新建高速公路瀝青砼路面早期損壞分析

【摘   要】文章針對新建高速公路瀝青砼路面早期出現的損壞，總結其出現的特征，分析其形成的原因，為尋找防治對策提供依據。
【關鍵詞】高速公路；瀝青；砼路面；損壞；分析

     一、瀝青路面的常規損壞特征及成因

    （一）裂縫。縱向裂縫基本平行于道路中心線，距路邊緣3～5m，有時伴隨有少量支縫。直線形裂縫主要是大荷載重復作用下產生的，呈弧形且兩端向路堤邊緣延伸的裂縫主要是因為路基不均勻沉降而形成的。

　　橫向裂縫近垂直于道路中心線，間距不等，有時伴隨有少量支縫，并逐年增加。瀝青面層的低溫收縮與半剛性基層收縮裂縫的反應是產生橫向裂縫的兩個主要原因。同時，填挖交界的差異沉降會產生呈弧形的橫向裂縫。

　　網裂的初始形態是在沿輪跡帶出現單條或多條平行的縱縫，而后在平行的縱縫間出現橫向或斜向連接縫，形成裂縫網，局部伴隨沉陷、唧漿現象，它是行車荷載反復作用下，局部結構承載能力不足或過量沉降而產生的。

     （二）變形。沉陷指瀝青砼路表面的局部凹陷，它是路基沉降或不均勻沉降變形而造成的，或者由于局部開挖后回填土壓實不足而造成的，伴隨路面的結構形破壞，修補后損壞繼續發展。

　　車轍指輪跡帶上出現的車槽，外因是渠化交通和荷載作用次數增加，內因是瀝青混凝土的高溫穩定性荷抗變能力差而產生橫向剪切流動變形。

　　推擠變形指在車速頻繁變化的路口等處，由于車輛經常剎車和啟動，路面在高溫和較大水平剪力共同作用下產生的變形。

    （三）表面損壞。泛油指瀝青面層中自由瀝青受熱膨脹，由于瀝青混凝土空隙無法容納，瀝青向上遷移到表面的現象，瀝青用量過多、設計空隙率過小、瀝青混合料離析使細料過于集中及瀝青高溫穩定性差是導致泛油的重要原因。泛油發生在天氣炎熱季節，而天氣寒冷季節又不存在可逆過程，影響路面構造深度和抗滑性能。

　　磨光是變面外露的集料顆粒在行車輪胎的摩擦作用下逐漸變光滑的現象。主要原因是在車輪重復作用下，所采用的集料不耐磨而造成。

    二、新型損壞現象及成因

    （一）新型泛油現象。由點狀油斑發展而成的油斑型泛油，多發生載SMA荷開級培瀝青混凝土表面層的路面，可分三級：輕，小油斑直徑1～2㎝零星分布；中，油斑增多增大，直徑1～5㎝不等；重，油斑直徑、面積或密度增大，逐漸連成片。油斑型泛油具有普遍性，廣泛存在于SMA和AK抗滑表面層路面上。它不是由于施工離析原因造成，也不是行駛車輛油料滴落造成。它的成因主要是因為中面層和底面層瀝青結合料削落后，瀝青向上部遷移至表面層，造成中、底面層失去粘結而松散，表面層瀝青富集而泛油。

　　沿車輪跡帶分布的帶狀泛油，拌有少量車轍。它具有普遍性，在渠化交通程度很高的高速公路上，輪跡帶被反復再壓密，產生帶狀泛油現象。帶狀泛油的主要原因：在相對繁重的交通量作用下，瀝青表面層被壓密，空隙充滿瀝青；施工時路面壓實度不足；所采用的集料質量較差或顆粒棱角、形狀、表面紋理較差，礦料骨架在車輛荷載作用下產生位移、再壓密而擠壓瀝青上泛，并伴隨有車轍變形。

    （二）內部松散現象。傳統的松散現象是表面松散現象，是表面瀝青與集料的粘附性不足而造成的，其損壞具有整體性。而內部松散現象指路面各層間脫開，中面層大部分和底面層上部松散。在油斑型泛油處無一例外地伴隨內部松散現象。

    （三）新型泛漿現象。傳統泛漿現象是水從裂縫中緩慢滲出，水和細料在重車荷載作用下從裂縫處泵吸出。新型泛漿現象指強大的有壓水通過瀝青層的空隙，穿透結構完整的瀝青面層，基層頂面的漿液通過相同途徑被擠壓到路表面，泛漿的可能范圍是瀝青路面的所有透水處。

