【學(xué)士論文】瀝青路面結(jié)構(gòu)耐久性分析及改善措施

1、瀝青路面結(jié)構(gòu)耐久性分析及改善措施摘要：瀝青路面使用性能和耐久性受多方面因素的影響，故本文對影響瀝青路面耐久性的相關(guān)因素進行了一般性的歸類與分析，重點從瀝青混合料類型、瀝青混合料配合比設(shè)計、瀝青路面的結(jié)構(gòu)形式、瀝青質(zhì)量、施工工藝以及實際交通條件等內(nèi)部因素和外部因素兩方面分析了防治瀝青路面早期病害的對策 ,以提高瀝青路面耐久性。同時針對影響瀝青路面耐久性的相關(guān)因素列舉了一些對提高瀝青路面使用壽命較有效的改善措施，如：對瀝青混合料進行改性處理、優(yōu)化瀝青混合料的配合比設(shè)計等等。關(guān)鍵詞：路面耐久性；疾勞破壞；瀝青改性；影響因素引言瀝青路面以其連續(xù)性好、行車平穩(wěn)舒適、開放交通早及維修方便等優(yōu)點在我國得到廣

2、泛應(yīng)用，但隨著交通流量的增大、車輛的大型化及重載、超載等情況的出現(xiàn)，傳統(tǒng)路面已難負重任，許多公路瀝青路面建成不久，各種病害也隨之而來。同事道路建設(shè)投資規(guī)模巨大，占用材料和土地的數(shù)量多，廢棄的道路短時間內(nèi)很難恢復(fù)或改變。我國尚不夠發(fā)達，從節(jié)約成，本提高經(jīng)濟效益方面考慮，對于瀝青路面的設(shè)計就尤為重要。 而瀝青路面耐久性直接影響瀝青路面的使用壽命及使用性能，是決定瀝青路面工程壽命周期成本的關(guān)鍵因素，故對瀝青耐久性的研究有著重要意義。1 緒論1.1 問題的提出 在高速公路的路面結(jié)構(gòu)中，瀝青路面以其行車平穩(wěn)舒適、連續(xù)性好、噪音小、抗震性好、開放交通早及維修方便等優(yōu)點在我國得到廣泛應(yīng)用。雖然我國瀝青路面修

3、筑水平取得了長足的提高，但是不少高速公路的瀝青路面使用不久就出現(xiàn)了各種早期病害。例如：炎熱夏季在重載作用下形成推擠、擁包、車轍、波浪等永久性變形；在雨季及春融季節(jié)形成松散、坑槽、麻面、剝落等水損壞；路表抗滑性能的迅速下降以及局部龜裂等路面病害都在一些高速公路中陸續(xù)出現(xiàn)。對此，路面使用壽命受到普遍關(guān)注。 隨著公路建設(shè)的發(fā)展，交通量及交通荷載的增加，瀝青路面在車輛荷載作用下的疲勞破壞也成為瀝青路面的主要破壞形式之一。瀝青混合料的疲勞壽命直接影響瀝青路面的使用壽命及使用性能，是決定瀝青路面工程壽命周期成本的關(guān)鍵因素。 瀝青路面應(yīng)具有抵抗溫度，陽光、空氣和水等各種因素綜合作用的能力，即在這些因素作用下

4、路面使用性能不至于很快惡化。當瀝青路面抵抗溫度、陽光、空氣作用的能力較差時，瀝青路面易失去粘性、變脆，在行車荷載和其它因素的作用下混合料內(nèi)聚力消失，乃至于瀝青與礦料脫離，使路面松散破壞。因此，瀝青路面抵抗各種人為或天然因素作用的能力(即抗老化能力)，也是影響瀝青路面使用壽命的重要方面。 瀝青路面的使用壽命取決于瀝青混合料的耐久性，瀝青混合料的耐久性包括瀝青在各種因素交互時作用的抗老化性質(zhì)、混合料的抗水損害能力和汽車荷載及溫度變化反復(fù)作用下的耐疲勞性能。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 第一條用瀝青鋪裝的路面約在公元前600年在巴比倫出現(xiàn)，但這種技藝不久失傳了，一直到19世紀，人

5、們采用瀝青來修路。1835年在巴黎首先用瀝青鋪筑人行道路面，約20年后，巴黎出現(xiàn)了碾壓瀝青路面，后來在全世界獲得了廣泛推廣。中國上海在20世紀20年代開始鋪設(shè)瀝青路面。1949年以后隨著中國自產(chǎn)路用瀝青材料工業(yè)的發(fā)展，瀝青路面已廣泛應(yīng)用于城市道路和公路干線，成為目前中國鋪筑面積最多的一種高級路面對瀝青混合料瀝青路面耐久性的研究始于上世紀，迄今已有半個多世紀，是瀝青路面各種研究中最受關(guān)注、研究投入最多的課題之一。迄今，對瀝青路面耐久性已進行了大量的試驗研究，取得了深入的認識。19871992年期間曾美國開展了公路戰(zhàn)略研究計劃項目，意圖對瀝青和瀝青混合料進行深入研究，以制定與使用性能相關(guān)聯(lián)的瀝青和

