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沥青混凝土路面常见病害的防治
发布时间:2012-08-02     来源:
        沥青作为路用结合料,在世界各国得到了广泛的应用,成为公路建设长久使用不衰的一种材料。但由于沥青材质本身的差异,以及受设计和施工水平的影响,沥青路面常常出现开裂、泛油、松散、拥包、推移、坑槽等常见病害,这些病害的出现严重影响了行车速度、行车安全,缩短了沥青路面使用寿命,增加了道路的维修成本,降低了道路投资效益。
  沥青路面发展趋势
  多年来,我们调查了华北地区部分道路,发现沥青路面常见病害十分突出,许多问题涉及到高等级路面,如京石高速公路保定南至正定东半幅,1994 年通车,1995 年就出现局部路段路面开裂、泛油严重,特别在弯道处推拥成包、路面标线扭曲变形;太旧高速公路河北段1995 年通车,1997 年发现大量拥包;北京至福州104 国道沧州路段,山东德州路段,天津市区许多市政道路,京津塘一级公路也均有上述病害出现。
  产生病害原因及分析
  沥青路面病害出现的原因,我认为有下列几个方面。
  沥青质量问题
  由于近几年交通基础设施作为国家重点投资,全国各地高速公路、一级路、二级路、城市道路开工项目很多,而建设资金又有限,因此,在道路结构层的厚度设计、材料的采用均本着经济适用的原则,而对交通量的变化和使用年限并没有重点研究。像高等级沥青路面,许多省市采用的是上面层使用进口沥青,而中面层、底面层则采用国产沥青,有的项目干脆全部选用国产沥青。就国产沥青而言,能达到规范要求的厂家并不多,而且年产量十分有限,不可能满足国内大规模建设的需要。参建各方都十分清楚这一情况,但从节省资金的角度来考虑只能勉强采取这一方法。
  设计规范存在一定的问题
  目前,柔性路面国家设计规范仍然采用弯沉值控制,并以黄河JN-150 为标准荷载,作为设计参数,使用年限采用累计折合成标准荷载次数作为控制指标,而对重型车,特别是超重型车辆对路面结构强度的影响却没有过多过细的理论保证,规范中的折算系数并没有考虑路面承载极限能力。虽然现在国内许多路面方面的专家也在探讨这一问题,并有专家写文章进行论述,但国家规范并没有修改,设计时仍然要使用目前颁布的规范,一次超出极限荷载的行驶将导致路面结构严重损伤,促使路面开裂、推移和拥包,甚至局部下陷,导致路面破坏。而目前高等级路面上,超重型车辆,特重型车辆随处可见,因此对国家设计规范进行修改很有必要。
  透层油、粘层油对路面的影响
  为了使沥青路面与路面基层以及沥青混凝土本身层与层之间具有良好的结合性,洒一定数量的透层油和粘层油是十分必要的。然而,在施工当中透层油一般按1.2kg/m2,由于目前高等级道路大部分采用二灰碎石或水泥稳定级配碎石,渗透性能均比较差,加上局部挤压平整度稍差,经常有透层油窝积现象。此外,粘层油设计一般要求1.0~1.2kg/m2,没有考虑粘层油对沥青混凝土油石比的影响,由此导致最终沥青路面沥青含量不好控制,而沥青含量对路面质量是至关重要的,沥青多了会产生路面发软,出现拥包,产生推移;沥青少了会产生脱渣、松散或坑槽。
  沥青混凝土配合比设计存在的问题
  沥青混凝土配合比设计按规范要求应经过四个阶段,即目标配合比设计阶段,生产配合比设计阶段,生产配合比验证阶段和试拌试铺阶段,各阶段要达到的目的都有明确的要求。在施工时,有的单位压缩两至三个阶段,有的干脆凭经验进行施工,因此,从理论和实践来讲存在较大的偏差,从而导致沥青混凝土内在质量存在先天不足。另一方面,由于目前国家现状所致,高速公路工期较短加上标价偏低,碎石料场不规范,大多材料都由个体企业承担,料场分散,设备落后,材料的均质性、稳定性均有较大的差别。虽然大部分单位在开工前都取样做了筛分分析符合要求,在施工过程中也检测并予调整配合比,但由于变化大、差异性大,不可能做到十分准确,沥青含量和级配都在发生变化,这是导致路面出现一些常见病害的原因之一。
