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1、毕 业 设 计 （论 文） 用 纸高速公路路面早期损坏的原因分析与防治对策引言11沥青混凝土路面病害的种类及原因分析1.1沥青路面的主要破坏类型及其发生原因1.1.1裂缝1.1.2 车辙1.1.3水害1.1.4老化1.1.5 疲劳1.1.6 松散、剥落和坑槽1.2 原因分析1.2.1沥青混合料设计中的一些问题1.2.2 路面设计原因1.2.4 路面施工与养护管理方面的原因1.2.5 路基方面的原因1.2.6 外部作用2 路面早期破坏预防措施2.1 原材料的选择2.1.1 沥青 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸2.1.2粗集料2.1.3细集料2.1.4填料2.1.5 纤维2.2改
2、良沥青混合料配合比结构设计2.2.1骨架密实结构设计理念2.2.2 沥青胶结料含量选择2.2.3 水敏感性2.3运营维护2.4 路面设计2.4.1 基本要求2.4.2 选择面层混合料2.4.3 矿料质量要求2.4.4采用新技术、新材料和新工艺2.4.5沥青路面的防排水设计2.4.6 基层材料设计2.5 施工过程控制2.5.1 拌和站2.5.2 摊铺碾压 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸2.5.3 加强原材料的检验工作2.5.4 保证基层施工质量2.5.5 保证沥青混凝土面层摊铺质量2.5.6加强竣工后路面养护工作摘要随着我国公路建设的高速发展,高等级沥青混凝土路面越来越多,随之
3、而来不断出现各种病害,国家和地方政府投入大量的资金、人力、物力进行病害整治、返修,甚至重建。因此对沥青路面早期破坏的原因进行研究具有重要意义。沥青路面早期破坏, 不仅与设计、施工等沥青路面形成前的环节有关, 而且与沥青路面形成后的使用、养护和管理也联系紧密。因此, 要解决沥青路面早期破坏这一现象, 就必须严格从设计、施工、养护管理等各方面控制把关, 合理设计, 施工得当, 从而使沥青路面早期破坏现象得到很好的解决。本文针对高等级公路沥青混凝土路面存在的各种病害,从原材料、结构设计、混合料配合比设计、施工控制过程以及运营维护等方面分析病害成因,并在原料选择、沥青混合料配合比设计、 运营维护、路面
4、设计、路面施工方面提出相应防治对策,以增强沥青混凝土路面的耐久性。关键词: 沥青路面; 早期破坏; 防治措施 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸高速公路路面早期损坏的原因分析与防治对策引言：近年来, 我国高等级公路中沥青路面发生早期破坏的现象越来越多, 开放交通3 5年, 有的甚至1 2年即开始修复, 这与要求的设计使用年限15 20年相差甚远。这种现象如果继续下去, 将对公路建设的社会效益和经济效益产生很大的不利影响。因为不论公路建设的规模如何大, 也不论公路建设的速度如何快, 投入了巨大的资金却保证不了公路的使用寿命将是最可悲的。 沥青路面的早期破坏影响了公路的交通运输, 造
5、成了巨大的经济损失, 因此对沥青路面早期破坏的原因进行研究具有重要意义。纵观目前我国高等级公路沥青路面早期损坏的现状, 其原因是多方面的, 也是很复杂的。它既受到设计、施工和材料等技术方面的客观因素的影响, 也受到人为的主观因素方面的影响。1 沥青混凝土路面病害的种类及原因分析沥青混凝土路面病害主要包括:裂缝、车辙、拥包、泛油、坑槽、老化、水害、疲劳破坏等几个方面,以下逐一分析:1.1 沥青路面的主要破坏类型及其发生原因沥青路面的破坏形式主要有:裂缝、车辙、松散、剥落等。1.1.1裂缝 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸裂缝是沥青路面最主要的一种破损形式,按其成因不同有横向、纵向