6、瀝青混合料技術(shù)規(guī)范。 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 與國外相比，國內(nèi)對瀝青混合料改性技術(shù)的研究起步較晚。 對半剛性瀝青路面而言，基層剛度大，在車輛荷載作用下半剛性材料層是不可壓縮的。因此，通過厚的半剛性材料層作用在土基頂面的壓應(yīng)力很小，不會引起土基的壓應(yīng)變并反應(yīng)到路表面上，當然其前提條件是基層質(zhì)量要好，所以半剛性路面的抗破損能力主要取決于面層結(jié)構(gòu)與材料的合理設(shè)計。然而目前國內(nèi)對瀝青路面的抗破損研究的成效不是很大，這主要是因為大量研究主要集中在面層混合料這方面。因為我國現(xiàn)行路面結(jié)構(gòu)設(shè)計理論是建立在彈性層狀體系理論基礎(chǔ)上采用雙圓垂直均布荷載作用下的多層彈性層狀體系理論，以設(shè)計彎沉值為路面整體剛度的設(shè)計

7、指標，以設(shè)計年限內(nèi)的換算當量軸載作為交通量指標，按照路面損傷等效的原理確定容許彎沉和破壞應(yīng)力，利用疲勞破壞的模式設(shè)計結(jié)構(gòu)層厚度，對瀝青混凝土面層和整體性材料的基層、底基層應(yīng)進行層底拉應(yīng)力的驗算。盡管在混合料設(shè)計上做了很多嘗試，因其設(shè)計理念不是從路面產(chǎn)生破損原因和如何抗破損出發(fā)，為此效果不明顯?；旌狭显O(shè)計很重要，忽視了路面本身的力學(xué)特性而孤立地從材料入手，往往會事倍功半，針對我國半剛性瀝青路面出現(xiàn)的這些問題，并對比國外高速公路路面結(jié)構(gòu)和實際使用情況，應(yīng)從路面受力特點、路面結(jié)構(gòu)等深層次思考如何從路面設(shè)計來認識和解決破損問題，在結(jié)構(gòu)分析設(shè)計的基礎(chǔ)上，配合合理的混合料配合比設(shè)計，才是合理解決路面破損的

8、必經(jīng)之路 。1.3 本課題技術(shù)路線與研究內(nèi)容 1.3.1 主要研究內(nèi)容 隨著經(jīng)濟和交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展，車輛大型化、重載超載、交通大流量及渠化交通等逐漸成為現(xiàn)代交通的必然趨勢和鮮明特點。公路使用條件變得日益苛刻，許多公路瀝青路面建成不久，各種病害也隨之而來，傳統(tǒng)路面已難負重任，開裂、車轍、坑槽及溫縮等早期破壞情況也時有發(fā)生 。瀝青路面耐久性直接影響瀝青路面的使用壽命及使用性能，是決定瀝青路面工程壽命周期成本的關(guān)鍵因素。因而延長使用壽命即提高瀝青混合料的路用性能，提高瀝青路面在其服役期內(nèi)的使用品質(zhì)，顯得尤為重要。本文主要從影響瀝青路面結(jié)構(gòu)耐久性的內(nèi)部及外部兩方面因素進行研究分析，從而總結(jié)出一套對提

9、高瀝青路用性能切實可行的方法。 1.3.2 技術(shù)路線 對于這一課題的研究本文主要通過查閱文獻資料、調(diào)研以及試驗等手段對瀝青路面結(jié)構(gòu)的耐久性進行研究探索。分析了瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計。材料、混合料配合比以及施工過程對路面結(jié)構(gòu)耐久性能的影響。 2 瀝青路面耐久性影響因素2.1 影響瀝青路面耐久性的內(nèi)部因素 材料是影響路面使用性能的重要因素。瀝青路面是由瀝青混合料鋪筑而成的，而瀝青混合料是由瀝青、集料和礦粉以及其他外加劑按一定比例組成的。材料質(zhì)量不理想，達不到要求，瀝青混合料的質(zhì)量也不可能達到要求。瀝青混合料的性能、骨料的質(zhì)量與結(jié)合料粘結(jié)效果都對混合料的性質(zhì)產(chǎn)生極大的影響。 2.1.1 瀝青質(zhì)量 瀝青是由

10、不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色復(fù)雜混合物，呈液態(tài)、半固態(tài)或固態(tài)，是一種防水防潮和防腐的有機膠凝材料。瀝青質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著瀝青路面的使用性能。隨著國民經(jīng)濟和交通運輸?shù)目焖侔l(fā)展，交通大流量、車輛大型化、重載超載及渠化交通等逐漸成為現(xiàn)代交通的鮮明特點和必然趨勢。全球氣候的持續(xù)變暖，公路使用條件變得日益苛刻，一般瀝青材料的品質(zhì)已不能滿足更重交通的瀝青路面結(jié)構(gòu)的需要，從大量路面結(jié)構(gòu)損壞原因的調(diào)查分析來看，路用瀝青品質(zhì)不良是其主要原因之一 。路用瀝青要求做到夏天不軟化，冬天不發(fā)脆，能抵抗水、冰、鹽類的侵蝕和行車的破壞作用。大多瀝青道路往往路面表層結(jié)構(gòu)在遠小于其使用壽命的年限內(nèi)便出現(xiàn)

