,温度升降产生的变形不至于产生过高的温度应力。但在冬季气温骤降时,土基和路面基层由于受温度变化,冬季冰冻产生的膨胀,导致路基和基层产生裂缝并反射到沥青面层,沥青混合料的应力松弛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,便会产生开裂。此外,随着温度反复升降,温度应力使混合料的极限拉伸应变变小,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。

2)沥青的品种和等级也是影响沥青路面开裂的重要因素。在长期的实践经验中,选用高粘度、低稠度的沥青,其温度敏感性较低,能延迟温度裂缝的产生;沥青未达到适合本地区气候条件和使用要求的质量标准,低温抗变形能力较差,致使沥青面层在低温下产生收缩开裂。

3)地基处理不当,路基碾压不均匀,造成路基沉降不均匀;旧路拓宽时,新旧路基搭接部位没有严格按照台阶式分层压实处理,以及下部基层比较软弱,或地基处理不彻底等。

4)铺筑沥青面层采用分幅摊铺时,接缝处理不当,结合不良,对接缝处碾压不密实,造成路面渗水或面层压实未达到要求,在行车作用下形成裂缝。

(2)荷载型裂缝

荷载型裂缝即主要由于行车荷载作用而产生的裂缝,其产生的原因有:

1)随着交通运输的高速发展。原有的路面强度日趋不足,路面满足不了交通量迅速增长和汽车载重明显增大的需求,沥青路面过早产生疲劳破坏,沥青路面很快开裂。

2)原结构设计不合理,未充分考虑到各种不利因素,施工质量不好,沥青路面面层厚度不足,沥青路面原材料的品质不符合设计规范要求,路面强度明显不能满足行车要求。在行车作用下,特别是超大吨位车辆的频繁碾压,沥青路面很快开裂。

2 防止措施

针对以上分析的沥青路面病害的原因,主要从施工材料、设计、施工、养护和交通管理等5个方面采取相应的预防措施。

(1)材料方面

合理确定沥青路面结构,沥青面层的裂缝主要由沥青面层本身的低温收缩引起的。选用低温劲度小、延度大、温度敏感性差、含蜡量低的优质沥青,精选矿料,准确级配沥青面层的矿料和合理配置沥青混合料配合比。配制出性能优良的沥青混合料,控制沥青用量,保证沥青混合料性能优良,均可有效减少裂缝。

(2)设计方面

精心设计,对地形复杂地段做好地质调查工作。要特别注意加固地基,防止因地基软弱而出现不均匀沉降,使用合格填料填筑路基,或对填料进行处理后再填筑路基,确保路基有足够的强度和稳定性,以保证路面具有稳定的基础:选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小及抗拉强度高的半刚性材料做基层:选用优质沥青做沥青面层;在稳定度满足要求的前提下,应该选用针入度较大的沥青做沥青面层。

(3)施工方面

精心施工,选择先进施工工艺和机械设备,制定完善的施工方案,确保压实度达到规范要求,严格按设计要求进行软基处理,提高软基处理的施工质量,严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量,混合料的含水量不能超过压实需要的最佳含水量或控制在施工规范容许的范围内;半刚性基层碾压完成后。要及时养生,防止其产生裂缝反射到表面层,保护混合料的含水量不受损失;养生结束后,应立即喷洒透层油,并尽快铺筑沥青面层。

(4)养护方面

严格养护管理,加强路面保洁,确保排水性能良好。及时对裂缝的进行科学的处理,避免病害的进一步扩展。

(5)加强交通管理

加强交通管理,限制大型超载车通行;在夏季连续高温时段,运营管理单位可将重车安排在夜间、凌晨路表气温较低时段通过:禁止带钉轮胎对路面的过度磨损或者更加严厉地限制使用。

折叠 编辑本段 改善发展

折叠 改善沥青质量

近年来,试用了外掺物改善沥青路面的使用质量,主要有下列数种:①抗剥落剂,属表面活化剂类型。它的作用是减低沥青与集料间界面张力,使沥青膜容易粘着集料的潮湿表面和酸性石料,不易受水剥落;在潮湿天气需浇洒沥青或需用沥青拌湿集料时,亦可采用。某些抗剥落剂同时为阳离子乳化剂,如十六烷三甲基溴化胺等季胺盐,故阳离子沥青乳液常与集料表面有较好的粘着力。②高分子弹性体材料,大部分是能溶胀于石油沥青或煤沥青的天然橡胶、某些合成橡胶和塑料。它们能增加沥青的柔韧性和温度稳定性。曾被试用过的弹性体材料有天然橡胶(包括乳胶)、磨细的废橡胶粉(包括脱硫的和未脱硫的)、丁苯橡胶、氯丁橡胶、聚氯乙烯、聚乙烯、聚氨酯、环氧树脂、无规聚丙烯等,有些能溶胀于石油沥青(如丁苯橡胶),有些能溶胀于煤沥青(如氯丁橡胶)。③无机类外掺物,硫黄和石棉粉。把硫黄融化于沥青中能增加沥青混合料的强度,有大量硫黄副产品的地区,已用于铺路,但硫黄容易升华,故加工设备须密闭,操作人员宜防护,而且不适用于路面的最表面层;石棉粉能改善沥青的热稳定性,并能使混合料多容纳沥青,以提高抗裂能力和使用寿命。使用时应密闭设备,防护人员安全,以免导致尘肺病

