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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。 通过路面结构设计和厚度计算可以满足沥青路面强度和承载能力要求,基本解决荷载型裂缝产生的问题。对于如何避免或减轻非荷载型裂缝的产生,应从设计与施工两个方面来进行考虑。
(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
在进行半刚性路面设计时,在稳定度满足要求的前提下,优先选用针入度较大的沥青做沥青面层。沥青面层采用密实型沥青混凝土。采用合适的沥青面层厚度,确保半刚性基层在使用期间一般不会产生干缩裂缝和温缩裂缝。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。
1、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。 车辙属变形类,是指路面上沿行车轮迹产生的纵向带状凹槽,深度1.5cm以上。车辙是在行车荷载重复作用下,路面产生永久性变形积累形成的带状凹槽。车辙降低了路面平整度,当车辙达到一定深度时,由于辙槽内积水,极易发生汽车飘滑而导致交通事故。产生车辙的原因主要是由于设计不合理以及车辆严重超载导致的。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。
2、推移拥包
主要是由于沥青混合料路面在水平荷载作用下抗剪强度不足所引起的。导致此类沥青混合料抗剪强度不足的内在原因主要有:混合料用油量过大,细集料或填料过多,沥青标号选择不合适,在沥青混合料铺筑之前表面平整度差,上下层间光滑接触,无层间黏结力等,实际的原因则是其中一种或数种原因的共同作用。其外界原因可能是夏季高温时间长、交通量大、车速慢,特别是刹车较多的路段,易产生推移、拥包等。 3、泛油
泛油是指沥青混合料内部多余的沥青在车辆荷载作用下向沥青路面表面迁移的结果。泛油的主要原因是沥青用量过大或压实沥青混合料的残留空隙率太小。
4、裂缝
沥青路面开裂的主要原因可分为两大类: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。另一种主要是由于沥青面层温度变化而产生的温度裂缝,包括低温收缩裂缝和疲劳裂缝,一般称之为非荷载型裂缝。
非荷载型裂缝
横向收缩裂缝 位于路面面层的沥青混合料结构层,直接受到气温变化的影响,待温度应力积累到超过沥青混合料的极限抗拉强度时,路面就将出现裂缝,以便将应力释放出去。另外,接近表面的沥青比内部沥青更易老化。沥青混合料的极限拉伸应变小,应力松驰性变差,也是容易产生裂缝的一个重要因素。沥青材料在较高温度条件下,具有良好的应力松驰性能,温度升降产生的变形不致于产生过大的温度应力,但当气温大幅度下降时,沥青材料逐渐发硬并开始收缩。由于沥青路面宽度有限,收缩受路面结构的相互约束小,所以低温裂缝主要是横向的。
温度疲劳裂缝 产生低温裂缝的是沥青混凝土层,这种裂缝主要发生在日温差大的地区。由于温度反复升降导致沥青面层温度应力疲劳,使沥青混合料的极限拉伸应变(或劲度模量)变小,加上沥青的老化使沥青劲度增高,应力松驰性能降低,最终达到极限抗拉强度使路面产生裂缝。
反射裂缝 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。那就是由于水泥、石灰、粉煤灰稳定类的半刚性基层的收缩中,或者已经开裂了的半刚性基层在裂缝部位的应力集中与沥青面层的低温收缩、荷载作用产生的综合作用,使温度裂缝较多地产生。这些裂缝实际上是温缩裂缝和半刚性基层收缩裂缝的反射裂缝的反射性裂缝的综合裂缝。
(1)半刚性路面的反射裂缝和对应裂缝
冬季或在寒冷地区,在结合得好的沥青面层下,开裂的半刚性基层的水平位移使得直接在裂缝上的面层内产生大的拉应力或拉应变,由于在较低温度下沥青面层通常较硬,它只能承受小的拉应力或拉应变,因此容易被拉裂,并且裂缝的扩展途径是由下至上的。沥青面层的厚度愈薄,反射裂缝形成的愈早和愈多。
(2)由半刚性基层干缩开裂引起的反射裂缝或对应裂缝
对于新铺的半刚性基层,随着混合料中水分的减少,要产生干缩和干缩应力;水分减少得愈多愈快,产生的干缩应力和干缩应变就愈大。在已经产生干缩裂缝的半刚性基层上铺筑沥青面层,在较薄沥青面层的情况下,半刚性基层的裂缝会由于温度应力而使面层底部先开裂,并较快形成反射裂缝。
冻缩裂缝
冻缩裂缝主要是路基冻胀及收缩产生的开裂。这种裂缝在路面与路肩交界处最常见。
影响沥青混合料低温抗裂性的因素 影响沥青混合料低温抗裂性的主要因素有:材料特性如沥青的感温性、感时性、老化性能等,路面结构几何尺寸如面层的厚度等,气温等环境因素如温差等。
荷载型裂缝