11、損壞，其原由于國內(nèi)石油品質(zhì)及瀝青煉制工藝流程的特點，含蠟量高、延度小，溫度敏感性強。瀝青粘度低，勁度低，抗車轍能力弱；瀝青含蠟量高，會出現(xiàn)橫向裂縫；溫度敏感性高的瀝青路面易開裂 。 2.1.2 礦料質(zhì)量 在考慮材料對瀝青混合料的影響時，往往比較重視對瀝青的影響，而對集料的影響都重視不夠。而礦料質(zhì)量的好壞是瀝青路面早期破損的重要影響因素。要研究瀝青混合料的性能，礦料質(zhì)量差必然結(jié)果是混合料的質(zhì)量也差，故必要條件是保證集料的質(zhì)量，并結(jié)合考慮對礦料級配的控制 。 集料質(zhì)量差是目前公路建設(shè)中特別嚴重的問題，突出的表現(xiàn)是粉塵多、材料臟、級配不規(guī)格及針片狀顆粒含量高等，經(jīng)常不能達到規(guī)范要求，使用質(zhì)量差的集料

12、，導(dǎo)致實際級配與配合比設(shè)計有很大的差距，離析嚴重，路面容易出現(xiàn)早期病害。故集料要符合下面要求：一是盡量采用粒徑較大、 接近立方形、 有尖銳棱角和粒糙表面的碎石且碎石含量較多的礦料，以加大瀝青混合料的內(nèi)摩阻力，增強礦料顆粒間的嵌鎖作用，阻止顆粒間的相互移動，從而提高瀝青混合料的抗變形能力；二是盡量使用人工砂，控制圓形顆粒的天然砂的使用量。石屑的質(zhì)量必須符合規(guī)范要求，減小含泥量。人工砂具有尖銳棱角、粗糙表面和良好的級配，能增加內(nèi)摩阻力，減少車轍，盡管人工砂有可能是酸性石料，但含粉量很少，與天然砂相比仍具有獨特的優(yōu)勢 ；三是一定量的礦粉可減少起潤滑作用的游離瀝青、減小瀝青膜的厚度、調(diào)整礦料的級配，尤

13、其是滿足 0.075 mm篩孔的良好級配，可改善瀝青混凝土抗剝落能力，增加瀝青膠砂的強度。但礦粉也具有增加混合料的比表面積、增加瀝青用量、減少表面構(gòu)造深度、減少摩擦系數(shù)等缺點，瀝青混合料的穩(wěn)定度偏低，瀝青路面早期的剝落這一現(xiàn)象與碎石的壓碎值、磨耗值不符合規(guī)范要求有較大關(guān)聯(lián)。故實際生產(chǎn)中應(yīng)控制好礦粉與瀝青的用量。 2.1.3 混合料配合比 瀝青混合料配合比設(shè)計結(jié)果對路面性能，材料用量及工程造價有很大影響，是一項非常重要的技術(shù)工作?；旌狭吓浜媳仍O(shè)計中主要是考慮兩方面內(nèi)容：一是穩(wěn)定性（穩(wěn)定性包括高溫穩(wěn)定性與低溫抗裂性）；二是耐久性（耐久性包括抗水剝離性與老化性）。目前高等級公路的瀝青混合料組成設(shè)計國

14、內(nèi)外通常以馬歇爾試驗作為主要測試手段，并通過車轍試驗對抗車轍能力進行輔助性試驗，由此來決定礦料級配和瀝青用量 ,以確?；旌狭嫌辛己玫男再|(zhì)。馬歇爾試驗的優(yōu)點是試驗方法簡單，費用較低，且有一定的理論依據(jù)。在我國的現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定 ,確定最佳的瀝青用量是找出馬歇爾指標均符合要求的共同范圍 , 但是大量的實踐證明，以經(jīng)驗為基礎(chǔ)并局限在一定溫度范圍的馬歇爾設(shè)計方法不能準確反映和控制住瀝青路面在較大溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出的粘彈性力學(xué)性能。也就是說，傳統(tǒng)馬歇爾設(shè)計方法的整個指標體系，既不能較好的對應(yīng)瀝青瀝青路面的技術(shù)性能，也不能確切反映瀝青混合料的力學(xué)性能，因此在馬歇爾試驗確定瀝青混合料配合比時還應(yīng)參考以前的經(jīng)驗來

15、確定最佳用油量，以便較好的排除人為及其它有關(guān)環(huán)境、操作等因素影響。我國技術(shù)規(guī)范規(guī)定高速公路、一級公路的熱拌瀝青混合料配合比設(shè)計，應(yīng)分為目標配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比設(shè)計階段、生產(chǎn)配合比驗證階段（試拌試鋪階段），室內(nèi)配合比必須依據(jù)材料變異情況、施工控制精度及拌和設(shè)備性能進行試拌后,做進一步的調(diào)整，使得拌和設(shè)備生產(chǎn)出的混合料指標達到規(guī)范要求，這樣才能作為最終配合比使用，這樣設(shè)計出的生產(chǎn)配合比才更為合理且更有依據(jù)可言 。優(yōu)良的瀝青混合料配合比設(shè)計必須嚴格控制各個環(huán)節(jié),才能得出可靠的配合比。 2.1.4 施工質(zhì)量 一、嚴把原材料質(zhì)量關(guān)。 材料是工程結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)，原材料質(zhì)量的嚴格控制，對保證瀝青路面工