折叠 沥青路面的再生

沥青路面的再生工艺主要有:①在老化的沥青路面上喷洒软化剂,使老化发脆的沥青重新变软,多用于贯入式和表面处治路面的再生;②将老化了的旧沥青层挖出,重新轧碎,必要时加入“再生剂”使沥青质量改进,并加入部分新的集料和沥青,重新加工回用;该法可以就地粉碎拌和,也可以集中到工厂拌和,以厂拌热法加工者质量较好。旧沥青路面材料的再生和回用可节约沥青、集料和能耗,减少环境污染,近年来,已引起各国筑路部门的注意和推广使用。

折叠 编辑本段 使用性能

周辉(重庆交通学院,重庆400074)

折叠 摘要

针对我国许多高速公路路面在通车时间不长就出现桥头跳车和路面早期破坏,使用性能大大降低,达不到设计要求的现状,提出改善路面的使用性能,从改善平整度,减少路面裂缝和车辙等方面着手,综合考虑路面设计(包括结构体系和面层设计)、材料设计等影响因素。

关键词:公路路面;路面使用性能;沥青混合料;路面裂缝;材料设计

中图分类号:TU755 U416.217

折叠 概述

随着高速公路的迅猛发展,我国的路面施工技术及路面质量有了极大的提高。路面使用性能好,行驶舒适,路面使用者对路面的评价就高。随着我市场经济建设的不断发展,人们期待着质量更好、环保程度越高的道路的出现。同时日益增大的交通流量,车辆大型化及重载车比例的不断增加,许多高速公路路面在通车一年后平整度衰减很快,有的通车时间不长就出现了桥头跳车和路面早期破坏,有的通车几年就不得不进行翻修罩面,使用性能也大大降低,达不到设计的要求,如何提高沥青路面的使用性能已成为一个主要课题。

沥青路面的使用性能主要是指:

(1)高温抗车辙性,即抵抗流动变形的能力;

(2)低温抗裂性,即抵抗低温收缩裂缝的;

(3)水稳定性,即抵抗沥青混合料受到水浸蚀后逐渐产生沥青膜剥离;掉粒、松散、坑槽而破坏的能力;

(4)耐疲劳性,即抵抗路面沥青混合料在反复荷载(包括交通和温度荷载)作用下破坏的能力;

(5)抗老化性,即抵抗沥青混合料受气候影响发脆而逐渐丧失粘结力等各种良好性能的能力;

(6)表面服务功能,包括低噪音及潮湿情况下的抗滑性能、雨天防溅水及车后产生水雾等性能,直接影响交通安全及环境保护;

(7)行车舒适性,主要减轻和消除因平整度不良而产生的行车颠簸现象,还包括横向平整度。调查结果表明,影响路面使用性能的第一因素是平整度,其次是道路裂缝,最后是车辙。因此要提高路面使用性能,主要应从改善平整度,减少路面裂缝和车辙等方面人手,而要达到这些目的,我们必须从路面设计、材料设计和施工作业等方面去考虑,而这三个方面的因素又是相互影响和关联的。

折叠 重视不够的问题影响

2.1 路面结构层放水与排水

要避免水对路面的破坏,一是要防止或减少水进入结构层内,另外还必须想办法将进入结构层内部的水排出结构层外。习惯上,路面设计时对这两个方面可采取的设计措施重视不够,不考虑路面结构层排水,也不设置有效的防水层,这对避免路面早期破坏是极为不利的。设置路面结构防水层和排水层,是阻止水渗入基层的很好的措施。另外,应建立渗水排出通道,使结构层内的水迅速排出路基,如可以在硬路肩下设置碎石(或砂砾)垫层或盲沟,以达到上述目的。

