瀝青混凝土路面結構耐久性分析及改善措施

1、<p>　　瀝青混凝土路面結構耐久性分析及改善措施</p><p>　　摘要：瀝青是公路施工中最常用的一種路面材料，具有獲得容易、價格低廉、防水防潮等優(yōu)點，瀝青路面施工質(zhì)量控制不當，極易引起路面裂縫、破損、唧漿等質(zhì)量問題，影響了道路的正常行車，縮短了道路的使用壽命，增加了道路的養(yǎng)護維修費用。本文就瀝青路面施工中的機構耐久性作了分析與探討，并提出了相應的解決措施。 </p><p>

2、;　　關鍵詞：瀝青；混凝土；路面；結構耐久性；措施 </p><p>　　中圖分類號：TU37 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p><b>　　1 引言 </b></p><p>　　當前，市政道路瀝青路面的使用壽命偏短，早期損壞現(xiàn)象普遍，在某些地方甚至很嚴重，大多數(shù)瀝青路面在未達到設計使用壽命的情況下就已出現(xiàn)了各種早期病害：車轍、擁

3、包、松散、剝落、推移、裂縫等。就我國高速公路建設現(xiàn)狀而言，集料總體質(zhì)量水平較高，建設過程中，也越來越多的采用高質(zhì)量瀝青或改性瀝青，施工機械技術也很高，但瀝青路面早期破壞的問題仍然存在。[喬利紅. 高等級公路瀝青路面施工質(zhì)量過程監(jiān)控技術研究[D]. 河北工業(yè)大學,2006年。]本文以某高速公路擴建工程先導試驗段和主體工程四種路面結構為例，采用力學分析、室內(nèi)足尺環(huán)道試驗和室內(nèi)小型實驗等手段，從抗疲勞能力、抗車轍能力和抗水損害能力三方面著手，

4、對四種較厚的瀝青路面結構的耐久性進行了分析，以引起讀者的思考。 </p><p><b>　　2 耐久性分析 </b></p><p>　　目前，評價路面使用性能的耐久性，往往采用抗水損害能力、抗車轍能力、抗疲勞能力三項指標。[賈紹強等. 瀝青路面耐久性影響因素及改善措施[J]. 交通世界（建養(yǎng)機械）,2012年。] </p><p>　　2.

5、1 路面結構的抗疲勞能力 </p><p>　　路面結構的抗疲勞能力是評價路面使用性能的重要指標。如何提高路面結構的抗疲勞能力，筆者研究過程中倍受關注，采取了多項措施提高該項性能。為了進行力學分析，采用彈性層狀體系(BISAR程序)和有限元法(ANSYS通用有限元軟件)，計算了15℃時下面層和基層底面在不同荷載p作用下的最大拉應力。結果列于表1。 </p><p>　　表1：路面結構下面層

6、和基層底面的最大拉應力 </p><p>　　在分析四種結構在不同荷載作用下的耐久性時，利用我國現(xiàn)行5公路瀝青路面設計規(guī)范6(JTJ014)97)的容許拉應力指標，即瀝青層或半剛性基層底面在不同荷載作用下的實際拉應力Rm必須小于等于其容許拉應力RR，即Rm≤RR。 </p><p>　　力學分析中的相關材料設計參數(shù)，通過對現(xiàn)場所用材料試驗確定。 </p><p>　

7、　在設計年限內(nèi)，一個方向、一個車道的累計標準軸載的當量軸次，根據(jù)調(diào)查分析確定。分析如下三種情況：①不考慮超載；②超載率60%，考慮超載幅度30%；③超載率60%，不考慮超載幅度30%。對應的結構強度安全系數(shù)分別為：瀝青層為2.65，4.04，4.42；半剛性基層為2.25，2.84，2.98。[李淑明等. 瀝青路面結構的耐久性分析[J]. 同濟大學學報（自然科學版）,2007年。] </p><p>　　根據(jù)上述