(1)沥青路面的结构性破坏裂缝主要是由于行车荷载引起的。在车轮荷载作用下,大于半刚性基层材料的抗拉强度时,半刚性基层的底部就会很快开裂。在行车荷载的反复作用下,底部的裂缝会逐渐扩展到上部,并使沥青面层也产生开裂破坏。影响拉应力主要因素有面层的厚度、基层本身的厚度、基层的回弹模量和下承层的回弹模量。选取不同的沥青面层厚度和半刚性基层厚度,通过试验得出半刚性基层底部的拉应力与半刚性材料回弹模量间的关系曲线。
(2)在半刚性基层下采用半刚性材料做底基层,可使基层底面由行车荷载产生的拉应力明显减小,甚至还小于半刚性底基层底面产生的拉应力,这对半刚性基层承受行车荷载的反复作用是十分有利的。
裂缝产生因素有:1、沥青和沥青结合料的性质是影响沥青路面温度开裂的最主要原因。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。 2、基层材料的性质基层材料的收缩性愈小,面层裂缝愈少。基层上有透层油以加强与面层的粘结对抗开裂是有好处的,基层材料种类对沥青面层的裂缝率有明显影响。 3、气候条件 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。地基处理不当,路基碾压不均匀,造成路基沉降不均匀。 3、交通量和车辆类型 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。 4、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。 施工因素主要指半刚性基层材料的碾压含水量,半刚性基层完成后的暴晒时间等因素。
5、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。
6、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。脱皮(松散类)沥青路面脱皮是指路面面层层状脱落,面积0.1 ㎡以上。导致沥青路面脱皮主要是因为水损害。
7、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。
8、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。
彩色沥青路面
彩色沥青路面在国外已较多地应用到城市道路中,起到美化城市和诱导交通的作用,但在中国道路上应用尚少,彩色沥青混凝土是由脱色沥青、有色石料、色料和添加剂等材料组成,彩色沥青混凝土面层施工工艺为。原材料质量控制是保证彩色沥青混凝土面层施工质量的前提,每一批原材料进场必须按品种、规格分别取样试验,严禁不合格原材料进入施工流程;彩色沥青施工的关键在于原材料的选用和配合比的设计,其施工关键工序在于拌和与碾压,也就是说拌和时间控制色粉投入量和拌和次序、时间。碾压时做到快捷;本工程采用脱色沥青、色料和本地区集料,通过掺入抗剥落剂来提高本地酸性集料和沥青的粘附性,采用水泥代替矿粉提高了沥青混合料水稳性等技术措施,成功地配制出彩色沥青混凝土,为今后本地区彩色沥青铺面的施工积累了经验。
改性沥青路面
为了提高公路的使用年限,预防路面早期破坏,表面层施工引入了改性沥青工艺,以迎合交通量的迅速增长、车量大型化和严重超载问题的严峻考验。在中国广泛推广的改性沥青主要是掺加SBS改性剂或SBR改性剂,改性后沥青在物理性能方面得到提高,主要表现在软化点、针入度、脆点、延度等方面都得到改善。
改性沥青路面的原料通常选择坚硬、粗糙有棱角的优质石料,而花岗岩、石英岩、玄武岩等具备这些性质,但这些石料中往往属于酸性石料。沥青中含有沥青酸、沥青酸酐等,粘附性往往难以满足要求,为了增强沥青与集料的粘附性,在基质沥青中掺加SBS改性剂,就能满足粘附性的要求。在路面施工中,为了进一步提高改性沥青的粘附性,在改性沥青中还掺加了抗剥落剂。在填料中掺加水泥、生石灰粉等代替矿粉,增加沥青与石料的粘附性,大大的提高了沥青混合料的水稳性。
改性沥青的粘度较高,施工难度大,与常规沥青路面施工工艺存在较大差异,但施工实践表明,只要严格控制混合料的材料、配合比、拌和、摊铺和碾压等关键工序的质量,改性沥青路面的路用性能可以得到充分的保障。改性沥青混合料的出料温度高,一般取出料温度170℃~180℃,因此矿料的加热温度宜取180℃~190℃。改性沥青混合料的拌和时间应适当延长。一般拌和时间应大于45s,其中含3~5s的干拌,以确保矿粉吸油的均匀性。拌和时间是否足够,拌和方法是否正确,是生产优质沥青混合料的关键环节,质量均匀的混合料表现为所有的集料颗粒完全均匀地被沥青膜裹覆,沥青均匀分布于整个混合料,以无花白石子、无沥青团块,乌黑发亮为宜。
1、原因分析: 1.1 项目管理原因:产生沥青路面不平整,工程项目管理水平对沥青路面平整度的影响较大,施工人员(包括施工管理人员、施工班组、施工工人)的素质,工程质量管理制度和质量保证体系,执行程序能...
