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摘要：沥青混合料路面具有良好的力学性能、较好的耐久性、抗震性和行车舒适性、噪音小、受地基变形或不均匀沉降适应性强，后期路面维修周期快，适合各种车辆的通行等，因其坚实、耐久、平整、良好的抗滑、防渗、耐疲劳和抗高温变形及抗低温开裂的温度稳定性，在公路工程建设中被广泛采用，但由于多种原因，大多在设计使用年限内出现车辙、泛油、裂缝、坑槽、松散等早期病害现象十分严重。本文就从事多年的沥青路面施工监控经验从直接或间接因素分析其早期损坏产生的典型成因，并从沥青路面设计结构、配合比设计、材料选用、路用性能等采取防治措施要点进行阐述。
关键词：沥青路面 早期典型病害 防治措施
前言：沥青路面具有足够的力学强度和一定的弹性和塑性变形能力，较好的承载能力和耐久性能，行车舒适平稳低噪，不扬尘等优点，但因施工及使用过程中的诸多原因造成路面早期损坏。本文结合深汕西大修、广清高速扩建、西部沿海高速延长线、洪湾互通二期工程等多条高速公路沥青路面成功施工监控经验，对沥青路面产生的典型早期病害原因及其防治措施等要点进行探讨。
一、沥青路面结构类型及早期产生损坏的因素分析
路面基层、底基层普遍采用半刚性基层，半刚性沥青路面具有较小的弯沉和较强的荷载分布能力，有较高的强度和承载均载能力。因其结构的全理性而广泛应用于高等级公路。基层采用水泥稳定粒料，厚度为20㎝～40㎝，通常采用36㎝左右分上下基层施工；底基层采用水泥稳定粒料，一般为20㎝；部分项目如广清高速公路扩建工程推广应用水稳厂拌式碾压混凝土水泥稳定碎石复合式基层等。广东现阶段中、上面层大多采用SBS改性沥青，下面层采用AH-70、50沥青等。以多层体系弹性理论为基础的现行规范计算出的半刚性基层路面沥青结构面层受到的弯拉应力很小，因此得出的路面厚度相对偏小。工程实践证明，如面层不够厚，路表面会很快产生裂缝，初期产生的裂缝对行车无明显影响，但随着表面雨或雪水的浸入，在大量行车荷载反复作用及泵吸效应下，路面强度明显下降，产生冲刷和唧浆，使裂缝两侧的沥青路面碎裂，加速沥青路面的损坏。故沥青面层厚度设计均考虑到集料最大粒径与结构层厚的合理性。但通车后往往达不到预期效果，其主要影响原因为：
1、路基施工质量过差：主要表现在土质强度和压实度缺陷这两方面。路床填土质量差，CBR值偏低达不到规范要求，使用高液限土及塑性指数大于26的土，含水率高、松铺超厚，最大干密度造假、软基处理乏力及桥涵台土后沉降等。通病为真实压实度与规范值相差较远上。人为降低最大干密度进行施工压实度控制是造成实际压实度远远低于规范原因如降低最大干密度控制96区的压实度数据上达到96%，但真实压实度很低（具体数据分析见表1）。粗劣路基施工质量是导致路面早期损坏的主要成因之一。
表1 降低土实际最大干密度进行压实度控制压实度与真实压实度对比
2、基层等施工质量较差的影响
1）稳定粒料底基层、基层施工质量较差，表现为原材料质量较差，集料强度不足，承载力低，稳定剂（水泥）用量少，结构层厚度偏薄等。表现在稳定剂（水泥）用量偏少上，导致强度和刚度达不到设计要求，致使路面层在重载反复作用下基层易变形开裂并逐渐扩展到沥青面层的损坏。
2）上、下基层施工节点控制不严。为追求进度上、下基层同步施工，下基层施工后，马上进行上基层施工，下基层混合料处于初凝或终凝状态强度较低，如立即在其上进行上基层的摊铺和振动碾压，下基层完全损坏丧失应有功能。
3）水稳基层配合比设计不合理。设计未考虑＜0.075mm颗粒用量影响，＜0.075颗粒较多时，层间结构中水在车辆的泵吸作用下，底基层、基层混合料中的细料被层间水冲刷，细料被水带走，导致基层松散，强度降低而开裂损坏。
二、沥青路面原材料影响及防治措施
1、沥青：沥青混合料是由沥青胶浆及骨料两部分组成，胶浆占比不大，但对路用性能起到重要的作用。沥青路面的病害主要是由于沥青结合料性质较差引起的，故沥青的性能对沥青路面路用性能影响较大。