8、參數(shù)，計算出不同荷載情況下四種結構瀝青層底面或半剛性基層底面的容許拉應力值RR，并與該層底面實際拉應力Rm比較結果見表2。 </p><p>　　表2：RR 與Rm比較 </p><p>　　由表2中數(shù)據(jù)可以看出，四種結構，各層底面的容許拉應力不僅大于不同荷載作用下層底產(chǎn)生的拉應力，而且有相當?shù)陌踩珒?。其安全儲備情況見表3。 </p><p>　　表3：各種荷載情

9、況下的安全儲備 </p><p>　　上述分析，對于方案C和主體工程，比較的是水泥穩(wěn)定碎石基層底面應力情況。因為這兩種結構的瀝青混凝土層底面均處于受壓狀態(tài)，沒有產(chǎn)生拉應力.而對于方案A和B，則是針對瀝青層底面(指下面層底面)。因此，從結構受力狀況來分析，四種結構均是耐久的。 </p><p>　　2.2 路面結構的抗車轍能力 </p><p>　　路面結構的抗車轍能

10、力是評價路面使用性能的重要指標。如何提高路面結構的抗車轍能力在本課題研究過程中倍受關注：對瀝青結合料、礦料、瀝青混合料類型、瀝青混合料組成設計、路面結構組合以及基層和路基等，都提出了嚴格的要求并進行了精心的選擇。 </p><p>　　（1）瀝青混合料穩(wěn)定度 </p><p>　　對試驗路段所用中面層改性瀝青Sup- 19和上面層SMA -13，采用現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定的方法，分別在60℃和70℃

11、進行了動穩(wěn)定度試驗。結果見表4。 </p><p>　　表4：不同溫度時的動穩(wěn)定度 </p><p>　　從表中數(shù)據(jù)可以看出，上、中面層所采用的改性瀝青混合料，動穩(wěn)定度遠遠超過規(guī)范的要求，高溫抗車轍能力沒有問題。 </p><p>　　（2）環(huán)道試驗結果 </p><p>　　加載50萬次，從環(huán)道中取52個斷面(斷面間距50 cm)，用斷面儀

12、測各方案車轍.結果見表5。 </p><p>　　表5：各方案的車轍深度 </p><p>　　根據(jù)環(huán)道各結構方案的車轍發(fā)展規(guī)律計算，A方案在通車后第12年，車轍深度將達到15.32 mm，須進行第一次銑刨、重鋪面層；B方案在通車22年后車轍深13.7 mm；C方案在通車15年后車轍深14.84 mm，無須銑刨。按照國外耐久性路面的概念及實體工程的設計目標，使用15年左右，無須對瀝青路面進

13、行結構性改建或重建，路面的損壞現(xiàn)象僅發(fā)生在瀝青層上部4~7 cm范圍內(nèi)。因此，對于車轍指標而言，本研究的路面結構符合耐久性要求。[徐棟良. 高性能瀝青混合料水穩(wěn)定性研究[D]. 重慶交通大學,2008年。] </p><p>　　2.3 路面結構的抗水損害能力 </p><p>　　瀝青路面早期水損害(小塊網(wǎng)裂、冒白漿、松散、坑槽)是我國近年來高速公路較為普遍存在的現(xiàn)象，引起了廣泛關注。大

14、量調(diào)查研究表明，造成瀝青路面早期水損害的原因可歸結為：瀝青混合料空隙率過大，路面滲水，排水設施不完善，壓實度不足，瀝青混合料抗水損害能力不足，厚度偏薄等。 </p><p>　　3瀝青路面質(zhì)量問題的解決措施 </p><p>　　3.1 改進結構組合 </p><p>　　將半剛性路面的組合方式變成復合式路面的組合方式，在半剛性基層和柔性瀝青路面之間增加一個級配碎石