模板一般算两个侧面
你可以看一下工料机分析
首先是沥青施工原材料的选用。第一,沥青材料的选用。在道路施工过程中,沥青材料的选用一定要根据道路所在地区的地形、气候、人口数量等因素,综合各种因素选用合适的沥青材料;第二,粗集料的选用。在道路沥青路面施工的过程中,粗集料的选用应该严格按照《城镇道路工程施工与质量验收规范》(JTGF40-2004)的相关规定进行选取。在选取粗集料的时候一定要保证材料的清洁、干净、干燥,保证材料具有更大的强度和抗磨损能力;第三,细集料的选用。沥青细集料的选取一定要严格按照《城镇道路工程施工与质量验收规范》(CJJ1—2008)的相关规定,保证材料的干净、无杂质;第四,沥青路面填料的选用。在填料的选用中要把石灰岩的矿粉作为首选,在利用之前应该取出里面的泥土杂质清除,保证干净。
沥青混合料匹配与搅拌的技术分析。
在沥青路面施工过程中,沥青混合材料的重要性能主要包括:水稳定性、抗疲劳性、高温稳定性和耐久性。在沥青混合料的配比中,为了能够增加沥青的高温稳定性,就要增加集料的颗粒,减少油的使用量,但是颗粒大了容易造成路面出现裂缝的现象,耐久性差;要进一步克服裂缝的问题,就必须使用用量较多、针入度比较大的沥青加之比较细的混合料,但是同时在高温时节也会出现车辙问题;为了保证沥青路面的粗糙程度,要采用抗滑性能比较好的沥青;为了保证沥青路面的耐久性,还要根据路面施工地区的气候、温度、地形等情况来确定沥青的配合比例。
在热拌沥青混合料的配比过程中一般包括三个主要方面:目标配合比设计、生产配合比设计以及生产配合比验证。在热拌沥青混合料的过程中一定要选取和技术规范相符合的材料,充分利用以往道路施工的经验,通过相应的配合比例设计出沥青混合料的用量和材料品种,保证混合料的配比质量。同时,配合比设计的每个阶段都要进行马歇尔试验,根据《公路沥青路面施工技术规范》的相应规范进行比例设定,在设定过程中,对每台沥青混合料拌和机,都要严格按目标配合比设计、生产配合比设计和试拌试铺配合比调整等三个阶段做好沥青混合料配合比的设计工作。
在沥青混合料搅拌的工序中,要注意以下几点:首先,要选择适宜的搅拌场地,一般都是在拌和场进行搅拌;其次,在沥青混合料的配比中,要根据室内的配合比例进行搅拌,保证沥青用量、搅拌时间以及加热温度的适合,从而确保沥青混合料的质量;再次,在沥青混合料搅拌的过程中,一定要根据配料单进料进行搅拌,保证沥青以及各种材料的加热温度,保证搅拌的均匀度,防止花白、成块、粗细分离问题的出现;第四,在搅拌工作完成之后,相关技术人员一定要抽样做沥青混合料、矿料级配组成的沥青用量试验,如果发现沥青混合料与要求不相符合,那么应该及时进行调整,保证混合料的正常使用。
沥青路面混合料组成设计
首先是实验室配合比的有关设计。第一,优化矿质混合料的配合组成设计。在沥青路面施工中,对矿质混合料配合进行相关设计,主要是为了能够选配一个具有足够密实度和内摩阻力的矿质混合料,然后采用级配理论,通过数据分析得出需要的矿质混合料的级配范围。为了应用已有的研究成果和实践经验,通常是采用规范推荐的矿质混合料级配范围来确定;第二,确定出沥青混合料的使用量。如果想得出精确的沥青混合料使用量,可以通过计算得出。通常情况下有两个基本的方法:马歇尔法和维姆法。中国还是采用(JTJ032-94)规定的技术方法,这是在对生产实践和研究成果经验进行总结的结果。
其次,进行沥青生产配合比设计。在目标配合比确定之后。应利用实际砸工的拌和机进行试拌以确定施工配合比。在试验前,首先应该根据相关情况选择振动筛筛号,从而能够使得几个热料仓的材料不会差别太大。比例最大筛孔要确保排出超粒径料,从而能够使最大粒径筛孔通过量符合设计的基本要求。在试验的过程中,相关人员要按试验室配合比设计的冷料比例,进而进行筛选,选择出与试验室配合比设计一样进行矿料级配计算,从而得出最佳油石比,供试拌试铺使用。
沥青混合料配比搅拌之后,下一道工序就是进行沥青混合料的摊铺工作。在这个环节中,要注意以下几个重要的方面:首先,在进行路面沥青摊铺之前,一定要清除路面基层上的杂物,保证路面基层的干燥、干净。同时,要保证基层路面密实度、厚度的合理性,为沥青摊铺工作奠定重要的前提基础。在基本路面的整理中,要及时休整基层路面存在的坑槽、松散等问题;其次,进行粘层、透层沥青的浇洒工作。在施工过程中,为了能够更好地保证基层和面层粘结好,在面层铺筑工作的5-8个小时之前,要用1.0-1.2kg/m2的沥青量对基层表面进行浇注,这样就有利于面层和基层的相互粘合。如果路面的基层是水泥混凝土路面或者是陈旧的沥青路面,为了保证面层和基层的粘合,要在旧路面上喷洒一层粘度比较大的沥青;第三个步骤是摊铺沥青混合料。在沥青混合料的摊铺过程中,沥青混合料摊铺机摊铺的过程是自动倾卸汽车将沥青混合料卸到摊铺机料斗后,然后根据沥青路面的基本情况,通过链式传送器将混合料往后传到螺旋摊铺器,随着摊铺机不断往前移动,螺旋摊铺器即在摊铺带宽度上均匀地摊铺混合料,沥青混合料摊铺之后,然后用振捣器进行振动挤压,最后通过熨平板整平。
沥青混合料进行摊铺工序之后,就进入了压实环节。沥青混合料的压实是沥青路面施工的重要方面,是非常重要的一道工序,在路面压实的过程中,一定要配备充足的大吨位的压实设备,尽量选用当前最为先进的双轮振动压路机。
