２０ｏ８年第１２期 （总第１７８期） 黑龙江交通科技 ＨＥｌＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪｌＡＯＴＯＮＧ ＫＥＪ ＮＯ．１２。２ｏｏ８ （Ｓｕｍ Ｎｏ．１７８） 提高沥青路面耐久性的技术对策 王开生，陈卓识 （黑龙江省交通科学研究所） 摘要：沥青路面早期病害的产生严重影响沥青路面的使用寿命，沥青路面早期病害主要表现为局部坑槽、 内部松散和车辙，就沥青路蕊早期病害产生的原因进行了阐述，重点从沥青路面原材料的选取、沥青混合料 配合比设计、沥青路面的防排水设计及沥青路面的结构形式等方面分析了防治沥青路面早期病害的对策，以 提高沥青路面耐久性。 关键词：坑槽；车辙；沥青路面；耐久性 中图分类号：Ｕ４ｌ６．２１７ 文献标识码：Ｃ 文章编号：１０ｏ８—３３８３（２０Ｏ８）１２—０ｏ１４—０３ １沥青路面早期病害的产生 辆荷载反复作用下，渗水成为瞬间有压水，在动水压力的作 １．１局部坑槽、内部松散 用下，沥青与石料的粘附力逐渐下降，包裹在石料表面的沥 沥青路面的坑槽往往都有一个形成过程，是由轻微病害 青膜剥落，使混合料松散，并逐步形成坑槽。 发展为较严重的坑槽病害的。一般开始是局部发生网裂，然 ２．２车辙产生的原因 后出现唧浆、松散，在交通载荷和雨水等自然因素作用下逐 （１）气候条件、重载作用。 步形成坑槽。 车辙多发生在持续高温季节和重载车的作用下，尤其在 水损害性坑槽是沥青混凝土路面早期破坏中最常见的 山区、丘陵区的连续大纵坡上坡路段，许多重载车的车况较 坑槽，破坏往往是从沥青面层的下面层开始的。水分进入沥 差，车辆爬坡能力差而影响车速，使荷载作用时间成倍延长， 青路面，滞留在基层上面，沥青下面层又往往是空隙率大的 行车道轮迹带上产生永久性变形行车车辙。 混合料，空隙中充满水，给水损害提供了条件。当集料与沥 （２）沥青混合料高温稳定性差。 青膜剥离后，沥青混合料不再是一个整体，在载荷反复的作 沥青混合料高温稳定性差，沥青混合料在较高温度条件 用下，渐渐地，路面开始出现麻面、松散、掉粒，最后形成坑 下的强度由两部分组成，即矿料之间的嵌挤力与内聚阻力和 槽。 沥青与矿料之间的粘聚力。在高温时，沥青混凝土路面中沥 １．２车辙 车辙的产生是由于沥青混合料的抗变形能力不足引起 的。沥青混合料的强度和抗变形能力随温度的升高而降低， 在高温季节，由于车轮的反复作用，特别是在重载的作用下， 荷载应力超过沥青混合料所能承受的稳定性应力极限，发生 流动变形，不断累积形成车辙，这种车辙的特点是两侧伴有 隆起现象，内外侧呈对称形状。它尤其容易发生在上坡路 段、交叉口附近，即车速慢、轮胎接地产生的横向应力大的地 方。 ２沥青路面早期病害的原因分析 ２．１坑槽产生的原因 青软化、粘结力降低，在轮载的反复作用下，轮下沥青混合料 产生剪切而被挤压到两侧，实质原因是沥青混凝土的粘结力 和内摩擦角减小。 （３）沥青混合料的配合比设计方面的原因，例如沥青用 量偏多，矿料级配没有足够的嵌挤能力，都会影响沥青混合 料的高温稳定性。 （４）施工变异性大，压实不足。沥青混合料的施工密实 度越大、孔隙率越小，其稳定度、抗压度越大，疲劳寿命越长， 行车过程中产生的压密形变越小。高速公路沥青面层一般 要求压实度不小于９８％，以减少压密形变，提高抗车辙能 力。 （１）气候条件、重载作用。 坑槽特别是水损害性的坑槽与气候条件有相当大的关 系。在经常性下雨和重载车反复作用下的路段，坑槽出现较 多，往往是刚刚修补，在原坑槽的周围又继续发展。 （２）沥青混合料的粘附性和抗剥离性差。 