6、和网状三种类型。1) 横向裂缝按其成因不同,横向裂缝又可分为荷载型裂缝与非荷载型裂缝两大类。荷载型裂缝是由于路面结构设计不当或施工质量低劣,或者由于车辆严重超载,致使半刚性基层沥青路面在反复的交通荷载作用下,沥青面层或半刚性基层内产生的拉应力超过其疲劳强度而断裂。非荷载型裂缝包括沥青面层缩裂和基层反射裂缝。前者是由于低温或温度骤变,沥青面层所产生的拉应力超过其在该温度时的抗拉强度所引起;后者是指半刚性基层先于沥青面层开裂,在荷载应力与温度应力的共同作用下,在基层开裂的面层底部产生应力集中而导致面层底部开裂,而后逐渐向上扩张而使裂缝贯穿。2) 纵向裂缝纵向裂缝的产生原因有两种可能性,一种情况是沥
7、青面层分幅摊铺时,两幅接茬处未处理好,在车辆荷载与大气因素作用下逐渐开裂;另一种情况是由于路基压实度不均匀或由于路基边缘受水浸蚀产生不均匀沉陷而引起。3) 网状裂缝网状裂缝主要是由于路面的整体强度不足而引起,其原因可能是路面 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸的整体强度不足而引起,其原因可能是路面结构设计不合理,路基路面的压实度不足,路面材料配比不当或未拌和均匀等。也可能是由于路面出现横向或纵向裂缝后未及时封填,致使水分渗入下层,加剧了路面的破损。沥青在施工期间以及长期使用过程中的老化也是导致沥青面层形成网状裂缝的原因之一。4）低温裂缝纤维、外掺剂与沥青加热混合拌制而成,矿料起骨
8、架作用,外掺剂主要是抗剥离剂,纤维主要是增加内应力,沥青与填料(矿粉、水泥、消石灰粉)起胶结填充作用,冬季低温时沥青混合料产生体积收缩,在结构层内部产生温度应力,当气温聚降时温度应力来不及松弛,超过沥青混合料允许应力值时,沥青混合料就会被拉裂,导致路面裂缝造成破坏。1.1.2 车辙车辙主要反映混合料抵抗荷载反复作用的能力及高温稳定性,沥青混合料具有粘、弹、塑性,承载能力随温度的变化而变化,除混合料自身因素外与荷载、温度、时间和速度的关系都很密切,温度升高,混合料变软,承受荷载反复作用下,一部分弹性变形不能恢复成为塑性变形,累积成为车辙或成为波纹和拥包。车辙起因于磨耗、材料松动、土基与基层的变形
9、、并包括一定程度的压实作用的现象。这一现象对于沥青路面可以说是先天的,它与经常 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸发生的龟裂现象相互对立。车辙形成的原因有三种情况:1) 失稳型车辙:是由于沥青路面结构层在车轮荷载作用下,其内部材料的流动产生横向位移而产生。通常发生在轮迹处。当沥青混合料的高温稳定性不足时,在外力作用下就会产生这种车辙。2) 结构型车辙:是由于路面结构在交通荷载作用下产生整体永久变形而形成。这种变形主要由于路基变形传递到面层而产生。3) 磨耗型车辙:由于沥青路面结构顶层的材料在车轮磨耗和自然环境因素作用下持续不断地损失形成。1.1.3水害主要是雨水和环境水的影响,沥
10、青混合料长期受水侵蚀作用,促使沥青从集料表面剥离降低粘接强度,造成混合料松散被车轮带走,最终使路面形成坑槽而破坏。1.1.4老化沥青混合料的老化主要是受水、紫外线、氧化等因素作用,使沥青混合料产生多种复杂的物理化学变化,使沥青逐渐变硬、发脆,最终导致沥青混合料产生裂纹裂缝而破坏。1.1.5 疲劳沥青混合料在行车荷载反复作用下,会逐渐失去一部分弹性,随着使用 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸期的增长失去弹性的机率越高,同时矿料的位移在增大,紫外线的照射加速氧化,加上沥青混合料面层与半刚性基层的软硬差距,在车轮的反复冲击作用下逐渐产生疲劳。1.1.6 松散、剥落和坑槽沥青路面的松散