沥青路面的压实环节一般包括以下几个方面:路面的初压、路面的复压以及路面的终压。首先,路面的初压。初压是路面压实的首要环节,本环节一般是在混合料摊铺之后直接进行的,此时的温度较高,一般先采用振捣器进行振动挤压,振动之后关闭振动装置,进行慢慢的碾压2-3遍,初压环节的温度一般保持在110—140摄氏度之间。所以说,只要吨位比较小的压实设备就能够起到很好的效果。一般情况下,采用6—8吨位的双钢轮压路机就可以。在碾压的过程中,驱动轮要匀速前进,后退的时候要按照前进时候的碾引移动。在沥青路面进行初压的时候,初压后要有相关的技术人员对路面的平整度、路拱进行检查,一旦发现问题要立刻纠正。如果在路面碾压过程中出现推移现象,这个时候可以等到温度变低之后再进行碾压,如出现横向裂纹,应检查原因并及时采取纠正措施。其次,路面的复压。路面的复压是压实环节的重要阶段,通过复压主要是保证沥青混料的稳定成型,所以说,复压环节一般是在高温下并紧跟初压工序之后进行的。通常情况下,路面的复压环节温度应该保持在120—130摄氏度。一般是通过双轮振动压路机进行路面的碾压,在碾压方式上可以采用与初压相同的方法,碾压的次数应该在6次以上,只有这样才能够保证路面的稳固和结实;再次,沥青路面终压。终压是消除轮迹、缺陷和保证面层有较好平整度的最后一步。由于终压要消除复压过程中面层遗留的不平整,又要保证路面的平整度,因此,沥青混合料也需要在较高但又不能过高的碾压温度下结束碾压。终压结束时的温度应该大于90摄氏度。在路面终压的环节里,终压常使用静力双轮压路机并应紧接在复压后进行,碾压遍数为 2 ~3 遍。通过路面初压、复压、终压三个方面的相互结合,进而保证沥青路面的光滑、稳定和厚实,提高了沥青路面的整体质量。
洒布法路面面层施工
用洒布法施工的沥青路面面层有沥青表面处治和沥青贯入式两种,沥青表面处治是用沥青和细料矿料分层铺筑成厚度不超过3cm的薄层路面面层,通常采用层铺法施工,按照洒布沥青及铺撒矿料的层次的多少,可分为单层式、双层式和三层式三种,单层式和双层式为三层式的一部分。
三层式表面处治施工
清理基层,在表面处治施工前,应将路面基层清扫干净,使基层的矿料大部分外露,并保持干燥;若基层整体强度不足时,则应先予以补强。
洒透层(或粘层)沥青,洒布第一层沥青要洒布均匀,当发现洒布沥青后有空白、缺边时,应立即用入工补洒,有积聚时应立即刮除。施工时应采用沥青洒布车喷洒沥青,其洒布长度应与矿料撒布能力相协调。沥青洒布温度应根据施工气温以及沥青标号确定,一般情况下,石油沥青宜为130℃~170℃,煤沥青宜为80℃~120℃,乳化沥青宜在常温下散布。
铺撒第一层矿料:洒布主层沥青后,应立即用矿料撒布机或入工撒布第一层矿料。矿料要撒布均匀,达到全面覆盖一层、厚度一致、矿料不重叠、不露沥青,当局部有缺料或过多处,应适当找补或扫除。
碾压:撒布一段矿料后,用60~80kN双轮压路机碾压。碾压时,应从一侧路缘压向路中,宜碾压3~4遍,其速度开始不宜超过2km/h,以后可适当增加。
洒第二层沥青,撒布第二层矿料,碾压,再洒第三层沥青,撒布第三层矿料,碾压。
初期养护:沥青表面处治后,应进行初期养护。当发现有泛油时,应在泛油部位补撒与最后一层矿料规格相同的嵌缝料并均匀;当有过多的浮动矿料,应扫出路外;当有其它损坏现象时,应及时修补。
贯入式路面施工
沥青贯入式路面属多孔结构,为防止路表水侵入和增强路面的水稳定性,其面层的最上层应撒布封层料或加铺拌和层,而当沥青贯入层作为联结层时,可不撒布表面封层料。沥青贯入式路面适用于二级及二级以下的公路,其厚度宜为4~8cm,但乳化沥青贯入式路面厚度不宜超过5cm,当贯入层上部加铺拌和层的沥青混合料面层时,总厚度宜为6~10cm,其中拌合层的厚度宜为2~4cm。
沥青贯入式路面的施工工艺流程为:清扫基层→洒透层或粘层沥青(乳化沥青贯入式或沥青贯入式厚度小于5cm)→撒主层矿料→碾压→洒布第一遍沥青→撒布第一遍嵌缝料→碾压→洒布第二遍沥青→撒第二遍嵌缝料→碾压→洒布第三遍沥青→撒封层料→碾压→初期养护。
铺筑施工工艺
热拌沥青混合料路面施工可分为沥青混合料的拌制与运输和现场铺筑两阶段。热拌沥青混合料路面完工后待自然冷却,表面温度低于50℃后,方可开放交通。
在拌制沥青混合料之前,应根据确定的配合比进行试样,试拌时对所用的各种矿料及沥青应严格计量,对试样的沥青混合料进行试验以后,即可选定施工配合比。
1.热拌沥青混合料的拌制和运输
(1)沥青混合料必须在沥青搅拌厂(场、站)采用搅拌机拌合。
(2)城市主干路、快速路的沥青混凝土宜采用间歇式(分拌式)搅拌机拌合。
(3)拌制的沥青混合料应均匀一致,无花白料、无结团成块或严重的粗细料分离现象。
(4)为配合大批量生产混合料,宜用大吨位自卸汽车运输。运输时对货厢底板、侧板均匀喷涂一薄层油水(柴油:水为1:3的混合液,注意不得将油聚积在车厢底部。
(5)出厂的沥青混合料应逐车用地磅称重,并测量温度,签发一式三份的运料单。
(6)从搅拌锅往汽车中卸料时,要前后均匀卸料,防止粗细料分离。运输过程中要对沥青混合料加以覆盖。
2.热拌沥青混合料的铺筑
基层准备和放样,铺筑沥青混合料前,应检查确认下层的质量,当下层质量不符合要求,或未按规定洒布透层、粘层沥青或铺热下封层时,不得铺筑沥青面层。为了控制混合料的摊铺厚度,在准备好基层之后,应进行测量放样,即沿路面中心线和四分之一路面宽度处设置样桩,标出混合料松铺厚度。当采用自动调平摊铺机时,应放出引导摊铺机运行走向和标高的控制基准线。
摊铺,热拌沥青混合料应采用机械摊铺,对高速公路和一级公路宜采用两台以上摊铺机联合摊铺,以减少纵向次冷按缝,相邻两台摊铺机纵向相距10~30m,横向应有5~cm宽度摊铺重叠。沥青混合料摊铺机摊铺过程是由自卸汽车将混合料卸在料斗内,经传送器将混合料往后传到螺旋摊铺器,随着摊铺机前进,螺旋摊铺器即在摊铺带宽度上均匀地摊铺混合料,随后捣实,并由摊平板整平。