2.2 结构层合理厚度

(1)基层与底基层的合理厚度。结构层厚度的确定,设计时考虑最多的是层厚是否满足路面强度的要求。一般来说,基层与底基层每层厚度习惯上设计为15cm和20cm。厚度为15cm时,施工压实度容易保证。但是,当灰土厚度达到20cm时,压实非常困难。因此,设计最大厚度以18cm为宜。

(2)面层厚度与集料粒径的确定。一般来说,沥青混合料的最大粒径与层厚的比值愈大愈容易出现离析,而且愈不容易碾压密实。因此,我国《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032-94)规定:上面层沥青混合料的集料最大直径不宜超过层厚的1/2,中下层及联结层的集料最大粒径不宜超过2/3层厚。我国沥青路面表面层一般为4cm,混合料类型多采用AK-16和AC-16,最大粒径与层厚之比为16/40E2/5,比值大于1/3,但小于2/3。这是符合规范要求的。但是,研究表明,当最大粒径与层厚比值超过1/3,容易引起离析,而且不容易压实,容易出现路面早期破坏,这也是我国高速公路普遍出现早期损坏现象的原因之一。因此,面层厚应设计为集料最大尺寸的3倍以上,而不应是传统设计的2倍或1.5倍。也就是说表面层为4cm时,混合料的最大粒径应不大于13.2mm。

2.3 层间连接

目前,习惯上对层间连接没有引起高度的重视。路面裂缝处出现的卿浆现象,主要是层间连接不紧密,有缝隙可供水浸入,或者说层间夹有浮灰或松散细颗粒,水进入层问缝隙后,缝隙中的水在行车荷载作用下产生动水压力,在行车荷载重复作用下,对缝隙产生重复冲刷而形成的,它可使缝隙处结构层强度相应降低,形成空洞,造成路面损坏。为了避免上述现象的发生,在灰土顶面进行下一层结构施工前,以及在水泥稳定层或石灰、粉煤灰稳定层上进行结构层施工时,要将表面松散颗粒和浮灰清扫干净。灰土与基层和基层与基层间的连接,建议喷洒1:0.5的水泥浆;基层与面层结合面,在喷透层后,加做防水层,或喷洒粘层;在面层之间,洒粘层油进行层面连接。这样处理后,层间连接紧密,形成一个类似全厚式的结构体系,无论是对受力和防止水损坏都能起到非常好的作用。

2.4 沥青路面结构体系优化

随着研究的深入,人们发现,在半刚性路面结构中,半刚性基层和底基层有足够的强度承受车辆荷载的作用。沥青面层实际上只起功能性作用。因此,仅从承载力方面考虑沥青面层的厚度就没有必要保持在12-15cm。另一方面,几乎所有的高速公路路面都使用不到设计年限就需要进行中修,日本高等级公路也在使用6-8年后加铺一层。因此,高速公路路面面层设计为9cm或12cm,在使用一段时间后再加铺一层是既经济又科学的。

折叠 选择和改善材料的性能

在前面所述的路面各种性能中,除行车舒适性与施工平整度有关外,其它性能均取决于沥青混合料自身的质量,其中水稳定性、耐疲劳性、抗老化性统称为耐久性。表1汇总了沥青结合料、矿料、沥青混合料、沥青路面各种性能的有机联系,值得一提的是,表中的沥青结合料指的是沥青(或改性沥青)与矿粉等填料的混合物。

表1 沥青材料与沥青路面性能的关系:

沥青路面沥青结合料矿料沥青混合料高温抗车辙性、低温抗裂性、表面服务功能、抗疲劳性、水稳定性、抗老化性、路面透水性、施工性。

2、路面透水性与空隙率关系极大。

从表一不难看出,材料是影响路面使用性能的重要因素。沥青路面是由沥青混合料铺筑而成的,而沥青混合料是由沥青、集料和矿粉以及其他外加剂按一定比例组成的。材料质量不理想,达不到要求,沥青混合料的质量也不可能达到要求。沥青结合料的性能、骨料的质量、骨料与结合料联结效果对混合料的性质产生极大的影响。因此,寻求各种途径改善材料的性能和质量是至关重要的。

折叠 改善沥青结合料的性能

改善沥青的温度敏感性、低温稳定性和流变性对提高混合料的高温和低温力学性质效果非常显著,沥青性能改善对提高路面长期使用性能有着非常重要的作用。比较各种改性沥青的性能,SBS改性沥青无论从高温、低温性能、弹性恢复性能,还是感温性能几个方面,都有明显的优势,是其他改性沥青如PE和EVA无法相比的。SBS的优越性突出表现在使软化点大幅度提高的同时,又使低温延度明显增加,感温性得到很大改善,不仅高温稳定性大幅度提高,而且低温性能也同时改善,并且弹性恢复率特别大,所有指标都有明显提高,这是非常难得的。SBS改性沥青具有其他改性剂或综合改性剂无法相比的优点,而且在价格上也可以与PE、EVA竞争,所以改性沥青以选用SBS为佳。目前,世界上使用最多的是SBS,约占改性沥青总量的40%-44%。

