沥青混凝土路面早期病害的预防措施

摘要: 本文主要从各方面提出了预防沥青混凝土路面产生早期病害的措施。

关键词: 沥青混凝土路面病害预防措施

沥青混凝土路面具有良好的力学性能和较好的耐久性以及行车舒适性, 适合于各种车辆的通行, 并具有坚实、耐久、平整、良好的抗滑、防渗、耐疲劳的性能和抗高温开裂的温度稳定性, 在高速公路建设中被广泛采用, 但由于种种原因, 造成沥青路面早期破坏, 影响了公路的使用性能, 损害了行业形象, 所以分析病害成因并有效地进行防治是十分必要的

1 沥青路面的合理结构设计

设计质量是工程质量的基础和前提, 是很重要的一环。设计单位应从实际出发, 对地形复杂路段, 做好地质调查工作, 精心设计。以投资控制设计、突击赶工设计、与实际脱节的设计等, 将会给工程带来难以弥补的后遗症。

1.1 减薄沥青面层厚度

设计高速公路, 沥青面层厚度大都大于15cm , 只有部分高速公路和试验路沥青面层的厚度为9~12cm 。过去人们一直认为沥青面层的厚度越厚越好, 对防止反身裂缝的产生较为有利。根据有关项目的研究成果表明: ①半刚性基层沥青结构的承载能力可由半刚性材料层( 基层和底基层) 来完成, 主要承重层为半刚性基层, 无需用增厚面层来提高承载力。沥青混凝土面层在正常情况下主要起功能作用, 保证行车平稳、舒适, 并保护基层与延长基层的使用寿命等作用。6~15cm 不同沥青面层厚度的弯沉值没能明显差别。②提高沥青路面的使用质量不是用厚的沥青面层, 而是使用优质的沥青和矿料。③沥青面层的裂缝不只是反射裂缝, 在正常施工情况下主要有沥青面层本身原温缩裂缝。④厚沥青面层的病害中车辙是不容低估的, 厚沥青面层较容易导致在设计使用期间车辙超过容许值。综上所述, 高速公路、一级公路的沥青面层合理厚度可酌情减薄。

2 加强沥青路面的防水设计

为防止沥青路面因水而引发早期破坏, 除要求路基、路面必须具备足够的稳定性和强度外, 还要求路面必须有较好的排水性能。为此, 路面排水设计应成为路面设计中的重要内容。

路面排水可分为路表排水和结构排水, 路表排水是指水沿横坡和路线纵坡所合成的坡度慢流到路基边坡, 然后进入路基边沟, 排出路基之外, 这点在一般路面排水设计中都已考虑到。而路面结构排水更要认真对待:

2.1 设置沥青面层防水层

在沥青面层结构组合设计中, 应将其中一层按密级配( 不透水层) 要求来考虑, 或专门设置一层隔水层来防水, 以减少面层渗水。

2.2 调协沥青下封层

为防止面层渗水滞留在基层表面, 使基层现表面软化, 宜在干净的基层表面上设置一层沥青薄膜下封层, 一方面减少基层直接受到水的冲刷, 另一方面形成一个光滑的界面, 以利于渗入基层的水的排除。

2.3 搞好硬路肩排水设计

设置平路缘石, 硬路肩下设置垫层或横向盲沟, 将路面结构内的水通过路肩排水引出路基之外。

2.4 软地基与高填土路基的横坡排水设计

由于路基沉降作用, 随着时间的推移, 路面也会沉陷, 横坡减小,严重时会出现平坡甚至倒坡现象, 因此可在设计规范的基础上增加0.5~1% 的预拱度, 以低消路面横向联合坡度的损失, 保证路面水能够顺利地向外排泄。

2.5 中央分隔带的排水设计

当有中央分隔带时, 同样也应考虑沿界面水的排出, 弯道处的中央分隔带应设置纵向排水沟, 既排路表水, 又排下渗水。

3 选用合理的基层和底基层结构, 并保证一定厚度

实践证明, 因为半刚性基层材料强度高, 水稳性好, 刚度大,是高等级公路和一般公路的合适基层。依据典型路面结构调查,在潮湿地段和挖方路段, 沥青路面早期破坏比较严重, 这是因为采用石灰土作底基层的原因: ①灰土必须在有空气、有一定湿度的条件下经过一个月左右的养生时间, 板体强度才能逐步形成。