运料车的运输能力应较主导机械的工作能力稍大。城市主干路、快速路开始摊铺时,等候卸料的车不宜少于5辆。宜采用两台(含两台)以上摊铺机成梯队作业,进行联合摊铺。相邻两幅之间宜重叠5~10cm,前后摊铺机宜相距10~30m,且保持混合料合格温度。摊铺机应具有自动调平、调厚装置,具有足够容量的受料斗和足够的功率可以推动运料车,具有初步振实、熨平装置,摊铺宽度可以调整。城市主干路、快速路施工气温低于10℃时,或其他等级道路施工气温低于5℃时均不宜施工。摊铺沥青混合料应缓慢、均匀、连续不间断。用机械摊铺的混合料,不得用人工修整。
碾压,摊铺后紧跟碾压工序,压实分初压、复压、终压(包括成型)三个阶段。正常施工时碾压温度为110~140℃,且不低于110℃;低温施工碾压温度120~150℃。碾压终了温度不低于65~80℃。碾压速度应慢而均匀。初压时料温较高,不得产生推移、开裂。压路机应从外侧向中心碾压,相邻碾压带重叠1/3~1/2轮宽。碾压时应将驱动轮面向摊铺机。复压采用重型轮胎压路机或振动压路机,不宜少于4-6遍,达到要求的压实度。终压可用重型轮胎压路机或停振的振动压路机,不宜少于2遍,直至无轮迹。在连续摊铺后的碾压中,压路机不得随意停顿。为防止碾轮粘沥青,可将掺洗衣粉的水喷洒碾轮,严禁涂刷柴油。
压路机不得在未碾压成型并冷却的路面上转向、调头或停车等候。也不得在成型路面上停放任何机械设备或车辆,不得散落矿料、油料等杂物,加强成品保护意识。碾压的最终目的是保证压实度和平整度达到规范要求。
压实后的沥青混合料应符合平整度和压实度的要法,因此,沥青混合料每层的碾压成型厚度不应大于10cm,否则应分层摊铺和压实,其碾压过程分为初压、复压和终压三个阶段。初压是在混合料摊铺后较高温度下进行,宜采用60~80kN双轮压路机慢速度均匀碾压2遍,碾压温度应符合施工温度的要求,初压后应检查平整度、路拱必要时应予以适当调整;复压是在初压后,采用重型轮式压路式或振动压路机碾压4~6遍,要达到要求的压实度,并无显著轮迹,因此,复压是达到规定密实度的主要阶段;终压紧接着复压进行,终压选择60~80kN的双轮压路机碾压不少于2遍,并应消除在碾压过程中产生的轮迹和确保路表面的良好平整度。
接缝施工工艺
沥青路面的各种施工,包括纵缝、横缝和新旧路的接缝等处,往往由于压实不足,容易产生台阶、裂缝、松散等质量事故,影响路面的平整度和耐久性。接缝的内容、要求和注意事项如下: 摊铺时采用梯队作业的纵过采用热接缝。施工时应将先铺的已铺混合料留下l0~2Ocm宽度暂时不碾压,作为后摊铺部分的高程基准面。纵缝应在后铺部分摊铺后立即进行碾压,压路机应大部分压在已先铺碾压好的路面上,仅有10~15cm的宽度压在新铺的车道上,然后逐渐移动跨缝碾压以消除缝迹。
摊铺梯队作业时的纵缝应采用热接缝。上下层的纵缝应错开15cm以上。上面层的纵缝宜安排在车道线上。相邻两幅及上下层的横接缝应错位1m以上。中、下层可采用斜接缝,上层可用平接缝。接缝应粘结紧密、压实充分,连接平顺。
半幅施工或与旧沥青路面连接的纵缝,不能采用热接缝时,宜加设挡板或采用切刀切齐。铺另半幅前必须将缝边缘清扫干净,并刷粘层沥青。摊铺时应重叠在已铺层上5~10cm,摊铺后用入工将摊铺在前半幅上面的混合料铲走。碾压时先在已压实的路面上行驶,碾压新铺层10~15cm,然后再逐渐移动跨过纵缝,将纵缝碾压紧密。上下层的纵缝应错开15cm以上。表层的纵缝应顺直,且位于车道的画线位置。
横缝应与路中线垂直。相邻两幅及上下层的横缝应错位lm以上。对高速公路和一级公路、中面层、下面层的横向接缝可斜接,但在上面层应做成垂直的平头缝,即平接。其它等级公路的各层均可斜按。铺筑接缝时,可在已压实的部分上面铺设一些热混合料使之预热软化,以加强新旧混合料的粘结。但在开始碾压前应将预热用的混合料铲除。
斜接缝的搭接长度与厚度有关,宜为0.4~0.8m。搭接处应清扫干净并洒粘层沥青,斜接缝应充分压实并搭接平整。
平接缝应做到紧密粘结,充分压实,连接平顺。接缝处应清扫干净,切齐,边缘涂粘层沥青,并在其压实后用热烙铁烫平,再在缝口涂粘层沥青,撒石粉封口,以防渗水。
周辉(重庆交通学院,重庆400074)
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
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。
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。
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# 0 #
路面透水性* # #
施工性* * *
注)1、#特别重要*比较重要@有影响0无影响
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。
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
便宜,施工简单,只要用它代替一部分矿粉就可以
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
18亿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
得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0.8-1.1(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。
(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
度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.