16、程質(zhì)量起著尤為重要的作用。應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求選定瀝青的品種，并對瀝青延度、針入度、軟化點等三大指標進行檢測。購進材料時要求廠家出示出廠報告單，并提交試驗室進行抽樣檢查，符合要求方可進場，使用期間嚴格按照規(guī)范要求的頻率，進行隨機抽樣檢查。在加熱過程中應(yīng)當做好溫度的控制，瀝青加熱溫度根據(jù)瀝青的標號不同而有所不同，當遇到瀝青需保溫時，要及時打開瀝青循環(huán)泵,使加熱溫度保持一致，防止瀝青老化。瀝青路面結(jié)構(gòu)層使用材料，為多種礦料摻配而成，在摻配之前，要根據(jù)結(jié)構(gòu)層的類型，選擇集料的規(guī)格。良好的集料要求具有耐磨耗性、足夠的強度、無雜質(zhì)、無風(fēng)化、集料規(guī)格比較穩(wěn)定、變異性小等性能。1、采購之前對廠家出廠的材料進行強度

17、、磨耗、壓碎值、與瀝青的黏附性及針片狀顆粒含量等項目進行檢測；2、為確定各種礦料的摻配比例、及進場數(shù)量，應(yīng)對所選定不同規(guī)格的礦料反復(fù)進行篩分析試驗。3、對進場的原材料采用隨機抽取試樣的方式進行檢測，對不符合要求的原材料，要及時清除，杜絕不合格的原材料進入施工現(xiàn)場。以上措施可保證原材料的合格性，在基礎(chǔ)上把好關(guān)，從而提高瀝青路面的路用性能。 二、做好施工準備階段的控制。 在進行路面施工時，首先要審查施工組織計劃，內(nèi)容應(yīng)包括組織管理機構(gòu)、拌和廠布置、施工質(zhì)量管理體系、施工機械組織材料供應(yīng)、施工進度計劃、施工順序和作業(yè)程序、環(huán)保對策、安全措施、工程保險、質(zhì)量檢測機構(gòu)組成、儀器設(shè)備及試驗與評定方法等。同

18、時要檢查壓路機、粒料拌和機、廠拌及路拌拌和機、自卸汽車、攤鋪機、灑水車、瀝青混合料拌和設(shè)備、裝載機等施工機械是否按已要求進場 。 基層的好壞會直接影響到瀝青路面的質(zhì)量，因瀝青路面的下面層為基層，所以要做好路面基層的質(zhì)量控制。因此，要求基層應(yīng)當具有足夠的強度、表面平整、密實、良好的穩(wěn)定性、拱度等與面層保持一致，高程符合要求。 施工過程中把好各道工序質(zhì)量關(guān)，嚴格按施工規(guī)范要求施工，應(yīng)不得在雨天施工,當施工中遇雨時,應(yīng)停止施工.雨季施工時必須切實做好路面排水。高等級公路在施工前應(yīng)鋪筑試驗段，鋪筑試驗段是不可缺少的步驟。試驗段的長度宜100200米，這主要是根據(jù)試驗?zāi)康拇_定的。試驗段宜在直線段上鋪筑，

19、若條件不允許也可在其它道路上進行試驗段的鋪筑，但路面結(jié)構(gòu)等條件應(yīng)相同，路面底基層、基層及面層的試驗可安排在不同的試驗段落上進行。 根據(jù)瀝青路面各種施工機械相匹配的原則, 通過試驗段的鋪筑可確定以下各項：瀝青路面的松鋪系數(shù)及接縫方法等；攤鋪機的攤鋪速度、攤鋪溫度、攤鋪寬度、自動找平方式等操作工藝；壓路機的碾壓溫度、壓實順序、碾壓遍數(shù)及碾壓速度等壓實工藝；同時注意控制瀝青路面的橫縫應(yīng)與路中線垂直。鋪筑接縫時，可在已壓實的部分上面鋪設(shè)一些熱混合料使之預(yù)熱軟化，以加強新舊混合料的粘結(jié)。但在開始碾壓前應(yīng)將預(yù)熱用的 混合料鏟除。 斜接縫的搭接長度與厚度有關(guān)，宜為0.40.8m。搭接處應(yīng)清掃干凈并灑粘層瀝青

20、，斜接縫應(yīng)充分壓實并搭接平整。平接縫應(yīng)做到緊密粘結(jié)，充分壓實，連接平順。接縫處應(yīng)清掃干凈，切齊，邊緣涂粘層瀝青，并在其壓實后用熱烙鐵燙平，再在縫口涂粘層瀝青，撒石粉封口，以防滲水。驗證瀝青混合料配合比設(shè)計結(jié)果，提出生產(chǎn)用的礦料配比和瀝青用量。 2.1.5 設(shè)計質(zhì)量 高等級路面設(shè)計時嚴禁考慮不周，如設(shè)計深度不足，照搬標準，抄項目，理論與實際脫節(jié)嚴重，對于車流量的增加沒有遠見，還沒到達設(shè)計年限路面以經(jīng)嚴重破壞等等。所以設(shè)計時提前做好準備，考慮面要全面，充分發(fā)揮瀝青路面原有的耐久性能。2.2 影響瀝青路面耐久性的外部因素 2.2.1 溫度變化 一、高溫影響 高溫對瀝青耐久性的影響是由于熱能加速瀝青分

21、子的運動，施工加熱引起瀝青中輕質(zhì)油分揮發(fā)外，還能促進瀝青化學(xué)反應(yīng)的加速，導(dǎo)致瀝青技術(shù)性能降低及瀝青質(zhì)量嚴重劣化。溫度的升降與瀝青混合料的抗變形能力和強度成反比。溫度升高時瀝青的粘滯度降低，礦料之間的粘結(jié)力削弱，導(dǎo)致強度降低。在車輛的重復(fù)荷載作用下在停車地點和行車變速的路段上路面發(fā)生累積變形，并且受到很大的水平作用力，大體上與垂直應(yīng)力相當。若瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性不佳，路面則會產(chǎn)生較大的剪切變形，這就導(dǎo)致路面的破壞。 嚴格控制瀝青用量，適當提高瀝青材料的粘稠度，控制瀝青與具有活性的礦粉的比值，以改善瀝青與礦粉的相互作用；在混合料中增加粗集料含量以降低空隙率，使粗集料形成空間骨架結(jié)構(gòu)，這兩種方法分