11、、剥落和坑槽是由于沥青从矿料表面脱落,在车辆的作用下沥青面层呈现松散状态,以致从路面剥落形成坑凹。产生松散、剥落和坑槽的原因主要是由于在水的作用下,沥青与矿料之间的粘附性较差,沥青从矿料表面剥离所致,是水损坏的主要表现。沥青混合料中,沥青和填料合称为胶结料,胶结料过多容易引起泛油,反之胶结料偏少,不能有效的将矿料粘结为一体,就会出现松散现象,泛油容易造成车辙,松散容易出现坑槽现象。1.2 原因分析1.2.1沥青混合料设计中的一些问题1）马歇尔法设计混合料没有考虑集料对沥青的吸收目前我们所使用的任何集料或多或少都对沥青有吸收作用, 有些集料对沥青的吸收还相当严重。但目前在沥青混合料设计近年来,
12、我国高等级公路中沥青路面发生早期破坏的现象越来越多, 开放交通3 5年, 有的甚至1 2年即开始修复, 这与要求的设计使用年限15 20年相差甚远。这种现象如果继续下去, 将对公路建设的社会效益和 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸经济效益产生很大的不利影响。因为不论公路建设的规模如何大, 也不论公路建设的速度如何快, 投入了巨大的资金却保证不了公路的使用寿命将是最可悲的。因此, 实际修筑的路面能否达到使用寿命是最关键的, 这也是公路建设质量的主题。所以在公路建设的各项工作中都应当把使用寿命摆在首位。纵观目前我国高等级公路沥青路面早期损坏的现状, 其原因是多方面的, 也是很复杂的
13、。它既受到设计、施工和材料等技术方面的客观因素的影响, 也受到人为的主观因素方面的影响。笔者通过几年来对公路施工质量的实际检查并结合对相关规范和技术资料的研究, 在这里提出一些影响路面使用寿命, 导致路面出现早中却没有考虑集料对沥青的吸收。由于现在沥青混合料的设计大多数采用体积分析法进行, 这种方法中最为重要的控制参数是沥青含量和压实混合料的空隙。若在实际混合料设计中不考虑集料的吸收问题, 就不能实现正确的体积分析, 因而造成沥青用量偏小而实际空隙率偏大, 使水和空气容易进入或水在车轮作用下形成动水压力直接影响了沥青路面的耐久性, 导致了路面的早期损坏。2）沥青饱和度范围在规范中没有提出在进行
14、混合料设计时应取上限还是应取下限限的选定对按照我国目前规范设计出的混合料势必造成一定的影响。沥青饱和度公式V FA =V A/（V A + V V）, VM A = V A + V V (即矿料 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸间隙率) 为压实混合料矿料颗粒间的空隙体积率, 为空气空隙率V a与未被集料吸收的有效沥青体积率之和。如果VM A太大, 在施工过程中易发生沥青的析漏现象; 如果VM A 太小, 混合料将会发生热稳性不足的问题。所以说VM A 对混合料的性能具有很大的影响, 在沥青混合料设计规范中规定的VM A 最小值是为了保证具有足够沥青含量, 在实际中应至少大1 2
15、 个百分点, 相当于考虑了集料对沥青的吸收,这样就有利于沥青路面的耐久性。而V FA 是VM A 与V a 函数, VM A 的增大使V FA 趋于下限, 因此选取规范中的下限是比较合理的。为了防止车辙和泛油, 也为了提高粘结力和耐久性, 我国规范条文说明中的矿粉和沥青的用量之比(即粉胶比) 为1 112, 但在实际生产中混合料的设计粉胶比远远超过这个最高限值112。这至少是由于以下。两原因所致: 设计规范中没有明确说明沥青用量是总的沥青用量还是有效沥青用量。在混合料配合比设计中, 工地试验人员参照规范要求把矿粉用量定为6% , 而沥青用量多为5% 左右, 粗看似乎满足粉胶比112 的要求,
16、但实际上忽略了集料吸收沥青的因素, 致使混合料沥青含量偏少, 根本达不到最佳沥青用量。 集料中也含有小于01075 mm 的矿粉, 因此01075 mm 含量超过6% , 使粉胶比超过112 的要求,造成混合料松散, 耐久性差, 寿命 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸短。这两种原因使胶浆没有形成薄膜包裹在集料周围而只形成填料, 这就改变了其实质的作用, 使集料之间的粘结力降低, 在重交通作用下出现细集料随车轮转动而与路面分离的现象, 致使路面破坏。3）改性沥青中改性剂的掺用量沥青作为混合料的重要有机胶凝材料, 沥青的各项物理指标和化学性质对整个路面状况有着重要的影响, 而指标和