沥青路面通常用于铺筑路面的面层,它直接受车辆荷载作用和大气因素的影响,同时沥青混合料的物理、力学性质受气候因素与时间因素影响较大,因此为了能使路面给车辆提供稳定、耐久的服务。必须要求沥青路面具有以下几个重要的特征:
1.沥青路面具有高温稳定性。
高温稳定性即沥青路面抵抗流动变形的能力。由于沥青路面的强度与刚度随温度升高而显著下降,为了能够更好地保证沥青路面在高温季节行车荷载反复作用下不致产生诸如波浪、推移、车辙、拥包等病害,沥青路面应具有良好的高温稳定性。
2.沥青路面具有低温抗裂性。
低温抗裂性指的是沥青路面抵抗低温收缩裂缝的能力。由于沥青路面随温度下降,劲度增大,变膨能力降低。在外界荷载作用下,使得—部分应力来不及松弛,应力逐渐累积下来,这些累计应力超过材料抗拉强度时即发生开裂,从而会导致路面的破坏,所以沥青路面在低温时应具有较低劲度和较大的抗变形能力来满足低温抗裂性能。
3.沥青路面具有水稳定性。
水稳定性指的是沥青路面抵抗受水的侵蚀逐渐产生沥青膜剥离、掉粒、松散、坑槽而破坏的能力。这是由于水分的存在一方面降低了沥青本身的粘结力,同时也破坏了沥青路面中沥青与矿料间的粘聚力,从而加速了剥落现象发生,造成了道路的水损害。所以说,沥青路面一定要具有水稳定性,这样才能够保证路面的耐用。
4.沥青路面要具有耐疲劳性。
耐疲劳性指的是沥青路面在反复荷载作用下抵抗破坏的能力。它是由于沥青路面在使用期间经受车轮荷载的反复作用,长期处于应力应变交迭变化状态,致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后,在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力,使路面出现裂纹,产生疲劳断裂破坏,所以,沥青路面应该具有耐疲劳性。
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。
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。
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。
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,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。
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。
路拌沥青碎石混合料路面
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。
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。
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。
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。
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。
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。 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。
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。
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。
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。
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。
沥青路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层组成。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。
面层是直接承受车轮荷载反复作用和自然因素影响的结构层,可由1~3层组成。表面层应根据使用要求设置抗滑耐磨、密实稳定的沥青层;中面层、下面层应根据公路等级、沥青层厚度、气候条件等选择适当的沥青结构层。
基层是设置在面层之下,并与面层一起将车轮荷载的反复作用传布到底基层、垫层、土基,起主要承重作用的层次。基层材料的强度指标应有较高的要求。基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。当基层较厚需分两层施工时,可分别称为上基层、下基层。
底基层是设置在基层之下,并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用,起次要承重作用的层次。底基层材料的强度指标要求可比基层材料略低。底基层视公路等级或交通量的需要可设置一层或两层。底基层较厚需分两层施工时,可分别称为上底基层、下底基层。5)垫层是设置在底基层与土基之间的结构层,起排水、隔水、防冻、防污等作用。
沥青路面是将沥青混凝土加以摊铺、碾压成型而形成的各种类型的路面。沥青混凝土是用具有一定黏度和适当用量的沥青材料与一定级配的矿物集料,经过充分拌合形成的混合物。沥青混凝土作为沥青路面材料,在使用过程中要承受行使车辆荷载的反复作用,以及环境因素的长期影响。所以沥青混凝土在具备一定的承受能力的同时,还必须具备良好的抵抗自然因素作用的耐久性。也就是说,要能表现出足够的高温环境下的稳定性、低温状况下的抗裂性、良好的水稳定性、持久的抗老化性和利于安全的抗滑性等特点,以保证沥青路面良好的服务功能。