3.2 提高集料的质量

在考虑材料对沥青混合料的影响时,往往比较重视沥青的影响,而对集料的影响重视不够。然而,集料质量差,混合料的质量必然也差,故要提高沥青134 甘肃科技第21卷混合料的性能,必要条件是保证集料的质量,然后再考虑矿料级配的控制。要提高路面抗车辙的能力,集料要符合下面两项要求:一是碎石表面微观粗糙度大,且形状接受立方体,质地坚硬;二是使用人工

砂,限制使用圆形颗粒的天然砂。但是,我国生产的碎石针片状偏多,形状难以接近立方体;人工砂没有专门生产供应,所谓的人工砂一般只是轧石厂筛余的下脚料。碎石的粒径组成比例也不稳定,筛分结果有较大偏差。这样势必引起混合料级配的改变,对路面的质量和使用寿命产生很大影响。为此,我们应该采取有效措施,提高矿料质量,保证颗粒组成的稳定性。轧好的碎石要分开堆放,并做好防尘保护,保持碎石清洁。进场材料要按规范进行检验,尽可能加大抽检密度,不合格的材料坚决退场。堆场要进行场地硬化,避免将堆场的土混入碎石中。不同规格的料堆间设置隔离墙,以免不同规格碎石混杂一起。料堆要有明显标示,防止上料时装错料。3.2 改善沥青与集料的粘结性路面早期破坏水损害是其中一个重要原因。水损害产生的原因除了施工和配合比设计方面的原因以外,沥青结合料与集料表面的粘结力丧失而导致集料松散剥离是其中的主要原因。沥青混合料的粘

附性差(水稳性不好),容易导致面层严重辙槽、局部松散和坑洞等水损坏现象。国内外道路工程师们常采用两种方法,一是利用碱性矿料处理酸性矿料的表面,使后者活化,传统做法是使用石灰或水泥。由于用消石灰水处理矿料工程量较大,也可以直接往拌和室内加消石灰或生石灰粉。掺消石灰粉、生石灰粉或水泥是首选推荐措施,理由是这种方法价格了。另外一种方法是向沥青中加入少量液体抗剥落剂,这些液体抗剥落剂的初期效果不错,但其长期性能或耐久性尚待进一步研究,工程应用时要注意选择。

3.3 使用纤维沥青混凝土

我国农村很早以前在砌筑土坯墙时在土中加入草(麦或玉米)秸之类的加强筋,对减小墙体裂缝,增强墙体整体性起到了很好的效果。在沥青混凝土中掺加纤维,以改善沥青混凝土的性能,提高沥青混凝土的高温稳定性,低温抗裂性、抗疲劳性、柔韧性、抗剥落;性、抗磨耗性和水稳性,以及抵抗反射裂缝等方面都有很好的功效。根据西安公路交通大学张登良教授的试验报告,博尼维沥青混凝土在高温稳定性、低温抗裂性以及抵抗形变和裂缝方面与普通沥青混凝土相比有明显的提高。按照混合料总重的2.25%的比例加入博尼维后,大约每立方米有超过8亿根分离的博尼维吸附并稳定沥青,使沥青的粘稠度和粘聚力增大,并由于纵横交错的加筋作用,使混合料具有较高的强度。从动稳定度的结果可以看出,博尼维可使混合料的高温抗车辙性能改善。试验结果还可以看出,博尼维经搅拌均匀后,分布于沥青混合料中,通过加筋作用使混合料具有了较好的柔性,其劲度模量增加,耐疲劳性改善,并使混合料的低温抗裂性能增强,疲劳寿命增加。4 改善沥青混凝土面层的使用性能沥青混合料的性能要求往往是矛盾的或相制约的,照顾了某一种性能,很可能会降低另一方面的性能。这里最突出的有两对矛盾,第一是高温稳定性和疲劳性能与低温抗裂性能的矛盾。为了提高高温抗车辙能力,应尽量采用粗级配,增加集料数量,减少用油量,采用粘稠度小的沥青,但这样的混合料低温很容易开裂,疲劳性能差;而为了提高耐久性和低温抗裂性能,则要近可能使用献稠度大的沥青,而且要增加用量,用细集料、密集配混合料,但这样到了夏天很容易产生泛油和车辙病害。第二是路面表面特性和耐久性的矛盾。要求抗滑性能好,不溅水,雨雾小,噪音轻,必须提高表面粗糙度,采用构造深度大的粗集料、开级配或半开级配的沥青混合料。但是这样的混合料空隙率必然较大,而孔隙率大的混合料空气接触面大,老化快,耐久性差,耐疲劳性能差;为了提高耐久性,就要采用较小空隙率的混合料。为了解决这两对矛盾,采用传统集配是达不到要求的,实践证明下面几种方法的应用效果非常显著。