若在灰土铺筑后就立即在基上面铺筑其他结构层, 由于隔断了空气, 灰土强度很难形成。若在过湿条件下, 强度就更难形成。②实践证明, 灰土层并不隔水, 且由于水的作用, 易造成软化、唧浆等情况, 使基层强度降低, 加速沥青面层破坏。为此, 在潮湿路段, 如是填方, 采用砂砾垫层来隔断水, 如是挖方, 则要用水稳性较好的水泥石灰综合稳定土或二灰综合稳定土做垫层。

从典型结构调查来看, 过干或干燥地区, 石灰土底基层的强度和模量高出设计值的2~3 倍, 证明在过干或士燥的地区采用石灰土做底基层是合基层、底基层作为承重层必须保证达到一定厚度, 并满足防冻层的要求。

4 沥青混合料配合比设计的优化

4.1 沥青的选取

沥青是由一些化学成分极其复杂的烃类, 如环烷烃、芳环烃和这此烃类的非金属元素( 氧、氮、硫) 的衍生物等组成。众所周知, 沥青混合料使用性能是受沥青结合料影响的, 沥青质量的优劣与沥青路面的好坏有密切关系, 直接影响到沥青路面的使用性能。由于近十年来公路上的交通量剧增, 一般沥青材料的品质已不能满足更重交通的沥青路面结构的需要。从大量路面结构损坏原因的调查分析来看, 路用沥青品质不良是其主要原因之一。由于有些石油品质及沥青炼制工艺流程的特点, 致使路用沥青大多数含蜡量高, 延度小, 温度敏感性强, 使得许多沥青路面层结构在远小于使用寿命的年限内出现损坏。如果沥青含蜡量高, 就会出现横向裂缝。在给定的温度和加载速率下, 高粘度的沥青会产生劲度高的沥青混合料, 较高的劲度具有较高的抗车辙能力。沥青类型对车辙深度也有很大影响, 使用稠度低、温度敏感性低的沥青可以减少或延缓路面的开裂。

《公路沥青路面施工技术规范》( JTJ032-94) 规定, 凡修筑高速公路及一级公路沥青路面, 必须使用符合重交通道路石油沥青技术要求的沥青。

4.2 混合料配合比的调整

配合比设计中主要是考虑稳定性与耐久性。稳定性包括高温稳定性与低温抗裂性。而耐久性包括抗水剥离性与老化性, 通常以马歇尔试验作为主要的测试手段, 由此来决定矿料级配和沥青用量, 以确保混合料有良好的性质。以下是影响混合料性能的几个主要因素。

在配合比设计中空隙率与稳定度是很得要的指标, 尤其在调整矿料级配时特别重要, 下面着重对它们之间的关系问题进行分析, 提出处理措施。

( 1) 空隙率低, 稳定度也低。可用很多方法来增加空隙率: 调整矿料的级配, 在容许的范围内增加粗集料用量; 减少细集料的用量; 如果沥青混合料的油石比高于正常量而且超出的量不能被矿料吸收时, 油石比可予以适当的降低以增加空隙。如果上述两种方法都不能满足要求时, 应当考虑更换骨料。通常可以增加粗集料, 减少细集料来改善沥青混合料的稳定度和空隙率。

( 2) 空隙率低但稳定度尚能满足要求时, 可能会导致沥青路面出现壅包和泛油等病害, 对此应当对矿料的级配予以适当调整, 增加粗集料用量, 减少细集料用量, 同时应适当降低沥青混合料的油石化。

( 3) 空隙率能满足要求但稳定度低, 说明矿实的质量不好,集料的压碎值和石实的抗压强度太差和细长扁平颗料含量过高,需更换矿料重新进行试验, 直至满足规范要求为此。此外, 还可以考虑采用稠度较高的沥青。

( 4) 空隙率高但稳定度能满足要求时, 因高的空隙率具有较大的渗透性, 雨水和空气可以通过咱表空过路面, 最终导致沥青过早老化, 使沥青路面产生破坏。虽然稳定符合要求, 但仍要调整空隙率, 通常以增加矿粉的用量来达此目的。粗的矿粉更换成细的矿粉, 或调整矿粉的级配同样可以过到此目的。