沥青混凝土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。有些国家或地区亦有采用或掺用天然沥青拌制的。按所用集料品种不同,可分为碎石的、砾石的、砂质的、矿渣的数类,以碎石采用最为普遍。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。 按混合料最大颗粒尺寸不同,可分为粗粒(35-40毫米以下)、中粒(20-25毫米以下)、细粒(10-15毫米以下)、砂粒 (5-7毫米以下)等数类。按混合料的密实程度不同,可分为密级配、半开级配和开级配等数类,开级配混合料也称沥青碎石。
沥青结合料
沥青结合料是在沥青混合料中起胶结作用的沥青类材料(含添加的外掺剂、改性剂等)的总称。它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。
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 5毫米以上的称作粗集料,5毫米及以下者称为细集料。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。
矿粉
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。
沥青路面公路按照集料和矿粉混合比例的不同,可以分为多碎石沥青混凝土面层(SAC)和沥青玛蹄脂碎石混合料面层(SMA)两种。
多碎石沥青混合料是采用较多的粗碎石形成骨架,沥青砂胶填充骨架中的孔隙并使骨架胶合在一起而形成的沥青混合料形式。具体组成为:粗集料含量69%~78%,矿粉6%~10%,油石比5%左右。经几条高等公路的实践证明,多碎石沥青混凝土面层既能提供较深的表面构造,又具有传统Ⅰ型沥青混凝土那样的较小空隙及较小透水性,同时又具有较好的抗形变能力(动稳定度较高)。
20世纪80年代中期中国开始修筑高等级公路,从沥青面层的结构形式来看:Ⅰ型沥青混凝土,空隙率3%~6%,透水性小,耐久性好,为了解决沥青面层的抗滑性能,多碎石沥青混凝土面层被加以研究和使用。
沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)是一种以沥青、矿粉及纤维稳定剂组成的沥青玛蹄脂结合料,填充于间断级配的矿料骨架中,所形成的骨架密实混合料。SMA是一种间断级配的沥青混合料,5mm以上的粗集料比例高达70%~80%,矿粉的用量达7%~13%。由此形成的间断级配,很少使用细集料;为加入较多的沥青,一方面增加矿粉用量,同时使用纤维作为稳定剂;沥青用量较多,高达6.5%~7%,粘结性要求高,并希望选用针入度小、软化点高、温度稳定性好的沥青。
20世纪60年代的德国交通十分发达,根据德国的气候特点,习惯修筑“浇筑式沥青混凝土”路面。这种结构中沥青含量12%左右,矿粉含量高。使用中发现路面的车辙十分严重,另外当时该国家的汽车为了防滑的需要,经常使用带钉的轮胎,其结果是路面磨耗十分严重(1年可减薄4cm左右)。为了克服日益严重的车辙,减少路面的磨耗,公路工作者对沥青混合料的配合比进行调整,增大粗集料的比例,添加纤维稳定剂,形成了SMA结构的初形。90年代初,美国公路界认为其公路路面质量不如欧洲国家的路面质量好。经考察发现存在两个方面的差距:①在改性沥青的运用上;②在路面的结构形式上(即SMA)。1991、1992年开始加以研究、推广SMA这种结构形式,最典型的是:1995年亚特兰大市为举办奥运会对公路网进行改建和新建,全部采用了SMA这种结构形式做路面。
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。
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。
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。
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1920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。
1、沥青混合料高温稳定性
影响沥青混合料高温稳定性的因素可归纳为内在因素和外部条件。内在因素主要反映在材料本身的质量上,如沥青的用量,沥青的黏度,矿料的级配,矿料的尺寸、形态以及沥青混合料摊铺面积等;而外部条件则主要包括气候条件和交通条件,当外部条件与材料本身的内在因素结合在一起时就会对沥青路面产生综合影响。 沥青混合料高温稳定性的改善措施 由于沥青路面高温稳定性不足出现的车辙不仅影响行车的舒适性和快速性,而且影响行车的安全性。改善沥青混合料的高温稳定性应针对下面这些因素采取相应的措施。
材料方面:
①集料:集料应首选高质量的集料,特别是表面两层沥青混合料,应采用坚硬、表面粗糙、破催、颗粒接近立方体的集料。
②沥青结合料:有关研究认为,就沥青对沥青混合料高温性能的影响来说,沥青含量的影响可能比沥青本身特性的影响更重要,对于细粒式或中粒式密级配沥青混合料,适当减少沥青用量有利于抗车辙,在考虑抗车辙因素时应综合考虑级配、集料对沥青的吸收性、集料与沥青间的粘聚力、混合料的空隙率等。
设计方面:
①级配:集料级配对沥青混合料的高温行能也是一个非常重要的影响因素,较粗的级配有较好的抗车辙能力,但不容易控制,而且级配过粗反而影响其高温稳定性,相比之下,密级配的沥青混合料抗车辙性能较开级配混合料更加稳定一些。
②混合料:在进行混合料设计时,可有意识地按较多的重载车辆、较大的轴载、较高的轮胎气压进行沥青混合料的设计于试验室验证。
③施工:沥青路面施工应针对不同的混合料采用不同的施工方法,除了把握好材料质量关以外,最重要的还有两点:一是施工温度,包括拌和、摊铺温度等;二是压实,碾压次数不能过多或过少,适当的碾压能获得最满意的效果。
2、沥青混合料的低温抗裂性
低温抗裂性是指沥青混合料不出现低温脆化、低温缩裂、温度疲劳等现象,从而导致出现低温裂缝的性能。影响沥青混合料低温抗裂性的因素 影响沥青混合料低温抗裂性的主要因素有:材料特性如沥青的感温性、感时性、老化性能等,路面结构几何尺寸如面层的厚度等,气温等环境因素如温差等。
沥青混合料低温抗裂性的改善措施 混凝土的低温变形能力在很大程度上取决于沥青材料的低温性质、沥青与矿料的粘结强度、级配类型以及沥青混合料的均匀性。应从设计与施工两个方面来进行考虑。