17、性质又追溯到了沥青的组分, 沥青的化学组分分析是将沥青分离为化学性质相近, 而且与路用性能有一定联系的几个组分, 在公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ 052- 2000) 有三组分法和四组分法。现以四组分法为例说明沥青的四个组分的相对含量对沥青胶凝作用的影响, 沥青的四组分包括饱和分、芳香分、胶质及沥青质。对其分析研究认为饱和分含量的增加可以使沥青的稠度降低, 胶质和沥青质的含量的增加可以使沥青的粘度提高, 于是出现了在基质沥青中掺入SBS 高聚物来改变沥青组分的相对含量, 并以此改善沥青的胶凝作用的新工艺, 进而提高路面的的耐久性。然而在实际中就出现了这样的问题, 使用了改性沥青后路
18、面仍会发生车辙、水损坏等不良现象。究其原因, 一是许多试验室没有结合本地区材料的实际情况通过试配来确定SBS 用量, 而是采用3% 这个经验用量; 二是试验室人员只考虑经济性, 而对SBS用量机理并不了解。 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸4）压实度的计算和理论密度的测定方法有一定偏差压实度的计算正确与否影响到整个工程的质量,而压实度又受理论密度的影响较大。理论密度的计算涉及到空隙率, 因此空隙率是确定路面压实度检测指标的重要因素。下面就压实度与空隙率的关系进行推导, 并以此来论证目前实验方法对压实度的正确评定的影响。现场钻取沥青路面芯样的实际空隙率为:式中V V 设计空隙率,
19、 %;V V 实际空隙率, %;Rs试件的视密度, g cm3;Rt沥青混合料最大密度(或理论密度) , g cm 3;K 现场压实度, %。在进行混合料设计时, 要测定每一种集料的表观相对密度, 以此来确定混合料的设计空隙率。而V V 的正确与否直接影响K。在这里V V 的计算没有考虑集料吸收沥青的问题, 从而使生产中计算的空隙率偏小,造成压实度K 偏大, 给工程带来很大的负面影响。集料对沥青的吸收量会随着集料的吸水率而变化, 因为吸水率大的集料表面具有较大的空隙率, 因而对沥青吸收也大。为减少这种负面影响, 最好采用公路工程沥青及沥青混合料试验规程(JTJ 052- 2000) 中的J 第
20、 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸0711 真空饱水法来确定集料吸收沥青的量, 可得出正确的最大理论密度, 以便使压实度趋于真值。1.2.2 路面设计原因1） 结构设计不完美沥青面层结构选用不当、混合料类型不合理。根据沥青路面设计规范,沥青面层除应满足车辆的使用要求外,还应满足雨水不渗等要求,宜选用粒径较小,空隙也小的级配混合料,尽量采用小粒径沥青混凝土,以提高沥青路面面层的防渗性。对于选用中粗粒混凝土或开级配或半开级配沥青碎石的沥青路面,必须在沥青面层下设下封层,防止雨水渗入。2） 控制成本设计与路段实际情况相差大某地一条沥青路面混凝土路穿过土基过湿地段,但设计按一般正常情况设计
21、,全部利用挖方和就地借方填筑路基,采取逐层晾晒法施工,造成极大的窝工,影响了工期。施工单位只好申报监理工程师并经业主同意借方填筑,仅此一项就较原设计增大投资,现该段沥青路面破坏较为严重,已多处修补。3）补强段的路面厚度考虑不足某地为加快实现乡镇通油、水泥路路面工程,充分利用老路并节约土地及投资,利用旧路的线位及结构层。按照公路补强设计的一般要求 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸和科学态度,宜先对所利用的路段状况进行客观评估,根据旧路的状况(特别是强度弯沉指标) 确定利用旧路的方案及补强厚度。但设计单位没有作认真细致的调查,大致给出一个补强厚度及路段桩号就草草了事,结果导致许多补
