高速公路路面早期损坏的原因分析与防治对策 第6页
①. 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。
②. 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
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. 36 e 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 纤文
纤文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,纤文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。
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,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侵蚀的机会,另外,路面摊铺要严格要求保证横坡和平整度,不使路面有积水现象。
2.3 运营文护
目前各地运输能力严重过剩是公路设计建设和运营文护的一大矛盾,运力过剩引发运费低,运费低就必定超载,早期设计的轴载一般为0. 6～0. 9MPa,而实际轴载早已超过了
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