沥青与集料的粘附性和抗剥离性是防止路面剥离的基 本条件。所以选用的沥青应具有较好的粘附性和抗老化性。 规范要求高速公路沥青路面沥青与石料的粘结力不小于４ 级，而有的路段虽然在试验时的粘结力是符合要求的，但在 沥青混合料生产时，因石料的差异性或沥青用量偏小，导致 沥青与石料的粘结力不足，使沥青混合料逐步松散，进而形 成坑槽。 （３）沥青路面空隙率过大。 由于沥青混合料生产的变异性大、摊铺过程中沥青混合 料局部离析和路面压实不够等多种原因，会造成沥青路面空 隙率过大，使雨水极易浸入，滞留在路面面层中，尤其是连续 雨天时，沥青面层将长时间处于饱水状态，在高速行驶的车 收稿日期：２０ｏ８一Ｏ８—０７ ３提高沥青路面耐久性技术对策 ３．１ 沥青混合料原材料的选取 （１）沥青。 沥青材料本身的特性对沥青混合料水稳性和高温性能 的影响是不容忽视的，沥青的粘度越大，劲度越高、与石料的 粘附性越好 ，相应的沥青混合料水稳性和抗高温变形能力越 强。 采用改性沥青是改善沥青混合料水稳性非常有效的途 径。众多室内试验和配合比试验表明，采用普通沥青粘结力 不符合要求时，采用改性沥青一般都能够满足要求，而且通 常不需要添加抗剥落剂和掺加消石灰，与各种集料的粘附性 基本上都能达到４级以上。 采用改性沥青的沥青混凝土路面抗车辙能力比较强。 在１９８９一ｌ９９８年，澳大利亚在卡林顿试验路上做了五种沥 青混凝土路面的加速加载试验，其中用改性沥青的四种路面 的抗永久变形明显优于普通沥青路面，原因是改性沥青增加 了沥青与沥青之间及沥青与矿料之间的粘结力。 作者简介：王开生，毕业于哈尔滨工业大学，研究方向：道路与桥梁的研究。 ・１４・ 第１２期 张兰涛，刘孝臣：水对沥青混凝土路面的破坏及其防治 总第１７８期 因此，在条件容许的情况下，尽可能选用改性沥青来增 加沥青与矿料之间的粘结力，提高沥青混合料的水稳性和高 温稳定性。 （２）粗集料。 集料质量差是目前公路建设中特别严重的问题，突出的 表现是材料脏、粉尘多、针片状颗粒含量高、级配不规格等， 经常不能达到规范要求，使用时离析严重，导致实际级配与 配合比设计有很大的差距，使路面在使用过程中过早的出现 早期病害。 沥青混合料的高温稳定性，要求混合料内部有足够的内 摩阻力以抵抗高温条件下的变形。这就要求尽量采用粒径 较大、接近立方形、有尖锐棱角和粒糙表面的碎石且碎石含 沥青中掺加抗剥落剂，提高集料与沥青粘附性。可选用的抗 剥落剂有消石灰粉或生石灰粉、水泥，要求抗剥落剂应该具 有耐热性和长期使用性。 ３．２沥青混合料配合比设计 （１）采用合理的Ｓ型矿料级配。 沥青混凝土的耐久性（抗水损害、高温稳定性）设计要 求混合料的空隙率适宜，密水性强。若沥青混凝土空隙率过 小会产生车辙和推挤，过高会让水和空气进入路面，产生水 损害、剥落和内部松散。因此，在沥青路面配合比设计时，即 要保证沥青路面密实性，又要保证沥青路面的高温稳定性， 尤其在沥青表面层设计时对密水性和高温稳定性要求更高。 在对表面层级配进行调整时，以居于设计范围中值为目 量较多的矿料，以加大沥青混合料的内摩阻力，增强矿料颗 标，将最粗集料数量和最小的细集料数量适当减少，级配曲 粒间的嵌锁作用，阻止颗粒间的相互移动，从而提高沥青混 线调整成ｓ型（密实嵌挤型级配），提高高温抗车辙能力，并 合料的抗变形能力。 且在ｓ型曲线中，大粒径颗粒适当的减少，在施工过程中可 沥青混合料的水稳性要求集料与沥青有好的粘附性，规 以有效减少离析，提高施工和易性，利于压实及压实度提高， 范要求高速公路沥青路面沥青与石料的粘结力不小于 减少空隙率，提高水稳性。 ４级，选择ｓｉＯ：含量低的碱性石料与沥青的粘附性较酸性石 （２）严格控制设计空隙率。 料好，在选用酸性石料时，需要掺加消石灰等抗剥落剂来提 沥青混合料配合比设计中，空隙率是影响沥青路面水损 高沥青混合料水稳性。在注重石料品质的同时也需注重石 坏的主要因素。对于如何确定设计孔隙率，各国都有不同的 料的加工，减小集料的含泥量，使生产的集料保持干燥、洁 做法。大部分国家是规定一个范围，而且普遍为３％一５％， 净。 美国以前采用马歇尔方法设计时也是这样规定的，后来采用 （３）细集料。 ｓｕｐｅｒｐａｖｅ方法后，统一采用空隙率为４％，即当施工压实度 对于细集料的选取，石屑的质量必须符合规范要求，减 达到９７％时，沥青路面竣工的空隙率≤７％，这是防止渗水 小含泥量，控制天然砂的使用量，尽量使用机制砂。机制砂 的界限。 具有尖锐棱角、粗糙表面和良好的级配，能增加内摩阻力，减 大量资料已经证明，当空隙率＞８％，特别在８％一ｌ２％ 少车辙，尽管机制砂有可能是酸性石料，但含粉量很少，与天 间，渗水严重。因此设计空隙率为４％是防止早期损坏的关 然砂和石屑相比仍具有独特的优势。 键要求，同时也是提高沥青路面耐久性，减少沥青老化的需 （４）矿粉。 要，有关资料证明，在空隙率＜５％时，沥青老化很轻微，而空 矿粉的用量对沥青混凝土的性质影响很大，一定量的矿 隙率＞７％后，沥青老化则急剧增大。如设计空隙率太小，例 粉可减少起润滑作用的游离沥青、减小沥青膜的厚度、调整 如＜３％，甚至２．５％，则在高温时，由于沥青膨胀而造成泛 矿料的级配，尤其是满足Ｏ．ｏ７５咖筛孔的良好级配，可改 油或车辙，因此，合理的选取设计空隙率是至关重要的，由于 善沥青混凝土抗剥落能力，增加沥青胶砂的强度。但矿粉也 我国目前仍采用马歇尔试验进行配合比设计，对设计空隙率 具有增加混合料的比表面积、增加沥青用量、减少表面构造 要求一般情况为３％一５％，对重交通是４％一６％。 深度、减少摩擦系数等缺点。试验证明，矿粉与沥青用量之 （３）渗水系数检验。 比宜控制在１Ｏ一１２。 在沥青路面使用过程中，只有渗人到沥青路面内部的水 （５）抗剥落剂。 才能造成沥青膜和集料剥落，使路面发生早期损坏。沥青路 在许多情况下，沥青路面的表面层采用质地坚硬的酸性 面的渗水情况与沥青路面空隙率的大小存在很好的相关关 石料，为了防止集料表面的沥青受到水浸泡过早的剥落，在 系，其中美国资料中空隙率与渗水系数的关系如图１所示。 ６ｏｏ ，ｏｏ ｛：８０ｏ ．詈椭 鲫 芝３ｏｏ ＼ ｏｏ 瑚 ｌｏｏ ２ｏｏ Ｏ Ｏ ６ 空蠢搴，１‘ 空瞳事，■ 图ｌ沥青混凝土透水系数 一空隙率图 在图１中，空隙率８％时的渗入系数为９６×１０ ｃＨ ｓ。 点为３个，合格率为８１．２５％。 按照ＮＣＡＴ的试验方法和研究结果，对于细级配的沥青混合 ３．３沥青路面防排水设计 料确定为１０ｏ×１Ｏ ｃ－ｎ／８，对于粗级配的沥青混合料确定为 虽然我国大多数沥青路面采用密级配沥青混合料，但要 １５０×ｌ０＿。ｃⅡ ｓ。 完全防止沥青路面进水是不可能的，因此需要尽可能快地把 我国现行规范中提出了渗水系数的指标，在配合比设计 流人路表和路面内的水排出，减小沥青路面的水损坏。 阶段。密级配沥青混合料应不小于ｌ２０ ｍＬ／ｎｌｉｎ，在施工质量 （１）路表排水。 检测时要求路表渗水系数不大于３０ｏ ｍＬ／ｍｉｎ，按照此标准， 路表排水常用两种排水方式：一种是让路面表面水以横 对江西省泰赣高速公路的渗水系数检验的１６个点都符合要 向漫流形式向堤坡面分散排放；另一种是在路肩外侧边缘放 求，如按其他地区经验，渗水系数按６ｏ ｍＬ／ｍｉｎ评定，不合格 ・１５・ 总第１７８期 黑龙江交通科技 第１２期 置拦水带，将路面表面水汇集在拦水带，通过一定间距设置 的泄水口和急流槽把水排出。