    （四）新型沉陷現象。新型沉陷指基層結合料被不斷溶蝕，并被擠壓到路表面，造成基層頂面不斷脫空，瀝青面層隨著基層材料的流失而沉陷。沉陷增加，變形增大，導致開裂，水進入并惡化，導致沉陷進一步發展。

    （五）瀝青剝落現象。瀝青剝落導致新型泛油、內部松散等病害。瀝青剝落存在必然性，程度不同。路面底面層與堿性集料混合料都有瀝青剝落現象，瀝青混合料空隙率太大，和瀝青粘附性不足也容易造成瀝青剝落，因此混合料組成設計需要平衡空隙率和粘附性的關系。

    （六）坑洞。傳統坑洞是瀝青蝕粘附性不足，由傳統的表面松散現象造成的，坑洞口大底小，發生于表面層的現象。新型坑洞是由于內部松散造成的，與新型泛油有關，坑洞口小底大，發生在瀝青路面底層，然后逐漸向上擴展。

    三、早期水損壞現象及成因

　　水損壞是指瀝青路面在水的作用下，瀝青逐漸喪失與礦料的粘結力，從礦料表面脫落，并在車輛的作用下，瀝青面層呈現松散狀態，以致集料從路面脫落形成坑槽。

    （一）早期水損壞現象表現為松散、坑洞和唧漿。　　松散是指瀝青與集料相互之間喪失粘結而逐漸酥松直到松垮的現象，主要原因是由于瀝青與礦料之間的粘附力不足，在水的作用下，瀝青從礦料表面剝落所致。如果施工過程中混合料加熱溫度過高，致使瀝青瀝青老化失去粘性，也可能導致松散現象。

　　坑洞是指路面局部松散處集料顆粒逐漸流失而形成的坑洞，它是在水的作用下，細集不斷流失而造成的。

　　唧漿是指外界水從裂縫等處滲入，在行車作用下被擠壓，從裂縫處唧出的現象，瀝青路面裂縫、空隙率過大和基層不耐沖刷導致水不斷侵入而造成的。

   （二）水損壞的理論解釋

　　1．集料—瀝青的熱力學粘附值。機械粘附功：5kcal/mol,因溫度變化而異；范德華力：5kcal/mol，因瀝青、集料而異。

　　2．集料—水的熱力學粘附值。氫鍵力：10kcal/mol，與集料性質有關；范德華力：5kcal/mol，因瀝青、集料而異。

　　3．瀝青集料表面的固—液表面能小于固—氣表面能，處于部位潤濕狀態。根據以上分析，集料—瀝青的界面先天就有被集料—水的界面取代的熱力學趨勢；集料—瀝青界面處于部分潤濕狀態客觀上為水提供了取代的空間。研究證明：瀝青對集料顆粒尖銳的棱角很難裹覆，該處瀝青膜非常薄，只有幾個分子大小，水可進入，形成瀝青—礦料—水體系。因此，瀝青混合料易于在水作用下發生剝落。

    （三）水損壞的產生和發展過程。水具有較強的表面張力和濕潤性，通過瀝青的自發乳化作用并穿透瀝青膜侵入集料—瀝青截面，并最終將其取代。水損壞一般是自下而上的過程，即由瀝青層底部逐漸向上擴展，最終貫穿整個瀝青面層造成破壞，與地下水在蒸發壓作用和毛細作用下上升有關。表面滲水也有積聚于瀝青面層底部的趨勢，水損壞在瀝青面層底部發展更為嚴重。水損壞有明顯的自愈能力，因而水損壞具有反復性。

　　水損壞最終發展成為松散和坑洞。

　　瀝青是從面層下部的集料表面剝落后向上遷移的，造成瀝青遷移的原因是車輛—水的綜合作用，一般發生在夏季或雨季，遷移一直發展下去時造成內部松散。

　　高速行車、水和較大空隙相互作用而產生泛油，造成瀝青—集料粘附性不足，瀝青逐漸削離，形成自由瀝青，比重略小于水自然上浮，在輪胎的真空吸力作用下遷移。不均勻是形成斑狀泛油的原因之一。瀝青遷移的同時，造成內部集料松散，降低整體強度，產生裂縫，形成坑洞。不透水基層頂面長期積水形成泛漿，被沖刷脫空。

黃  燦1，趙宏志2，甘永偉3
（1．廣西遠航公路橋梁工程有限公司；2．廣西南寧航務工程處；
3．廣西公路橋梁工程總公司第二工程處，廣西 南寧 530000）