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论沥青路面的强度和稳定性

来源: | 作者:JiaNg | 发布时间: 2023-05-09 | 578 次浏览 | 分享到:
道路的面层是道路的一个重要组成部分,它直接影响公路的行车速度、运输成本、行车安全与舒适程度。沥青路面由于使用了粘结力较强的沥青材料,使矿料之间的粘结力大大加强,从而提高了矿料的强度和稳定性,使路面使用质量大为提高,延长了路面使用寿命。如何保证沥青路面具备必要的强度和稳定性一直是道路建设设计与施工中需要不断研讨的重要课题。


一、关于沥青路面的强度

通常运用库仑理论来分析,即强度形成主要看两个基本参数--材料的内摩阻力和粘结力是否满足要求。要提高它的强度,就要设法提高材料的这两个参数,并从这两个方面采取措施。尺寸大、表面粗、多棱角、颗粒均匀的矿料比尺寸小、表面光滑、颗粒不均的矿料有较高的摩阻力。

沥青的含量过多,沥青对矿料的涂覆层过厚,摩阻力就会减少。在沥青砼材料中掺加一定数量的矿粉,可以提高其粘结力。当沥青路面材料含有水份时,由于水份的表面活性很高,吸附在矿料表面,使沥青与矿粉分离,会造成粘结力降低。

因此,选择合理的骨料尺寸,严格控制油石比,尽量保证粒料干燥是提高强度的有效措施。根据我们的施工经验,沥青面层宜不少于两层铺设,下层采用骨料尺寸相对大一,石粉少一些,油石比相对偏低的配比;上层则采用骨料尺寸、石粉用量适中,油石比相对偏高的配比。

二、关于沥青路面的稳定性

1、沥青路面的高温稳定性沥青路面的重要特点之一是其强度和抵抗变形的能力随着温度的升高而显著降低,能相差几倍甚至几十倍。

在夏季高温时,在阳光下沥青表面的最高温度可达60摄氏度至70摄氏度,这就造成沥青面层材料在高温下的抗压强度和抗弯强度不足。

汽车在启动和制动,特别是在紧急制动时,如在停车场、停车站、交叉口和车辆经常换挡和变速的路段上,就会出现堆积和以车辙、拥包为特征的路面剪切变形,此时,泛油现象也经常出现。

这种病害产生原因的共同之处就是:沥青稠度偏低,用量过多,油石比过大,矿料用量不足。在气温较高和交通繁重的条件下,凡细粒式沥青砼应选用稠度较高的沥青,不宜选用稠度较低的沥青。

为提高沥青混合料的高温稳定性,主要采取三方面的措施:

一是提高材料的摩阻力,具体措施是在混合料中增加粗骨料的含量,保持良好的级配以形成稳定而密实的骨架结构;选用纹理粗糙和棱角多的骨料,也能提高内摩阻力。

二是适当提高沥青稠度。

三是提高沥青与矿粉的粘结力,如在沥青混合料中加入较高活性的石灰石矿料。

另外适当控制沥青用量等也能取得较好的效果。

如果已出现泛油、油包时处理方法为:

根据泛油严重程度撒铺不同粒径和数量的矿料,贯彻先粗后细、少撒、勤撤、撒匀的原则。

对油包则采用加热器烫软或趁气温较高时铲除过高部分,撒少量的石屑或粗砂烫平,如油包过多则应全部铲除重铺面层。

2、沥青路面的低温抗裂稳定性

沥青路面在低温时,它的强度和刚度都提高了,但抵抗变形的能力却大为降低,特别是气温骤降时,面层因受基层和周围材料的约束,不能自由伸缩,于是产生很大的张拉应力,这一应力超过面层材料的许可张拉应力,面层就发生开裂,随着雨水的下渗和车荷载的反复作用,裂缝进一步扩展,形成网裂。

低温的裂缝一般以横缝形成出现,在我国的东北及北方的大部分地区都有较大的普遍性。笔者处在胶东地区,这种现象尤为普遍。

沥青面层材料在不同温度时的许可张拉应力,可由拉伸实验确定,可套用计算公式来求得它的力学计算数据。当然,做低温施工的保护措施也是十分必要的,一般情况下,春季气温低于10摄氏度及秋季低于15摄氏度时,应采用低温施工措施。当气温低于5摄氏度时不得施工。

为了消除和减少路面的低温裂缝,大多采取以下措施:

(1)选用在气温较低时不太脆硬即稠度较高的沥青。

(2)混合料中的沥青含量不宜偏少,适当控制矿粉的含量,矿粉和沥青的比例不宜偏大。

(3)在沥青中掺入橡胶、聚氯乙烯等高分子聚合物,以提高沥青的柔塑性。

3、沥青路面的潮湿稳定性

保持沥青面层良好的使用品质,对水的处置问题最为关键。

大量的工程实践证明,沥青面层的损坏,大半是由水的渗入开始的,对渗入的水未进行有效地控制和处置,最终导致沥青面层的破坏:

(1)沥青面层在水的作用下,使沥青和矿粉分离,还有可能将沥青面层中的某些可溶性化合物冲走,使它们的粘结力大为降低。

(2)由于水份渗入,含水量增加,引起沥青面层体积膨胀,干燥时又收缩,如此一涨一缩,循环交替,因而引起沥青面层开裂。

沥青路面受水渗入后,所产生的病害同路面的密封性和矿料与沥青间的粘附性有着密切关系。为了提高它的潮湿稳定性,最有效的措施是在沥青面层的表面加铺封层并经常维护。同时,在施工中也要严格要求,按照施工规范所要求的碾压次数来进行,力求压实度达到最佳。沥青面层的路拱横坡,一般为1.5%-2.0%;在雨量大的地区,则可采用2.5%。对于已产生水破坏的路面,如已伤及基层,就要连同基层一起铲除,予以修复;如未伤及基层,则可只做面层的修复维护。

4、沥青砼的时间稳定性(耐久性)

沥青面层在使用过程中,它的某些性质会随着时间的变化而不断变化,主要表现在:

(1)沥青中的轻质成分逐渐挥发;

(2)油份、树脂逐渐减少;

(3)沥青炭质相对增多。

这就造成沥青的粘塑性逐渐消失,路面失去光泽,呈现干枯、裂缝、松散现象,造成了沥青路面的“老化”,也就缩短了道路的使用寿命。为了减缓“老化”的现象,沥青的稠度宜低些,沥青用量宜多些,沥青与矿料的粘附性宜好些等。

已老化的路面要根据不同程度的损坏,进行相应的处理:

(1)轻微的麻面宜用人工刷匀沥青或用洒布机喷洒沥青并撤铺粗砂或石屑,控制行车,压实成型;

(2)对已松散的路面,扫出松散矿料,重铺面层或对封层进行处理;

(3)倘若路面已破坏,已涉及基层造成病害,则应先开挖处理基层后再铺面层。

以上初步探讨了沥青路面在高温、低温、潮湿、时间等四个方面的稳定性,并提出了相应改善的途径和措施。从中也可以看出,各项稳定性对于材料的要求并不是完全一致的,有时甚至会出现相互矛盾的情况,如为了提高它的高温稳定性,易采用稠度高、用量少的沥青;而为了保证它的低温稳定性,又易采用稠度低、且沥青含量又不宜偏少的混合料等。这就要求设计、施工单位要根据当地条件,综合考虑优选配比。


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