22、別從提高粘結(jié)力和內(nèi)摩阻力方面進行改進，從而提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性。此外，使用改性的瀝青進行混合料的拌和，也可以提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性，取得較滿意的效果。 二、低溫影響 瀝青路面強度隨溫度而變化的幅度很大。氣溫急驟降溫時，則會在路面結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生溫度梯度，當遇降溫則路面面層收縮，面層會產(chǎn)生拉應(yīng)力。力學(xué)角度分析，面層開裂的原因為此時的瀝青混凝土強度小于拉應(yīng)力。往往瀝青路面損壞的開始始于路面裂縫的出現(xiàn)，隨著低溫循環(huán)的影響，裂縫會進一步擴展，隨后雨水由裂縫滲入路面結(jié)構(gòu)，逐漸導(dǎo)致路面工作狀況惡化，則最終導(dǎo)致路面的使用性能受到較大影響 。適當增加面層的厚度可以減少部分裂縫的出現(xiàn)，使用對溫度敏感性低、稠

23、度較低的瀝青，也可以減少部分裂縫的出現(xiàn)，但是以上方法均不能根治路面裂縫這種病害。 2.2.2 疲勞破壞 疲勞性能是指瀝青混合料在反復(fù)荷載作用下抵抗破壞的能力，目前瀝青路面疲勞特性的研究研究方法基本上有兩種，一類是現(xiàn)象學(xué)法，既傳統(tǒng)的疲勞理論方法，采用疲勞曲線表征材料的疲勞性質(zhì)。另一類是力學(xué)近似法，即應(yīng)用斷裂力學(xué)原理研究疲勞裂縫的發(fā)展規(guī)律以確定材料的疲勞壽命的方法。從疲勞的觀點看，瀝青混合料的勁度模量是一個重要的材料特性。 則根據(jù)定義瀝青混凝土路面在重復(fù)荷載作用下即產(chǎn)生了疲勞破壞,其原因為:一是施加的荷載超過了結(jié)構(gòu)設(shè)計標準；二是實際交通量超過了設(shè)計交通量；三是各結(jié)構(gòu)層承載能力的降低；四是環(huán)境因素引

24、起的附加應(yīng)力 ,一般采用 “勁度”作為瀝青混合料的疲勞性能指標。 2.2.3 水損害 瀝青材料由不同分子量的碳氫化合物及其非金屬衍生物組成的黑褐色復(fù)雜混合物，呈液態(tài)、半固態(tài)或固態(tài)，是一種防水防潮和防腐的有機膠凝材料。由于其本身的技術(shù)特性很復(fù)雜，因此透水性與其許多技術(shù)特性有關(guān)。此外，瀝青路面的透水性與瀝青混合料的空隙率也有較密切的關(guān)聯(lián)。從耐久性的角度出發(fā)，空隙率越大的混合料其耐久性能越差。 本文研究的常規(guī)水分來源分為兩種：一種是雪水從已有路面裂縫滲入到基層內(nèi)部，也可是基層內(nèi)的水分上升進入到瀝青混合料中；另一種是常見的大氣降雨，從瀝青路面逐漸向下滲入混合料內(nèi)部，由于路面混合料的空隙率較大則路面材料

25、中充滿了水分，這就成為了瀝青坑槽破壞、路面松散的主要原因。由于瀝青面層的透水率小，待到春季，融化的大量水分一下子蒸發(fā)不出去，以水膜或水氣的形式滯留在面層混合料中，使集料與瀝青與的粘附性有所降低。在長期的交通荷載反復(fù)作用下，瀝青膜與集料開始剝離，漸漸地集料開始松散、掉粒，行車時易發(fā)生顆粒推移，伴隨著力學(xué)強度顯著降低現(xiàn)象的出現(xiàn)，引起路面早期破壞。因此，為了減輕瀝青地老化，提高瀝青路面耐久性，增加瀝青與集料地粘附性，這就要求提高基層和土層的水穩(wěn)性，并要求盡量減小瀝青混合料的空隙率 。 交通量愈大，重車行駛率愈高，水損害愈快愈嚴重。選擇一種切實有效的方法評價瀝青混合料的水敏感性是預(yù)防水損害發(fā)生的第一步

26、。我國評價瀝青混合料水敏感性常用的方法是浸水馬歇爾實驗，評價指標是殘留穩(wěn)定度。 2.2.4 瀝青老化 石油瀝青是由油分，樹脂，瀝青質(zhì)組成。在瀝青路面施工及使用過程中，由于瀝青輕組分的揮發(fā)，在空氣中的氧、光和熱的綜合作用下，隨著時間的推移，瀝青組分發(fā)生變化其油分與樹脂漸漸失去，其流動性減弱，粘度增強，硬度增大，具有一定的脆性，導(dǎo)致路面瀝青性質(zhì)發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為老化。在瀝青的使用過程中，氧、熱、時間是影響瀝青質(zhì)量的三大重要因素，其中影響瀝青老化深度的關(guān)鍵因素是時間的長短，引起瀝青老化變質(zhì)的主要原因是氧的存在，促進瀝青老化的主要外界條件則是熱。另外，水、紫外線也是引起瀝青老化的重要因素 。瀝青的