22、强路段补强后弯沉值大于设计值,造成新路强度不足,早期破坏严重。4） 岩石路段石质类型确定不详尽在路基设计中,由于没有足够的地质钻探资料,仅靠地表情况判断石质类型,容易出错。某条公路,原设计为石方路段,仅用15 cm 水稳砂砾做整平层,未设置半刚性基层。实际开挖后,路基为泥质页岩及风化岩,施工单位照图施工后,由于雨水渗入,导致泥质页岩及风化岩软化,沥青路面结构强度不足,出现大面积风裂。5） 路面厚度设计问题路面厚度设计的依据是设计年限内的累计当量轴次,设计单位为了计算方便,一般将设计公路的交通量划分为一定车型的标准交通量与另一定型的非标准车交通量,然后将确定车型的非标准车的轴次,换算成标准车轴载
23、的当量轴次,最后用设计年限内的当量轴次,计算路面设计弯沉及结构厚度。经过大量观察认为:在非标准车向标准车轴载换算过程中,实际上不管是按标准车的轴载还是非标准车的轴载,尤其是非标准车的轴载,车辆的实际轴载远大于设计轴载(货运车辆绝大多数为 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸超载运输) ,而由当量轴次的计算公式知,当量轴次与轴载比的4. 35 次方成正比例。由此得知设计路面实际承受的当量轴次远远大于作为其设计依据的设计年限内的累计当量轴次。这就是现阶段新建路面早期破坏情况较多的症结之一所在公路在短期内(如1 年2 年) 已达到设计年限内的累计当量轴次。1.2.3路面施工中的问题1）基
24、层强度过高, 刚度过大目前我国高等级公路普遍采用无机结合料稳定基层(如水泥稳定砂砾和水泥石灰综合稳定砂砾) , 这种结构在我国公路建设中发挥了巨大的作用。但目前出现的误区是人们认为半刚性基层的强度越来越好, 譬如, 沥青路面设计规范中要求水泥稳定砂砾基层的强度不低于3M Pa 即可, 但在很多公路上, 这种基层的强度达到了7M Pa 以上。在这种刚度过大、弹性缺乏的情况下, 其上的沥青混合料面层在行车荷载, 特别是超重车辆荷载的作用下, 会因荷载应力超过极限抗剪强度而发生破坏。此外, 强度过高的基层掺加水泥较多, 其裂缝发生得也多, 为雨水下渗提供了条件。因此,在基层施工过程中, 一定要保证半
25、刚性基层的强度不宜过大, 只要满足规范要求即可。2）施工期限的不科学问题为了早日完成任务, 人为硬性规定出不切实际的和不符合科学规律 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸的施工期限, 使正常的工期一再缩短, 致使施工单位为完成进度而不顾质量, 在不宜摊铺沥青混合料的气候或季节施工, 有的甚至在雨天或低温下也不停工。这种违背科学的施工方法必然会导致路面的早期破坏, 也必然会缩短路面的使用寿命。3）沥青混合料的温度控制问题沥青混合料的温度对路面的耐久性有重要的影响, 如沥青混合料拌和温度过高, 就会加速沥青中的轻质油分的挥发, 造成沥青混合料过早老化, 粘结力降低。特别是改性沥青中的改
26、性剂在高温下易发生蒸发损失, 影响改性沥青的质量。因此, 沥青路面的铺筑应尽可能在高温季节进行, 并使混合料的出厂温度控制在规范规定温度的中值左右。在气温较低的情况下施工时, 不能只考虑提高混合料的拌和温度, 而应采取有效的保温措施为好。沥青混合料的拌和温度不能过高,但应注意, 沥青混合料的碾压温度却不能过低。因为温度过低, 难以压实, 导致孔隙率过大, 会加速路面的老化, 影响路面的使用寿命。总之, 沥青混合料的施工温度掌握不好, 是影响路面耐久性的重要因素之一。4）路面的压实度问题沥青路面出现的各种病害如车辙、剥落、坑槽等都与路面压实度有关。因为路面压实度不足, 孔隙率就大。孔隙率大的路面
27、在行车荷载, 特 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸别是超载的作用下会产生进一步的压密变形, 这种变形会导致不正常车辙的产生。此外, 孔隙率大的路面水分容易进入而形成各种各样的水损害, 这也是沥青路面出现早期破坏的主要因素。目前施工中出现的某些不正常现象是造成沥青路面压实度不够的主要原因。 过分追求平整度。为过分追求平整度和受互相攀比的影响, 目前不少工程主管部门提出不切合实际的平整度要求和奖惩措施, 导致片面追求平整度而放松了对压实度的控制。 路面压实度的“超密”问题。目前, 由于施工使用的压实机械的吨位越来越重, 压实功能也越来越大,对路面的压实本来是非常有利的方面, 但由于