4.1 使用多碎石沥青混凝土

国内研究统计资料显示,SAC-16混凝土的稳定度可达到传统AC25-I型混凝土的2.67倍,表面构造深度TD一般都在0.8-.1(mm)之间,最大可超过1.2mm。且SAC有优良的摩擦系数和表面构造深度,可达到密级配,并具优良的抗辙槽能

力。4.2 使用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)SMA由于具有相互嵌锁的骨架,它的抗形变能力受高温影响不大。此外,它的卓越封闭性(由于其高沥青含量在每一碎石周围形成了厚沥青膜)能抵风化作用。但是SMA受材料波动性的影响较为敏第8 135期周辉:浅谈如何改善沥青路面使用性能感。SMA有很好的高温稳定性和耐久性,其寿命较普通沥青混凝土长20%-40%。而且有很好的耐磨性能、抗滑性能、摊铺和压实性能,即可用于铺筑表面层,也可用于铺筑底面层。

折叠 结论

(1)性路面的收缩和温缩裂缝似乎是不可避免的,这也是影响我国路面使用性能的致命因素。国外绝大多数发达国家,包括亚洲的日本等国都采用柔性路面,许多国家基层都采用沥青稳定柔性基层,我国也应在路面结构体系上一改沥青路面清一色半刚性路面的局面,开发和应用其他路面结构体系。

(2)基层和底基层的厚度应不大于18cm无机料基层之间可以用水泥浆进行连接;基层与面层和面层之间应设置粘层,使结构层能形成一个整体,同时提高结构层的水稳性。

(3)为了满足大交通量重载交通的需要,面层配合比应该放弃使用经验证明已经达到极限应用状态的传统I型和II型沥青混合料。二层或三层体系必须全部采用粗骨架密实级配的混合料,如SAC、SMA等新型结构。半刚性路面的面层也可以由习惯上的15cm 左右,优化为9cm 或12cmo。

(4)SBS改性沥青混合料和掺聚脂纤维的混合料为路面在重交通和严酷气候条件下具有较好的热稳性和耐久性提供了保证,虽然增加了一部分工程成本,但在一定情况下是唯一能够保证路面使用性能的途径。

(5)骨料均匀性偏差的存在在我国极为普遍,影响了路面质量,为此同一工程项目应统一石料加工机具、工艺和筛孔尺寸,保证材料均匀。

(6)施工过程要重点控制好平整度和压实度。平整控制的重点是注意材料的均匀性,防止离析。压实度是控制现场孔隙率的关键,其应控制在98%以上,现场孔隙率应小于6%。

(7)路面使用性能的提高还应在避免桥头跳车,确保桥面铺装质量和处理好伸缩缝上下功夫。加固后结构的受力特点,对结构整体进行分析,保证加固后结构体系传力线路明确、结构可靠和新旧结构或材料的可靠连接。另外,应尽量考虑综合经济指标,考虑加固施工的具体特点和加固施工的技术水平,在加固方法的设计和施工组织上采取有效措施,减少对使用环境和相邻建筑结构的影响,缩短施工周期。

3.5 尽量利用的原则

被加固的原建筑结构,通常仍具有一定的承载能力。因此,在加固时应减少对原有建筑结构的损伤,尽量利用原有结构的承载能力;在确定加固方案时,应尽量减少对原有结构或构件的拆除和损伤。对已有结构或构件,在经结构检测和可靠性鉴定的分析后,对其结构组成和承载能力等有了全面了解的基础上,应尽量保留并利用。大量拆除原有结构构件,对保留的原有结构部分可能会带来较严重的损伤,新旧构件的连接难度较大,这样既不经济,还有可能对加固后的结构留下隐患。

3.6 与抗震设防结合的原则

我国是一个多地震的国家,6度以上地震区几乎遍及全国各地。1976年以前建造的建筑物,大多没有考虑抗震设防,1989年以前的抗震规范也只是7度以上地震区才设防。为了使这些建筑物遇地震时具有相应的安全储备,在对它们进行承载能力和耐久性加固、处理时,应与抗震加固方案结合起来考虑.

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