27、老化一般可分為長期老化與短期老化兩種，在混合料鋪筑成路面之后則主要發(fā)生長期老化，主要是由于氧化引起的老化，光則可能加速路面的老化；在施工過程中則發(fā)生了短期老化，當混合料處于熱狀態(tài)，揮發(fā)、空間硬化和氧化作用則是引起老化的因素主要。目前國內(nèi)對瀝青的老化性能研究仍主要集中在瀝青拌和和鋪筑這一短期老化過程，而瀝青在路面使用過程中的老化實際上是一個漫長的過程。一般來說，老化后的瀝青會使其低溫性能降低及損失，鋪筑路面后可導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)嚴重龜裂。對石油瀝青加入橡膠，樹脂，礦物填充料，樹脂與橡膠合成體來改變其性能，使其抗老化能力增強。瀝青老化的一般表現(xiàn)：軟化點提高、針入度、延度降低和質(zhì)量損失。試驗室常用薄膜

28、烘箱試驗和旋轉(zhuǎn)膜烘箱試驗判定。 3 瀝青路面耐久性能改善措施3.1 瀝青混合料的改性 通過化學(xué)或物理的方法可以對瀝青混合料進行改性處理。使用外摻劑被歸納為化學(xué)改性技術(shù)的范疇，使用塑料格柵、土工布等加強路面結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的技術(shù)措施則被歸納為物理改性的范疇。 3.1.1 物理改性 土工合成材料是以人工合成的聚合物為原料制成各種類型產(chǎn)品，是巖土工程中應(yīng)用的合成材料的總稱。土工合成材料在道路路面工程中的應(yīng)用主要是減少或延緩反射裂縫的數(shù)量，減少瀝青路面的車轍，在半剛性基層瀝青路面中還可以提高基層的疲勞壽命。應(yīng)用于加強瀝青路面的土工合成材料主要有平面網(wǎng)狀材料，主要包括塑料格柵、玻璃纖維格柵和土工織物。應(yīng)用玻

29、纖網(wǎng)從機理上講，是利用材料的抗拉強度和抗拉模量阻止裂縫想路面延伸，因此要求其強度高、延伸率小。土工織物的抗拉強度一般較小，其主要起隔離作用，因此一般要求材料有一定的強度，同時延伸率控制在一定范圍內(nèi)。 玻纖網(wǎng)和塑料格柵常用于減少瀝青路面車轍。在瀝青路面結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用是一種物理改性 ,由于瀝青混凝土集料能穿過格柵的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成一個復(fù)合的力學(xué)嵌鎖體系，這種嵌鎖限制阻礙了集料的運動、位移，瀝青混合料可以得到更好的壓實，并能提高承載能力、傳荷能力，減少變形。塑料格柵是用高壓將聚乙烯壓成薄片，打出有規(guī)則圖案的網(wǎng)眼，再加熱控制拉伸成網(wǎng)格，因雜亂的長鏈分子通過拉伸變得定向、有序，從而提高了聚合物的抗拉強度和

30、彈性模量。具有高抗拉強度、高模量的特點。此外塑料格柵是整體形式的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，不存在編制、焊接等薄弱環(huán)節(jié)；具有耐酸、耐腐蝕的特性，在正常溫度條件下不會被汽油、柴油等溶解。由于本身不含有營養(yǎng)成分，不會被微生物侵襲；耐老化性能較強，在埋置或覆蓋情況下，壽命達幾十年以上，如完全暴露在陽光下，壽命也能達十幾年以上；高溫條件下雖然有收縮，但不影響使用性能。為使瀝青結(jié)構(gòu)層大幅度提高抗拉強度，同時在模量少量增加的情況，則可以將塑料格柵在瀝青路面工程中進行應(yīng)用，此方法使瀝青結(jié)構(gòu)層獲得了韌性這一最不容易提高的力學(xué)特性。將格柵應(yīng)用在路面結(jié)構(gòu)工程中不僅可使疲勞裂縫發(fā)生時間推遲19倍，還可有效減少50的車轍，有效地防治反

31、射裂縫。但塑料格柵的缺點是門幅窄，柔性較差，因而成卷較短，在施工中搭接損耗大一些。 在舊路上鋪設(shè)土工布，也可防止反射裂縫的產(chǎn)生，使舊路面與瀝青混合料隔離，但此法的缺點是只能延緩裂縫的產(chǎn)生，而且受施工質(zhì)量影響較大，容易產(chǎn)生水平移動形成推擠、擁包等各種病害。 3.1.2 化學(xué)改性 通過化學(xué)反應(yīng)改變聚合物的物理、化學(xué)性質(zhì)的方法被稱之為化學(xué)改性。在瀝青材料中摻加高分子聚合物、樹脂、橡膠、磨細的橡膠粉或其他填料等外摻劑(改性劑)，或采取對瀝青輕度氧化加工等措施被稱之為瀝青改性，使瀝青或瀝青混合料的性能得以改善制成的瀝青結(jié)合料。 改性瀝青其機理有兩種，一是改變?yōu)r青化學(xué)組成，二是使改性劑均勻分布于瀝青中形成