28、现用的马歇尔试验击实次数的击实功能很可能与现有压实机械的压实功能不相匹配, 即标准击实功能小而压实功能大, 实际压实时容易超压而形成超密现象。这种超密情况本来是客观存在的, 且对路面是有利的。但有些工程管理部门规定超密是不容许的, 如果检测中出现压实度超密, 就是不合格。也就是说, 压实度合格的范围仅局限在98% 100% 之间, 在这种规定之下, 施工单位不敢过分碾压, 惟恐超密。只要刚达到压实度的最低要求即停止碾压, 这很容易造成压实度不足。其实, 为了保证耐久性, 这种路面还可以进一步给予压实。5）混合料的离析问题 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸在拌和、运输和摊铺过程中
29、, 沥青混合料的离析是造成沥青路面局部的早期损坏的重要原因。这个问题已引起了国际上的普遍重视。离析表现为混合料粗细集料和沥青含量的不均匀。粗集料集中的部位往往孔隙率过大, 沥青含量偏少, 这是加速出现水损害, 形成坑槽的原因。而且这些部位混合料拉伸强度低, 抗裂性能差, 抗疲劳能力低; 相反细集料集中的部位则往往沥青含量偏多, 孔隙率过小, 这将导致路面的永久变形,并出现泛油。这就是我们通常看到的在同一段沥青路面上同时出现水损害和泛油的情况。离析的原因是多方面的。主要表现在拌和质量控制不严, 混合料出场温度过高, 运输路程过长等。目前采用沥青混合料搅拌式运输车运送混合料, 或在摊铺之前再拌和的
30、方法是值得提倡的。1.2.4 路面施工与养护管理方面的原因1）路面施工原因路面施工过程是关键环节,直接影响面层质量的施工环节主要是面层本身的施工、基础施工及相关连接层施工。 面层施工原因a.对原材料检验不严,对沥青混合料的配合比控制不够,特别是矿粉和沥青用量不准,使沥青路面早期出现推拥、油包、松散、露骨、坑槽等。 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸b. 施工机械设备陈旧、不配套,使混合料的配合比计量、拌和均匀性、压实度等受到很大影响。c. 沥青混合料加热温度过高,沥青和矿料拌和时,沥青便被矿料的高温灼焦、沥青老化,使路面强度不足,产生松散、坑槽等病害。碾压温度过高,造成温度过高有
31、两种原因:a. 沥青混合料出厂温度超过规范规定的上限值;b. 沥青混合料出厂温度虽然在规定的范围内,但接近高限,如果运距较短,摊铺碾压又很及时,就会使碾压温度超过规范高限,如果碾压温度过高,混合料就压不实,即会出现推移,发生微裂。 基层施工原因基层是承担面层传递的车辆荷载的主要承重层。基层的强度及稳定直接关系到面层的强度和稳定性。基层施工的主要问题有:a. 基层、底基层、路面表面清除不干净。在铺筑上一结构层前,若路面结构层及路基表面的浮土、浮灰、浮砂清除不干净,在雨水作用下,浮层细料变软被行车挤压形成的高压水流冲刷成浆,进而波及到沥青面层表面。b. 基层松铺系数(或基层标高) 控制不严而导致的
32、二次补加层,由于二次补加层与下层基层无法紧密连接,自身厚度又较小,因而极易松散,进而引起沥青层的网裂、松散、坑槽等破坏。因此,建议此补加层用 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸含油沥青混合料代替。c. 部分基层压实度不足的问题。在最大干密度确定的情况下,基层的压实度与混合料中粗、细集料的比例特别是粗粒料的含量密切相关,当粗粒含量很大时,即使压实度超过100 % ,并不表示该基层已经密实。因此,要适当增大碾压吨位、增加碾压遍数,确保基层达到规定的压实密度。2)养护管理及其他原因养护不及时沥青路面在行车作用下出现小面积松散及个别坑槽后,未及时进行养护,特别是采用层铺法施工的贯入式路面