  沥青混凝土拌和温度的影响
  沥青混凝土拌和温度的控制,从规范角度控制比较严格,对石油沥青拌和出厂温度要求在120~160℃,而实际上有些施工单位和个别商品沥青混凝土厂家,在拌和温度控制方面不是那么严格,时高时低很不稳定。有的沥青混凝土到场温度近180℃,而有时不足110℃,温度过高可能导致沥青变质、没有粘性,使沥青混凝土松散;温度过低,沥青混合料拌和不匀,影响级配,这些也是导致沥青路面有时局部松散或其它病害的一个原因。
  沥青混凝土路面病害的防治
  沥青路面常见病害的防治应从设计、施工和路面维护三个方面着手,只解决一个方面的问题是不够的。
  设计规范的修改
  从目前的设计规范来看,在车辆荷载等级换算方面可能有较大的偏差,特别是应考虑特大车辆荷载对路基路面所产生的影响,其换算关系不是简单的倍数关系。高等级公路在选材方面应有严格的标准要求,路面结构层承载能力应适应当前和在设计年限内交通发展的需要,不能片面追求路面的里程量,而降低路面标准。一方面是为了省钱用国产沥青替代进口沥青,另一方面结构层的设计偏薄,路面基层、底基层满足不了行车荷载的作用。从综合效益来看,由于节省资金造成的路面破坏远比多修几公里路所产生的经济效益大得多。
 
  优化沥青面层级配设计
  AC220I 合成级配设计的指导思想是减少细料的用量,以提高沥青混合料的抗车辙性能,级配曲线呈S 型,粗集料偏上限,细料紧贴下限,钻芯取样结果表明其嵌挤作用不明显,粗集料呈悬浮状。
  AC220L 比AC220I 更细,合成级配基本走其下限,属于悬浮密实型结构,抗车辙能力差。A C 2 2 0 I 合成级配与Superpave19 比较发现其合成级配设计基本走0.45 次方最大级配线图,并紧贴禁区下限,集料间空隙较少,集料的骨架作用难以充分发挥。
  应采用多级嵌挤密集配设计方法,即将粗集料(大于最大公称尺寸的0.22 倍的部分) 形成的嵌挤状态,使细集料逐级依次填充从而形成多级嵌挤的集(矿)料级配。
  沥青面层混合料的摊铺施工与质量控制
  摊铺沥青混合料中面层采用走浮动式基准梁来控制摊铺厚度与纵断面高程,并随时用水准仪跟踪检测松铺高程及压实后的高程,同时每间隔10m左右对松铺厚度进行检测,及时指导摊铺机进行调整以保证质量。沥青混合料必须匀速、连续不断地摊铺。根据所采用的沥青拌和楼生产能力及沥青摊铺机的机械性能确定摊铺机的摊铺速度。
  松铺系数的确定:首先确定3 个初始松铺系数为1.1、1.15、1.2,在试验段中通过现场测量数据最终确定松铺系数为1.15,松铺厚度6.9cm。
  结合路面施工的实际情况,经分析比较,在正常工况下拌和机的最小生产能力可达到30t/h,同时可充分发挥保温罐的作用;为保证拌和楼发挥最大效率,又兼顾到摊铺机在施工过程中尽可能地连续运行,根据各个层次的设计摊铺宽度和压实厚度,确定摊铺机的速度为2~2.5m/min;在中面层试验段施工时采用了3 种压实组合方式进行碾压,结果证明采用双钢轮弱振2 遍、强振压2 遍→胶轮揉搓碾压2 遍→双钢轮收光碾压2 遍组合碾压效果比较理想,经现场跟踪检测碾压组合与沥青混合料的密实度关系见表1。
  在摊铺施工过程中要严把材料关与开工关,做好施工的前场控制与后场控制,同时要特别注意施工过程中的信息反馈。
  结 论
  现场取样和钻芯检测表明,沥青混合料的级配、沥青用量以及压实度、现场空隙率均能达到设计要求。对沥青混凝土路面级配设计的研究,分析了不同混合料的高温性能,借鉴不同的设计方法优化沥青混合料的矿料级配,改善沥青面层的抗车辙性能。
  以拌和楼为中心,充分发挥拌和机的生产能力,按已经取得的经验和制订的各工序机械设备协调配合措施,严密组织管理,确保各设备在最佳组合、最佳配合的状态下运行。

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