32、一定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 。 目前研究最多并應(yīng)用最廣的措施則是在瀝青材料中添加聚合物改性外摻劑改善混合料的力學(xué)性能。瀝青混合料中摻入聚合物改性劑將使改性瀝青的粘稠性大大提高，因為聚合物具有比瀝青高得多的粘度，從而瀝青混合料獲得了較高的抗流動變形能力。以溫度穩(wěn)定性的改善為主要目標，同時獲得高粘結(jié)力和較長的耐久性，這是目前國外對改性瀝青的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，但改性瀝青并不是萬能的，因為在使用聚合物改性瀝青獲得高溫耐流性的同時，其粘稠性增大、低溫柔性減小。一般熱穩(wěn)定性的改善比低溫性能的改善更易實現(xiàn)。 針對瀝青的光氧化老化和熱氧化老化機理，一般使用抗氧化劑、淬滅劑和光屏蔽劑對混合料進行改性。根據(jù)分子吸附理論，當

33、瀝青與酸性石料接觸時分子間的作用力是范德華力的物理吸附，而并不能形成化學(xué)吸附，且這種分子吸附是可逆的，由這種物理吸附而產(chǎn)生的粘附力要弱得多。目前改善瀝青與石料的吸附效應(yīng)，只要是通過石料酸堿度確定使用的抗剝落劑，添加瀝青極性組分，從而提高它們之間的粘附力。3.2 優(yōu)化混合料的配合比設(shè)計 通過研究集料骨架的形成規(guī)律,以及骨架形成條件下細料的填充特性,探索密級配骨架密實狀態(tài)下的評價方法，分析了關(guān)鍵篩孔通過率和油石比對馬歇爾指標的影響規(guī)律，從而依據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的技術(shù)要求，提出合理的優(yōu)化級配和油石比范圍，據(jù)此進行了配合比設(shè)計和檢驗及工程驗證。最終設(shè)計出一個施工可行、成本可控，基本路用性能兼顧

34、的瀝青混合料配合比。適當選擇級配方式和瀝青品種可改善瀝青路面某些方面的路面特性。 瀝青瑪蹄脂碎石混合料（stone mastic asphalt，簡稱sma）是由高含量粗集料、高含量礦粉、較大瀝青用量，低含量中間粒徑顆粒組成的骨架密實結(jié)構(gòu)型瀝青混合料。20世紀80年代初,德國交通部門制定了sma路面的設(shè)計及施工規(guī)范，結(jié)構(gòu)形式基本得以完善，這使得sma（瀝青瑪蹄脂碎石混合料）作為一種標準材料。目前這種新型材料先后在瑞典、芬蘭 、荷蘭、丹麥、奧地利、挪威、日本等國得意推廣與應(yīng)用。sma（瀝青瑪蹄脂碎石混合料）我國從20世紀90年代初開始應(yīng)用，在往后的施工中，sma得到了較大的發(fā)展，由于其良好的耐久

35、性、抗滑性能、高溫穩(wěn)定性和低溫抗裂性得到了較好的評價。采用sma 的目的是改善磨耗層的使用性能 ,產(chǎn)生一個更耐久的能抵抗重交通車轍的瀝青路面。sma是一種由瀝青、纖維穩(wěn)定劑、礦粉和少量的細集料組成的瀝青馬蹄脂填充間斷級配的粗集料骨架間隙而組成的瀝青混合料，其中大部分為破碎集料，2mm篩孔的通過量限制在20%，瀝青、粗集料、細集料、纖維穩(wěn)定劑和填料組成了有機整體，添加纖維可以增加混合料穩(wěn)定性，避免在運翰和攤鋪過程中產(chǎn)生剝離現(xiàn)象，可以使用較多的瀝青，增厚瀝青膜 ,從而提高路面耐久性4。其應(yīng)用最早可追溯至二十世紀中后期六十年代，澳大利亞、加拿大等國家首先在瀝青混合料中添加纖維材料來對混合料進行改性，

36、隨后許多歐美國家興起了纖維加強瀝青路面技術(shù)的研究高潮。sma（瀝青瑪蹄脂碎石混合料）是一種耐久性較好，抗變形能力強的瀝青面層混合料。使用sma的結(jié)果表明：sma的抗永久形變和耐久性均佳，其壽命較傳統(tǒng)的熱拌瀝青混合料長20%40，sma初期費用約增加20，相對長期效益卻較經(jīng)濟；對帶釘輪胎的磨耗抗力好抗滑性能好；可用于鋪薄面層 ,造價低；攤鋪和壓實性能好。瀝青瑪蹄脂碎石混合料由于粗集料的良好嵌擠作用具有非常好的高溫抗車轍能力，同時瀝青瑪蹄脂碎石混合料由于瀝青瑪蹄脂的粘結(jié)作用，水穩(wěn)定性和低溫變形性能也都有了較好的改善。由于混合料中添加了纖維穩(wěn)定劑，瀝青結(jié)合料粘度也有所提高，攤鋪和壓實效果均較好。由于

37、瀝青瑪蹄脂碎石混合料為間斷級配，故瀝青道路在路表面形成大孔隙，構(gòu)造深度大，抗滑性能好，混合料的耐久性及耐老化性能都很好，從而全面提高了瀝青混合料的路面性能。3.3 其它工藝 針對城市道路維修工程量小，要求維修及時的特點，目前國內(nèi)外有多種具針對性的維修工藝。 3.3.1 熱瀝青處理法 摻有機溶劑小修施工越來越多地采用熱瀝青處理法，此法包括清潔修理面，此法的操作為先澆灑熱瀝青（0.40.6kg/m2）在路面待修處，再攤鋪熱瀝青混合料并壓實。但這種方法并不能保證層與層間的粘結(jié)力，因為用于粘層的瀝青，在細微裂紋較差和潤濕地面的不平整度的情況下，在修理面與混合料間的粘結(jié)強度作用很低。 在粘層瀝青澆灑前，