33、和表面处治初期及时养护更为重要。养护方法不当有些养护人员在沥青混凝土路面上采取人工喷油(或洒布机喷油) 、人工撒料方法进行养护,结果破坏了原路面的平整度,甚至由于喷油不够,用油量控制不严,造成泛油、推油、松散等病害。 其他方面原因a .未严格按基本建设程序办事,前期工作滞后,路面设计方案研究、试验不够。b.未实行招标;一些无路面施工经验、无路面设备和技术力量的施工队 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸伍承担路面施工;监理有职无权,无法严格监理。不按施工技术规范要求施工,赶工期,搞献礼工程。c.施工技术管理、质量管理不严。沥青路面的早期破坏是指沥青路面在设计寿命期的前1/4至1/3
34、期间, 所发生的过早的各种形式的路面破坏。一般早期破坏的现象有: 车辙、波浪、雍包、裂缝、松散等。据有关资料显示, 一些新建和改建的沥青路面使用不到一年就开始大面积破坏, 使用三五年就开始明显破坏, 特别是近年来随着公路事业的迅猛发展, 交通量迅速增长,载重车辆比例增加, 尤其是车辆超载现象严重, 致使一些路面使用质量和寿命达不到应有的设计水平。沥青路面的早期破坏影响了公路的交通运输, 造成了巨大的经济损失, 因此对沥青路面早期破坏的原因进行研究具有重要意义。1.2.5 路基方面的原因调查发现,不少沥青路面的早期破坏与路基施工质量有关,包括路基填筑压实度不足、软弱地基处治不当和路基拓宽新旧路基
35、结合面处理不当等引起的路堤不均匀沉降等都会导致路面的过早破坏。尤其是软土地基地段,过大的工后沉降往往是路面早期破坏的主要原因。1.2.6 外部作用1) 交通量大、重车多、超载现象严重。交通部试验结果表明,车辆在 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸超载100 %时通过沥青路面1 次,相当于标准车辆通过256 次,载重10t的货车超载1 倍,对公路的破坏力相当于正常载重时的16 倍;超载2 倍,对公路的破坏力增加80倍。1 条设计使用15 年的公路,如果行驶车辆超载1 倍,其使用年限将缩短90 % ,只能使用1 年。交通量大、重车多、超载严重是路面产生结构性破坏的直接原因。路面的破坏
36、是一个累积的过程,与作用荷载的强度有直接的关系,超载现象严重缩短了路面的使用年限。2) 全球性气候变暖,特别是持续高温时间过长;3) 水对路面结构的破坏。路面各种裂缝是水渗入路面结构的重要途径,雨水通过裂缝渗入两侧的路面结构层,特别是裂缝附近土基的含水量加大,甚至饱和。其结果是产生两种情况:. 路面强度明显降低,在大量行车荷载作用下,产生冲刷和唧浆现象,在面层与基层之间形成一层软弱夹层。通过路面结构分析,软弱夹层的存在,引起路面计算弯沉和层底弯拉应力迅速增加,在行车荷载的不断作用下,导致路面的疲劳破坏。. 当水进入面层后,基层为不透水层,因此面层与基层形成层间滑动。由于层间条件由层间连续变为层
37、间滑动,层底弯拉应力陡然增大,导致路面破坏。2 路面早期破坏预防措施 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸2.1 原材料的选择2.1.1 沥青沥青是一种感温性很强的粘滞性材料,有机混合物结构组成十分复杂,主要性质表现为粘滞性、感温性,随环境温度的升高而变软,粘滞性降低;反之温度下降时粘滞性增高,但随温度下降逐渐变硬、发脆。在选定沥青混合料配比时,要根据所处地区环境温度的变化选择性能相适应的优质沥青,例如:高温区要选择针入度较小的沥青,低温区要选择针入度较大的沥青,以适应高温稳定性和低温抗裂性的要求;高等级沥青混凝土路面一般根据荷载、当地气温、设计时速选用改性沥青或道路石油沥青;改性