( 5) 空隙率高稳定度低时, 可以采用两种方法进行改善。第一, 调整矿料的级配或增加沥青的用量; 第二, 如果前述的方法不能满足要求时, 应当考虑更换矿质材料再行配合比设计, 直至满足规范要求为止。

4.3 混合料配合比的最终确定

在我国的现行规范中规定, 确定最佳的沥青用量是找出马歇尔指标均符合要求和共同范围, 尽管马歇尔试验的过程比较精密, 但也不可能排除人为及其他有关的环境、操作等因素, 因此还应参考以前的经验来确定最佳用油量。

通过理论与实路相结合, 确定了配合比最佳用油量后, 便可检验混合料是否具有高温稳定性及耐久性。在做动稳定度试验时, 一定要控制好料温及试件成型温度, 因为它直接影响着结果的真实性。试验若不满足大于800 次/m m 的规范要求, 便需重新调整配合比。如果通过调整配合比仍达不到要求, 则应采取改性沥青等方法。

总之, 高等级公路沥青混凝土配合比设计是一项复杂而细致的工作, 必须严格控制各个环节, 才能得到可靠的配合比。当然,室内配合比还不能作为最终配合比使用, 必须根据拌和设备性能、施工控制精度及材料变异情况进行试拌后进一步调整直至使拌和设备生产出的混合料指标达到规范规定, 方可作为生产配合经使用。

5 精心施工、确保工程质量

沥青路面质量的好坏, 除结构设计、材料组合外, 主要取决于施工。通常说, 工程质量是施工做出来的, 所以施工对工程质量起保证作用。

沥青路面施工必须按全面质量管理的要求, 建立健全有效的质量保证体系, 实行目标管理、工序管理, 明确岗位责任制, 对施工的全过程、各阶段、每道工序的质量进行严格的检查、控制、评定, 以保证达到规定的质量标准。要以分项工程、分部工程、单位工程逐层的质量保证平最终保证建设项目的整体质量。

结合近几年的工程建设中发现的问题, 认为抓好以下工作是搞好工程质量的关健。

5.1 强对原材料的检验工作

材料的质量是沥青路面质量的保证。沥青路面早期破坏, 其中材料不合格是原因之一。

5.1.1 施工开始前及施工过程中, 发现材实来源、规格变化时, 应对材料不合格是原因之一

( 1) 材料的质量是否符合要求, 对质量不合格的材料, 绝不能使用, 并不准运入工地, 已运入工地的, 必须限期清除出场。

( 2) 由于一项工程往往使用多个不同料场或分几次购入材料, 故必须以“ 批”为单位, 每批都要进行检查。

( 3) 材料的数量、供应来源、储存堆放等也要进行检查。

5.1.2 检查方法

( 1) 施工单位质量保证体系必须逐一进行自检。

( 2) 驻地监理工程师在企业自检的基础上, 必须进行抽验。

( 3) 质量监督部门加大监督力度。

5.2 加强沥青混合料材料配比的控制

5.2.1 施工单位自检体系要严格控制材料规格、变化时, 应以对材料的质量进行全面检查

检查的主要内容有:

( 1) 材料的质量是否符合要求, 对质量不合格的材料, 绝不能使用, 并不准运入工地, 已运入工地的, 必须限期清除出场。

( 2) 由于一项工程往往使用多个不同料场或分几次购入材料故必须以“ 批”为单位, 每批都要进行检查。

( 3) 材料的数量、供应来源、储存堆放等也要进行检查。

5.2.2 检查方法

( 1) 施工单位质量保证体系必须逐一进行自检。

( 2) 驻地监理工程师在企业自检的基础上, 必须进行抽验。

( 3) 质量监理部门加大监督力度。

5.3 施工前设备检查

机械设备是保证沥青路面施工质量的又一个重要因素, 特别是沥青混凝土等高级路面, 没有先进的配套的机械设备, 是修不出符合质量标准的路面的。因此在沥青路面施工前, 驻地监理工程师必须对拌和厂、摊铺、压实等施工机械设备的配套情况、性能、计量精度等进行严格检查, 对不符合要求的机械设备, 应责令施工单位限期更换, 直至符合要求后, 才可下达开工令。