沥青检验指标单一、技术标准偏低、沥青检测体系更新滞后、沥青品种良莠不齐，常规指标相近的沥青经深度老化性能相差甚远等，现有技术指标很多情况下已不能对沥青质量好坏进行评估，沥青品质优劣不能有效区分，大量质量较差的沥青因价低中标被广泛使用；加上质量检验把关不严，未对每车沥青从源头上全过程跟踪和跟进检验；部分项目沥青增加高温稳定性PG分级指标，因检测成本较高只能实现个别车次的检验等。
沥青标号选用按公路等级、气候条件、交通条件、类型及层位及受力等经技术论证后确定。高温持续时间长，重载交通的路面，汽车荷载剪应力大的层次，宜采用稠度大的沥青。软化点通常作为评价沥青高温性能的指标，但软化点较高的重交沥青如用60℃粘度或车辙因子（SHRP指标）进行评价，则不同的重交沥青在60 ℃粘度或车辙因子的结果有很大差别，其相应的混合料车辙试验结果也与60℃粘度及车辙因子有更好的相关性，因此在采用软化点作为控制沥青高温性能的关键指标同时，还应附加PG等级指标控制。
沥青规范传统方法按粘度和针入度分级，可能把具有不同温度和性能特点的沥青划分为同一等级。而美国superpave技术是沥青胶结料采用PG等级评定沥青，选择沥青时可直接根据当地的气候和交通量来全面选择具有可靠度的沥青。AH-70沥青PG高温分级60－70之间，广东一般采用PG70以上。根据PG分级或车辙试验结果准确评价SBS改性沥青的路用高温抗车辙进行评价，广东部分项目路面使用PG76-22的SBS改性沥青如西部沿海高速支线延长线（埃索SBS（I-D）改性沥青），路面通车二年多依然保持良好的使用状态。在改性沥青质量控制指标上，应重点评价老化后延度，控制老化后延度，可以限制厂家减少SBS的掺量。为保证改性沥青的路用性能，应控制改性沥青离析试验指标。要求135℃粘度不小于2Pa.S，以防止厂家加入过多稳定剂使改性沥青胶凝导致路面压不实，与石料粘附性差等。
2、集料：沥青面层直接承受车轮荷载和大气作用，选用原材料应具有优良的性能，集料应具有坚实、耐久、抗滑、抗车辙、抗裂、抗水损害等性能。成品混合料的离析与所使用的粗、细集料的稳定性有很大的关系。矿料级配的变异直接影响混合料级配，造成混合料的稳定性、均匀性、施工和易性波动，易产生离析导致路用性能变差等。
粗集料母岩应根据当地地材条件选用。上面层应选用优质碱、中性玄武岩、辉绿岩、闪长岩等，中下面层可选酸性花岗岩类。集料的加工应选用鄂式破碎机-圆锥式破碎机-反击式破碎机（或整型机）三级破碎方式。生产时反击破碎的振动筛采用真空吸尘装置，有条件采用水洗法。反击破板锤应该在连续生产松方20000m3更换一次方向，40000 m3更换一套板锤，100000 m3更换一套反击板。
集料加工的关键技术是准确选定筛孔组合和准确调试反击板与板锤之间的间隙。目前存在问题是：a、集料加工筛孔规格随意调整，集料加工合格率低；b、破碎机反击板与板锤之间的间隙未按要求调试到位；c、集料中＜0.075mm颗粒含量控制措施不到位；d、集料规格稳定性控制乏力，验收不严或根本不验收，导致集料级配变异性较大，造成混合料的级配变异性较大，路面离析现象严重及混合料级配及路用性能变差等。故原材料必须出自固定料场和固定的加工机械和工艺。原材料的堆放要层层堆码，减少骨料搬移产生离析。料场要有良好的硬化和排水设施，分区堆放。
1）粗集料：除石料本身的特性，压碎值、磨光值、针片状、＜0.075mm颗粒含量、软石含量等满足要求外，更重要的是与沥青的粘附性要求。在粘附性不符合要求时，宜掺加消石灰、水泥、抗剥落剂等措施取得良好的沥青混合料的水稳定性，但其掺量不得超过矿料用量的2%。
2）细集料：主要检验砂当量、棱角性、亚甲蓝值等指标。细集料的主要指标应确保含泥量符合规范要求。细集料母岩应采用石灰岩加工，中上面层宜用机制砂，以确保沥青混合料胶结料的质量。
3）填料：主要采用矿粉和部分水泥代替。矿粉应采用石灰岩加工，矿粉除满足规范要求外，应该严格控制原材料的质量。
三、沥青混合料类型及配合比设计的影响
1）沥青混合料类型的选择