15、或者瀝青穩(wěn)定碎石過渡層，用這層來吸收半剛性基層開裂引起的拉應力，減少基層開裂對面層的影響。改善路面結構內(nèi)部排水設施和路面排水，采用透水層排水，也可以通過集水溝、出水管，利用過濾織物和透水性填料形成內(nèi)部排水體系，使停滯的自由水盡快排出各結構層，減少結構層的損壞。加強路面排水設施的維修養(yǎng)護，保持良好的排水功能，減少路面病害，延長路面使用壽命。及時養(yǎng)護，當發(fā)現(xiàn)路面發(fā)生開裂、坑槽等病害時，要及時地進行養(yǎng)護，裂縫修補、稀漿封層等都可以很好的提高路

16、面的使用性能和耐久性。[李長林等. 提高瀝青路面耐久性的措施[J]. 山西建筑,2010年。] </p><p>　　3.2 材料及組成設計的改進措施 </p><p>　　1）瀝青。瀝青與集料的粘附性和抗剝離性是防止路面剝離的基本條件。所以選用的瀝青應具有較好的粘附性和抗老化性。采用改性瀝青是改善瀝青混合料水穩(wěn)性非常有效的途徑。眾多室內(nèi)試驗和配合比試驗表明，采用普通瀝青粘附性不符合要求時

17、，采用改性瀝青一般都能夠滿足要求，而且通常不需要添加抗剝落劑和摻加消石灰，與各種集料的粘附性基本上都能達到4級以上。另外，采用改性瀝青可以提高瀝青混凝土路面的抗車轍能力。[靳華春. 有效提高瀝青路面耐久性的技術措施探討[J]. 價值工程,2010年。]2)集料。粗集料盡量采用粒徑較大、接近立方形、有尖銳棱角和粗糙表面的碎石且碎石含量較多的礦料，以加大瀝青混合料的內(nèi)摩阻力，增強礦料顆粒間的嵌擠作用，阻止顆粒間的相互移動，從而提高瀝青混合料

18、的抗變形能力。3)礦粉。適量的礦粉可以提高瀝青混凝土的強度和穩(wěn)定性，礦粉的用量對瀝青混凝土的性質(zhì)影響很大，一定量的礦粉可減少起潤滑作用的游離瀝青、減小瀝青膜的厚度、調(diào)整礦料的級配，尤其是滿足0.075 mm篩孔的良好級配，可改善瀝青混凝土抗剝落能力；礦粉過多會造成瀝青混凝土脆性增加，降低了混凝土的韌性，降低瀝青混合料的低溫性能，控制合理的礦</p><p>　　3.3采取科學的養(yǎng)護與后期管理 </p>

19、<p>　　1)溫度控制。拌和運輸、攤鋪碾壓過程中接處有無變形，所有零部件有無脫落、丟失、損壞，是否已在需要處加足潤滑油脂等，然后進行組裝。組裝順序為：轉(zhuǎn)向架y車體y1,2號柱油缸y機臂y電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)y0號柱。2)架橋機調(diào)試。架橋機組裝完畢后必須進行調(diào)試。3)運行。運行是將架橋機走行到架梁位置的過程。4)定位。定位是將架橋機準確停止到架梁位置并固定的過程。5)機臂前伸。機臂前伸是將機臂向前拖行，使0號柱支撐到前方墩臺

20、相應位置的過程。6)喂梁。喂梁是將運梁車上的梁片拖拉到架橋機上，并用吊梁小車吊起梁片的過程。架橋機定位后，可進行喂梁作業(yè)。7)出梁。出梁指吊梁小車吊梁前行到達架設位置的過程。8)落梁。落梁指吊梁小車將梁片下落到蓋梁墊石上的過程。9)微調(diào)、對位。微調(diào)、對位指將梁片上的支座準確落在支承墊石上并緊固的過程。[桑勇等. 跨座式單軌交通系統(tǒng)PC軌道梁架設與安裝技術[J]. 山西建筑,2010年。]10)指形板安裝。梁片安裝調(diào)整到位后，成對進行指形