5.4 铺筑试验路段

铺筑试验路段的目的, 在于验证施工方案的可行性, 通过铺筑试验路段来修改、充实、完善施工方案和技术练兵, 以利指导生产。

高速公路、一级公路一般在施工前都要铺筑试验路段, 其他等级公路在缺乏施工经验或初次使用较大设备时, 也应铺筑试验路段。驻地监理工程师应监督、检查试验路段的施工质量, 与施工单位商定有关正式工程施工时的技术措施、工期安排和质量保证体系等。

热拌热铺沥青混合料路面试验应解决以下一些问题:

( 1) 确定施工机械设备的型号、数量和组合方式;

( 2) 确定拌和机上料速度、拌和数量、拌和时间、拌和温度等操作工艺;

( 3) 确定透层油的沥青标号、用量、喷洒方式等操作工艺;

( 4) 确定摊铺机的摊铺温度、速度、宽度和自动找平方式等操作工艺;

( 5) 确定压路机的型号、压实顺序、碾压温度、速度和遍数等压实工艺;

( 6) 验证沥青混合料配合比, 提出生产用的矿料配比和沥青用量, 确定混合料的松铺系数、接缝方法等;

( 7) 测定密实度的对比关系( 钻孔法与核子密度仪法对比) ,确定压实标准密度;

( 8) 全面检查材料及施工质量;

( 9) 确定施工产量、作业段长度, 修定施工进度计划;

( 10) 确定施工组织、管理体系、质量自检体系、人员、通讯联络、指挥方式等等。

5.5 加强施工过程中的质量管理与检查

( 1) 施工单位的质量监督检查人员应跟班对施工质量进行自检和对各种施工材料进行抽验。

以沥青混合料拌和厂的拌的温度、均匀性、出厂温度进行检查, 并取样进行马歇尔稳定度试验; 检测混合料的矿料级配和沥青用量, 用于拌和温度过高, 致使沥青老化的沥青混合料, 应予废弃或另作他用。

铺筑现场必须检查混合料质量、施工温度( 摊(铺温度、压实温度) 、沥青层厚度、压实度、平整度。

( 2) 驻地监理工程师应按规定频率进行抽验或旁站检验, 并及时对施工单位自检结果请验报告进行检查签认, 发现异常情况, 应追加试验检查或立即报告。

( 3) 质量监督部门要随机进行中间质量检查、评定, 发布质量动态。

6 加强沥青路面养护

( 1)铺温度、压实温度) 、沥青层厚度、压实度、平整度。

( 2) 驻地监理工程师应按规定频率进行抽验或旁站检验, 并及时对施工单位自检结果请验报告进行检查签认, 发现异常情况, 应追加试验检查或立即报告。

( 3) 质量监督部门要随机进行中间质量检查、评定, 发布质量动态。

由于各种原因所潜伏的路面隐患, 多在竣工后1~2 年内显露出来, 因此应特别重视路面竣工后至交、竣工验收阶段的养护管理, 使路面得到及时养护。

( 1) 要经常保持路面清洁, 无杂物和硬物存于沥青路面上。

( 2) 要疏通排水系统, 特别是雨季到来之前, 以免积水渗入路基路面, 影响路面强度和稳定性。

( 3) 沥青贯入式路面和沥青表面处治, 要加强初期养护, 通过行车反复碾压, 促进油层稳定、成型。

( 4) 要及时养护, 把病害消灭在萌芽期。

( 5) 要讲究养护方法, 沥青混凝土、沥青碎( 砾) 石等路面的养护, 要用拌和好的沥青混合料进行热铺、热压, 及时开放交通,切勿采取喷油、撒料的层铺法养护。

7 提高全员的质量意识, 加强员工的素质培养

( 1) 要提高工程质量, 必须首先解决好认识问题, 并加大落实到全员、全方位、全过程中去的力度, 确实树立“ 百年大计, 质量第一”的思想。决策部门、建设、设计、施工、监理各个部门都要各尽其责, 各把其关。

( 2) 强化质量管理工作, 严格贯彻执行公路工程质量管理办法, 出了问题要追究责任, 严肃处理, 谁负责谁承担。同时要善于总结经验, 吸取教训, 从根本上认识到“ 质量是工程的生命”。