38、沥青也称聚合物改性沥青,以SBS改性沥青最具代表性,一般SBS掺量为3% 6% ,其性能十分优越,具有很好的高温稳定性和低温抗裂性,同时也具有很好的水稳定性,是高等级沥青混凝土路面的首选材料,当然其性能指标必须经过试验确认,沥青是路面结构的重要材料,各项技术指标必须符合现行国家标准规定。2.1.2粗集料粒径在2. 36mm以上的矿料统称为粗集料,粗集料的技术性质分为两类,一类是反映粗集料本身质量的如:强度、密度、压碎值、酸碱性、磨耗磨光值等,另一类是反映加工水平的如:形状、级配、针片状、破碎面比例、棱角性等,高性能沥青混合料要求粗集料坚硬致密、吸水率 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文）
39、用 纸小,加工后表面粗糙,能很好的吸附沥青胶结料,吸附性较差的粗集料可采用部分水泥或消石灰粉作为填料,实验证明,水泥、生石灰或消石灰粉作为部分填料对防止水害增加抗剥离能力大大加强。2.1.3细集料细集料包括天然砂、机制砂、石屑,石屑因为是加工粗集料的副产品,粉尘、水锈、含泥量较高,适当控制用量;一般认为机制砂表面粗糙棱角多与沥青胶结性能较好,所以现在很多地方天然砂受排斥,然而天然砂虽不及机制砂与沥青粘附性好,但天然砂比机制砂和易性好,易于拌和摊铺压实,能降低混合料的空隙率,加入水泥、生石灰或消石灰粉填料后,粘附性能得到有效的改善,理性的做法应该是将机制砂与天然砂混合使用,使其性能优势互补,得到
40、理想的沥青混合料。2.1.4填料填料通常指矿粉,生石灰、消石灰粉和水泥作为抗剥离剂使用,矿粉要求用石灰岩磨制而成,除细度要求外,因要与沥青结合,所以还要求具有憎水性。2.1.5 纤维纤维加入沥青混合料中主要起稳定剂的作用,高温时抵抗塑性变形,低温时增加抗裂能力,纤维一般加入沥青玛蹄脂碎石混合料中,用于路面上面层、桥面涵面铺装等相对弹性较大及特重交通部位。 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸2.2改良沥青混合料配合比结构设计原材料确定以后,沥青混合料的优劣,主要取决于沥青混合料的配合比设计水平。2.2.1骨架密实结构设计理念沥青混合料在自身具备一定承载力的同时,必须具有良好的抵抗自
41、然因素的耐久性,传统的沥青混合料结构设计,一般以矿料的连续级配理论为基准,认为越接近连续级配中值越好,通过钻芯取样可以直观的看出粗集料悬浮在胶结料和小颗粒之中,这种结构称悬浮密实结构,设计理念是混合料易于拌和,和易性好,易于碾压成型,空隙率容易掌握。但是这种结构粗颗粒之间不能直接接触,高温季节抵抗荷载作用的变形能力必然下降,很容易形成车辙,低温时形不成骨架支撑作用,沥青胶结料无限度的收缩,直至开裂。解决这一问题的方法是打破传统的连续级配中值的设计理念,采用骨架密实结构,骨架密实结构的设计理念是矿料颗粒间断级配,使较粗颗粒互相嵌挤搭接,互相支撑,较细颗粒和胶结料填充于骨架空隙中,形成骨架密实结构
42、,使沥青混合料中有足够数量的粗集料形成骨架支撑稳定结构,对防止高温变形减缓车辙有很好的效果,同时因有足够数量的细集料和沥青胶浆填充空隙,形成高密度的内部结构,对减缓老化,防止冬季收缩开裂都有显著的效果,值得注意的是这里所说的足够数量的细集料和沥青胶浆,即:在设计 第 页 共 页毕 业 设 计 （论 文） 用 纸级配时充分考虑细集和沥青胶浆的数量既不能冲开较粗集料的骨架嵌挤状态,又不能少于较粗集料的空隙体积,当最大粒径确定后必须对选用的较粗集料做空隙试验,以精确计算出细集料和沥青胶浆的用量。2.2.2 沥青胶结料含量选择沥青胶结料含量的多少直接影响路面的使用性能,胶结料过多会引起高温稳定性差车辙加剧,胶结料偏少会出现粘结强度不够容易引起路面坑槽,理论最佳胶结料用量应该是胶结料体积等于矿料空隙体积(减去预留空隙率体积) ,实际操作中应略大于理论数量,因为要考虑矿料要吸收一部分沥青。2.2.3 水敏感性雨水或环境水对沥青混合料具有侵蚀剥离作用,设计配合比时尽量考虑掺部分水泥、生石灰或消石灰粉作为填料,增加沥青混合料的抗剥离抗侵蚀能力,除此之外,最有效的方法是使混合料空隙率控制在一定范围内,减少雨水或环境水等