38、摻入適量較小粘度的溶劑，能很好地潤濕舊瀝青路面細微裂縫和表面的不平整度，這是摻有機溶劑的新方法。此方法在一定程度上消除老化對表面附著力的不良影響，有利于地面瀝青的局部再生作用。此施工工藝在前蘇聯(lián)曾被采用上述證明能較大程度的降低瀝青路面重修頻率,獲得較佳的經(jīng)濟效益。 3.3.2 摻入水溶性微劑 為處理潮濕維修面，國外出現(xiàn)了采用水溶性微量劑作為粘結(jié)劑的方法，它包括：以水清潔潮濕面，并用含促凝劑和增塑劑的水溶性微量劑處理，再攤鋪熱瀝青混合料并壓實。屬于水溶性微量劑的有：脈醛樹脂、三聚氛甲胺甲醛樹脂、三聚氛胺脈醛樹脂和酚醛樹脂等。 3.3.3 冷再生法 冷再生分為現(xiàn)場冷再生和廠拌冷再生。 現(xiàn)場冷再生法

39、是用大功率路面銑刨拌和機將路面混合料在原路面上就地銑刨、翻挖、破碎，再加入穩(wěn)定劑、水泥、水（或加入乳化瀝青）和骨料同時就地拌和，用路拌機原地拌和，最后碾壓成型。這種方法主要應(yīng)用于冷法施工中，且新添加的結(jié)合料是乳化瀝青，這種方法充分利用舊料，并減去舊料運輸成本，工程造價低，生產(chǎn)率高，交通延誤小可以比較徹底的解決路面病害，提高路面耐久性，但是現(xiàn)場冷再生水穩(wěn)定性差。主要是用于等級低的道路或鋪筑基層使用，國外多用于鄉(xiāng)村道路的翻修。 廠拌冷再生是常溫下在拌合場將回收的瀝青路面材料和再生劑相混合進行，再生后作為基層或中下面層混合料的一種技術(shù)?？尚迯?fù)面層和基層的病害。再生范圍可以達到路表面以下150mm。廠

40、拌冷再生混合料性能優(yōu)良。處治深度、范圍教大，可以比較徹底地解決各種路面病害，生產(chǎn)率高，設(shè)備要求較低，不需加熱，節(jié)約能源消耗，再生混合料性能優(yōu)良。但是水穩(wěn)性相對較差，不能作為表面層，需要一定時間的養(yǎng)生。 3.3.4 熱再生法 熱再生同樣分為現(xiàn)場熱再生和廠拌熱再生 現(xiàn)場熱再生是一種就地修復(fù)破損路面的過程，它通過加熱軟化路面，鏟起路面廢料，再和瀝青粘合劑混合，有時可能還需要添加一些新的骨料。然后將再生料重新鋪在原來的路面上。一般用一臺大型"瀝青路面熱再生聯(lián)合機組"，先把瀝青路面烤熱軟化，再將舊瀝青層收集起來輸送到該機組中的雙臥軸連續(xù)攪拌機上，添加新骨料、補充新瀝青，攪拌后排到機組

41、的攤鋪器上，攤鋪、搗實、熨平，再用壓路機碾壓，鋪成一條新路。現(xiàn)場熱再生可以通過單次操作完成，把原材料和需修的路面重新結(jié)合。或者是通過兩階段完成，即先將再生料重新壓實，然后在上面再鋪一層磨耗層。這種方法施工簡單方便，多用于基層承載能力良好、面層因疲勞而龜裂的路段，特別適用于老化不太嚴重，但平整度較差的路面。 但是現(xiàn)場熱再生技術(shù)僅能對瀝青路面表面的4cm左右的范圍進行，對于下面結(jié)構(gòu)層的病害則無能為力。而在國內(nèi)，瀝青路面是以半剛性基層結(jié)構(gòu)為主的病害往往以中下面層，甚至是基層為主，在這種情況下選擇就地?zé)嵩偕夹g(shù)應(yīng)有全面的權(quán)衡。廠拌熱再生發(fā)就是將舊瀝青路面經(jīng)過翻挖后運回拌和廠，再集中破碎，根據(jù)路面不同層次的質(zhì)量要求，重新進行配比設(shè)計，確定舊瀝青混合料的添加比例，在升級、新瀝青材料、新集料等在拌和機中按一定比例重新拌合成新的混合料，從而獲得優(yōu)良的再生瀝青混凝土，鋪筑成再生瀝青路面。廠拌熱再生是目前世界上應(yīng)用最為廣泛的瀝青路面再生方法，已經(jīng)是一種成熟的技術(shù)。 廠拌熱再生能節(jié)約資源、降低費用，改善路面結(jié)構(gòu)，施工工藝與傳統(tǒng)熱拌瀝青混合料基本相同，但其性能通常能夠相當于甚至優(yōu)于傳統(tǒng)，因為生產(chǎn)前可以根據(jù)原路面再生料的瀝青含量、瀝青老化程度、集配、含水率等參數(shù)進行化驗，從而選擇合適的再生劑或者設(shè)計合適的再生工藝，保證再生