配合比设计应根据结构层次综合考虑功能性要求，上面层重点考虑抗车辙、抗滑、水稳定兼顾密水性能；中面层重点考虑密水、水稳定、抗车辙、抗裂兼顾耐疲劳性能；下面层重点考虑耐疲劳、密水、抗裂兼顾抗车辙性能。上面层常采用防滑性能好AC粗型密级配（寒区）、广东采用较粗改良型GAC（热区，详见图）等；中、下面层采用空隙率小、密水性好连续密级配沥青混凝土AC型（广东改良GAC）。为保证抗滑性能，上面层设计空隙率较大，下雨后，水分易渗入面层，如中、下面层比较密实，水分聚集在上、中面层之间，使上面层长期浸泡在水中，导致路面松散、坑洞等破坏；反之，水分会直接渗入基层、底基层，如基层、底基层长期浸泡在水中，会发生松散、唧浆，从而导致整个路面结构损坏。
效果较好洪湾枢纽互通立交二期工程GAC-16C上面层生产配合比（4#仓（12~18mm）：3#仓（7~12mm）：2#仓（4~7mm）：1#仓（0~4mm）：矿粉：水泥=37：27：7：25：2.5：1.5）矿料合成级配图：
2）配合比设计的方法
配合比设计普遍采用马歇尔法，根据击实成型试件的密度、空隙率、饱和度、稳定度、流值等指标，综合确定最佳沥青用量，属体积设计法。但没有模拟实际路面成型时混合料压实状态，马歇尔稳定度和流值与混合料的实际路用性能相关性不大，仅是一种经验性指标，马歇尔试验击实功也仅与轮胎触地压强为0.7Mpa相对应，传统的马歇尔设计法已经不能满足现代重载交通条件下的沥青混合料设计要求，不能精确地判断不同交通量对沥青混合料的技术指标要求，也不能很好地进行级配优化。而Superpave试验法是建立在路用性能上的试验方法，是通过路面模型方法来判断路面性能。合理配合比设计应结合马歇尔击实设计法和SUPERPAVE混合料设计方法，目标配合比除满足马歇尔试验各项技术指标要求外，同时要满足SUPERPAVE某些指标。
3）沥青混合料矿料合成级配的优化
矿料级配应考虑到气候因素、沥青混合料类型及公路等级等进行合理优选。一般以级配范围中值为基准，在寒区应考虑路面的耐久性和低温抗裂性能，要尽可能使用粘稠度大的沥青，用油量略高于最佳油石比，采用细料级、密级配混合料类型，级配均采用中值偏上走向。热区为提高高温抗车辙能力，应尽量采用粗级配，增加中粗集料数量，减少用油量，采用粘稠度小的沥青（易低温开裂，抗疲劳性能差）。设计时应考虑高温稳定性的同时，对其水稳定性及密水性同样提出严格要求，一般采用中间粒径通过量级配范围中线以下“S” 型走向。注重关键筛孔4.75、0.075通过量的控制。
四、沥青混合料的路用性能影响因素及防治措施
影响沥青混合料路用性能的主要因素：沥青混合料的高温稳定性，低温抗裂性和水稳定性等。
1、高温稳定性影响因素及改善措施：
1）影响沥青混合料高温稳定性的因素：沥青混合料是黏弹性材料，其强度和模量都随着温度的变化而变化。当温度升高时沥青黏滞性降低，矿料之间的黏结力削弱，导致强度降低。高温对混合料变形的影响主要有两部分：一部分是沥青在行车荷载反复作用下进行压密产生压密变形，该变形表现为受荷载部分压密，其余部分不变形；另一部分是因为沥青混合料在高温时，由于不能抵抗车轮荷载反复作用，轮下混合料产生剪切变形，逐渐被挤压到两侧，使两侧的沥青面层鼓起，产生侧向流动，造成车轮轮迹外两侧拥包。主要表现在夏季路面，特别是45℃以上的沥青混凝土路面在车辆荷载的作用下最容易造成车辙。
2）提高高温稳定性的措施
a、沥青路面应采用黏度高、针入度小、软化点比较高、含蜡量低的沥青。在选择沥青时，应充分考虑交通量、轴载、纵坡、面层类型等因素，采用高质量、高粘度的重交通沥青或改性沥青，按照高温、重载、上坡慢速的条件，提高对沥青的高温性能等级的要求。同时加大沥青供应全过程监控管理，确保沥青供应、使用的可追溯性。b、掺加适量外掺剂的改性沥青（比如橡胶、聚合物、树脂等改性剂）。c、在确定中、下面层沥青混合料的沥青用量时，南方高温地区可采用略小于最佳沥青用量的方法来提高高温稳定性。d、粗、细集料应选用与沥青粘附性较好的地材，并严格控制碎石单级配波动、针片状含量和＜0.075mm的粉尘含量。e、选择合理的矿料级配，沥青各面层应选用骨架密实型的“S”型级配。“S”型级配特点是将最粗的粗集料数量及最细的细集料数量均适当减少，使空隙率得到明显改善，同时具有良好的动稳定度。重视混合料粉胶比，粉胶比过大易造成混合料松散。f、合理选择设计空隙率和沥青用量、使沥青混合料满足高温和水稳性的要求，有条件可采用Superpave或CTM法设计沥青混合料。g、采用全自动大型施工设备，减少施工变异性，施工过程中要确保压实度，使用室内马歇密度和最大理论密度来双控压实度和现场空隙率。