设计方面 :
1、在进行半刚性路面设计时,首先应选用抗冲刷性能好、干缩系数和温缩系数小、抗拉强度高的半刚性材料做基层。
2、选用松弛性能好的优质沥青做沥青面层。在缺少优质沥青的情况下,应采取改善沥青性质的措施。
3、为进一步提高表面层抗温度裂缝性能,可采用橡胶沥青或聚合物沥青在沥青混凝土表面做一封层。
4、设置应力消减的中间层。
施工方面:
1、严格控制半刚性基层施工碾压时的含水量,其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。
2、半刚性基层碾压完成后或最迟在养生结束后应立即用乳化沥青做透层或封层。
3、透层或粘层完成后,应尽快铺筑沥青面层。
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,已引起各国筑路部门的注意和推广使用。 2100433B
沥青路面水损害防治措施
沥青路面水损害破坏是指在沥青路面结构存在水的条件下,经受交通荷载和温度胀缩的反复作用,水分逐渐侵入到沥青与集料的界面上,形成隔离水膜,又由于水动力的物理作用,沥青膜渐渐从集料表面剥离,并导致集料之间的粘结力丧失而发生路面破坏的过程。其破坏特征为:一是水分侵入沥青与集料的界面,以水膜或水气的形式存
沥青路面病害及防治措施
沥青路面的病害成因及防治措施 近年来,为适应社会,经济发展的需要,公路在我国发展迅速。沥青路面因 为具有施工短、行车舒适、适应性强、养护维修方便等优点而被广泛采用。但由 于沥青混凝土材质本身的差异, 以及受设计和施工的影响, 沥青路面常会出现开 裂、泛油、松散、坑槽等病害。这些病害的出现严重影响行车速度、行车安全, 加大汽车磨损,缩短了沥青路面的使用寿命。 常见的病害主要为裂缝、车辙和推移、坑槽和泛油四大类。 一、裂 缝 裂缝病害有纵向裂缝,横向裂缝和网裂三种形式,以下将分别介绍。 (一)纵向裂缝 纵向裂缝一般有两种:一种主要发生在紧急停车带或路肩部位 ,其形状是沿 路肩边缘向内逐步扩大 ,呈月牙形,这种裂缝容易使路基发生滑移, 危险性很大; 另一种是发生在行车道部位 ,多为纵向条带状,裂缝两端未延伸到路堤边缘。 1.纵向裂缝形成的主要原因有以下三个方面 (1) 地基原因。有些路段处于丘陵
沥青路面的功能和作用不言而喻是以满足交通车辆安全、舒适通行为目的的,由于公路是暴露在自然环境条件下的土工工程构造物,因此,沥青路面还需满足并适应自然环境条件。由于时间的推移,行驶在公路上的交通车辆组成不断的在发生变化,人们对沥青路面的功能和作用的要求也在不断变化,因此路面的功能和作用所包含的内涵也是不断发生变化的。我国现行的公路沥青路面设计规范对沥青路面结构设计的目的做出了明确要求,即“路面在设计年限内,满足各级公路相应的承载能力、耐久性、舒适性、安全性的要求”。根据路面的功能和作用,对沥青路面结构的基本要求包括以下几个方面:
强度:公路路面的强度是指路面结构层对于行车和自然因素等作用的抵抗能力即承载能力。在自然因素作用下,要求路面结构不产生过大的变形和发生过渡的磨损、压碎及疲劳等破坏。
稳定性:公路路面的强度经常受到自然气候和水文因素的影响而发生变化,为了保证路面满足交通车辆行驶的需要,要求路面结构在任何气候和水文条件下都必须保持稳定的强度。
平整度:路面越平整,交通车辆行驶时的振动、冲击越小,行车的滚动阻力也越小,这样就能保证交通车辆以较高的车速行驶,并使车辆的损坏减少,燃油和轮胎磨耗降低,行车更舒适。
粗糙度:路面粗糙度的大小关系到行车安全,因此沥青路面必须满足一定的抗滑要求。因此,路面的要求与其相应的功能是统一的。
面层是路面结构层最上面的一个层次,路面的使用品质主要由面层来体现。面层由承重层、磨耗层和保护层组成。承重层承受车轮的垂直荷载作用,是面层中的主要部分磨耗层承受车轮的水平力和吸附作用,也受气温、湿度、雨水等自然因素的影响保护层的主要作用是保护磨耗层,延长磨耗层的使用期限,在新建的路面上还起保护路面下层成型的作用。由于面层是路面结构的表面部分,受车轮的垂直荷载、水平力和吸附作用以及自然因素影响最大,因此一般都用强度高、稳定性好的矿料和结合料来铺筑 。
由于路基路面不是均质体,路面的刚度和重度较路基大,路基工作区的实际深度随路面刚度和厚度的增加而减小。为了便于计算,引入沥青路面当量厚度he。
hi——沥青路面结构的厚度(cm);
Ei——沥青路面结构模量(MPa);
E0——路基顶面的综合模量(MPa)。
沥青路面通常用于铺筑路面的面层,它直接受车辆荷载作沥青路面用和大气因素的影响,同时沥青混合料的物理、力学性质受气候因素与时间因素影响较大,因此为了能使路面给车辆提供稳定、耐久的服务。必须要求沥青路面具有以下几个重要的特征:
1.沥青路面具有高温稳定性:
高温稳定性即沥青路面抵抗流动变形的能力。由于沥青路面的强度与刚度随温度升高而显著下降,为了能够更好地保证沥青路面在高温季节行车荷载反复作用下不致产生诸如波浪、推移、车辙、拥包等病害,沥青路面应具有良好的高温稳定性。
2.沥青路面具有低温抗裂性:
低温抗裂性指的是沥青路面抵抗低温收缩裂缝的能力。由于沥青路面随温度下降,劲度增大,变膨能力降低。在外界荷载作用下,使得—部分应力来不及松弛,应力逐渐累积下来,这些累计应力超过材料抗拉强度时即发生开裂,从而会导致路面的破坏,所以沥青路面在低温时应具有较低劲度和较大的抗变形能力来满足低温抗裂性能。
3.沥青路面具有水稳定性:
水稳定性指的是沥青路面抵抗受水的侵蚀逐渐产生沥青膜剥离、掉粒、松散、坑槽而破坏的能力。这是由于水分的存在一方面降低了沥青本身的粘结力,同时也破坏了沥青路面中沥青与矿料间的粘聚力,从而加速了剥落现象发生,造成了道路的水损害。所以说,沥青路面一定要具有水稳定性,这样才能够保证路面的耐用。
4.沥青路面要具有耐疲劳性:
耐疲劳性指的是沥青路面在反复荷载作用下抵抗破坏的能力。它是由于沥青路面在使用期间经受车轮荷载的反复作用,长期处于应力应变交迭变化状态,致使路面结构强度逐渐下降。当荷载重复作用超过一定次数以后,在荷载作用下路面内产生的应力就会超过强度下降后的结构抗力,使路面出现裂纹,产生疲劳断裂破坏,所以,沥青路面应该具有耐疲劳性。