2、低温抗裂性：沥青路面在低温条件下其强度与刚度有所增大，但变形能力却下降。广东整体上属于亚热带季风海洋气候，常年湿温多雨且年平均气温较高，故沥青混合料受低温影响产生的损坏较小。
3、水稳定性：沥青混合料在浸水情况下，由于沥青与石料的粘附性降低，导致沥青混合料的物理力学性能降低。当沥青面层各结构层中的水无法排出时，混合料在饱水状态下，受交通荷载和温度胀缩的反复作用，沥青膜逐渐从集料表面剥离，导致集料间的黏结力丧失而发生破坏。主要表现为松散、剥离、坑槽、网裂等现象。故要求沥青混合料在生产过程中选用优质沥青及与沥青粘附性好的岩石并尽量减少碎石粉尘含量，严格控制胶结料的质量，确保混和料的粉胶比，增加沥青膜的厚度，保证沥青路面的耐久性。
五、坑槽及泛油类的病害及预防措施
1、路面坑槽类病害与预防措施
坑槽是沥青路面裂缝、龟裂、松散等病害发展延续的结果，典型病害坑槽：表层损坏类坑槽、结构损坏类坑槽、裂缝唧泥类坑槽、修补不良类坑槽、油蚀类坑槽等。其防治措施如下：
1）选用优质沥青及与沥青粘附性好的碱、中性岩石玄武岩、辉绿岩等，表面层应避免使用粘附性差的酸性花岗岩等，严格控制集料的含泥量及级配的稳定性，尽量不用或限用天然砂，降低细集料中＜0.075mm颗粒含量，中上沥青面层尽量使用机制砂，特别上面层应使用机制砂。
2）拌和能力不足导致摊铺时常停顿，影响路面压实度及平整度。拌和设备陈旧，计量、除尘控制不准确，影响沥青混合料的级配及沥青用量，导致路面性能受影响。
3）摊铺设备陈旧、性能差，导致摊铺离析严重，压实设备性能差、数量少、吨位轻，直接影响压实质量。
4）追求平整度应以压实度满足要求为前提，广东雨水较多，水损害比较突出，故设计时压实度均比规范提高1%，使用空隙率和压实度进行双控，施工完后现场空隙率中，上面层不超过6%，中下面层不超过7%。
5）加强路面排水设计，选用合理的混合料类型，提高沥青路面的密水性，做好路面结构层的内部排水使水得到多渠道有效排出，杜绝在路上对车辆进行维修防止油渍污染造成损害。
2、路面泛油类病害预防措施
典型路面病害泛油：全断面泛油、轮迹带泛油、轮迹带泛油、斑状泛油等，防治措施如下：
1）采用高质量、高粘度的重交通沥青或改性沥青，提高沥青高温性能等级的要求。
2）减少透层油和粘层油对油石比产生的影响，粘层油为流动液体，尽量避免路面出现粘层油聚集导致路面泛油。
3）合理选择设计空隙率和沥青用量，沥青混合料满足高温稳定性及水稳性要求，有条件采用CTM法设计沥青混合料配合比。
六、结束语
沥青路面实际应用中因各种原因而引起其早期病害损坏。为消除沥青路面早期病害过早出现，获得优良的路面质量，确保沥青路面在设计年限内尽可能保持良好的状态，要求施工过程加强路基、基层施工质量的严格控制。加强原材料质量控制、各层间合理的结构类型选择、优化配合比设计、混合料生产过程质量控制、加强沥青面层施工质量的控制等。严格控制矿料级配、沥青混合料施工温度、用油量及碾压工序等。上述措施均能有效预防沥青路面早期病害的产生，路面好的施工质量确保混合料具备优良的路用性能，从而延长道路的使用寿命。
参考文献
1、图纸及设计文件
2、JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范
3、JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程
论文作者:周子凯
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/7
标签：沥青论文; 面层论文; 路面论文; 性能论文; 基层论文; 车辙论文; 病害论文; 《建筑学研究前沿》2018年第17期论文;