根据现有高速公路使用情况， 发现当路面纵坡较小，或者纵坡不顺、平整度不好时，拦置式 路缘石不仅不能使路表水迅速排出，反而阻碍排水形成局部 积水。因此，建议采用漫流的方式将路表水排出，但路肩及 边坡必须经得起冲刷。 （２）分隔带排水。 我国绝大部分公路的分隔带都是开放式的，绿化树 木、草地的浇水灌溉往往会造成部分水下渗到路基路面，使 性基层沥青路面的车辙问题比较担忧。针对沥青层厚度与 车辙的关系，壳牌沥青设计手册提出了车辙计算模式，其计 算公式为 △，ｌ＿ｃｍ∑ 式中：ｃ 为动载作用修正系数；Ｊｌ 为沥青面层各层的厚度； 为沥青层各层的平均应力；ｓ ． 为沥青各层粘性部分的 劲度模量。 在上式中，车辙量△ 并不简单地随 的增加而增加， 路基路面内含水量过高，路面整体结构强度降低，路面过早 的出现病害。 参考国外的经验，为了保证路基路面的稳定，不宜在中 央分隔带植树绿化，将原有的开放式分隔带改为封闭式 的沥青结构层，消除分隔带渗水的隐患。对现有的开放 式分隔带，为了减轻分隔带向路基路面渗水，应做 好路基路面内横向排水设施。 （３）路面结构内排水。 大量的路面损坏状况调查和路面使用经验表明，进入路 面结构内的自由水是造成或加速路面损坏的重要原因。当 沥青层下方有排水式的沥青碎石或者级配碎石时，进入路面 内部的自由水能很快的排走，但是当沥青层直接铺筑在非常 致密的无机结合料稳定集料基层上时，迅速排水就比较困 难。因此，对于多雨潮湿地区，应在沥青层与半刚性基层之 间设置排水性基层来排出渗入路面内的自由水。除了以往 的级配碎石结构排水外，国外已经较多地采用排水式沥青稳 定碎石基层（ＡｒＩＢ）和沥青处置排水基层（ Ｂ）。 ３．４沥青路面结构形式 （１）采用柔性基层对沥青路面水损坏的影响。 纵观国际上的沥青路面结构，越是重交通路段越倾向于 全厚式路面、柔性基层沥青路面或组合式基层沥青路面，沥 青路面结构层厚度普遍在２０—３Ｏ ｃｍ之间。如表１所示，日 本高等级公路结构型式。 表１ 日本道路公团的高速公路路面结构型式 Ａ（４） Ａ（４） Ａ（４） Ａ（４） Ａ（４） Ａ（５） Ｂ（５） ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 路面 Ｃ（６） Ｃ（６） Ｃ（６） Ｃ（６） Ｃ（６） Ｃ（５） Ｃ（５） 结构及 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 厚度Ｅ（２０）Ｄ（１５）Ｄ（１８）Ｄ（２０）Ｄ（１Ｏ）Ｄ（２Ｏ） Ｄ（１５） ／ｃｍ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ Ｆ（２Ｏ） Ｅ（１５）Ｅ（２２）Ｈ（２Ｏ）Ｈ（３Ｏ）Ｇ（５Ｏ） Ｆ（２Ｏ ２５） 注：表中Ａ为密式沥青混凝土；Ｂ为中粒式沥青混凝土；ｃ为粗粒 式沥青混凝土；Ｄ为沥青稳定碎石；Ｅ为级配碎石；Ｆ为天然级配砂 砾；Ｇ为充货碎石；Ｈ为水泥稳定碎石 在沥青层下设置级配碎石或沥青稳定碎石层作为排水 基层，使得进入沥青层的水分在达到半刚性基层前先进入排 水基层，把渗入的水横向排走，不会损伤半刚性基层表面，产 生浮浆。同时采用柔性基层增加了沥青层自身厚度，进入路 面的水的路径加长，进入基层的水量也大为减少。这样将有 效地防止自下而上的水损坏发生。因此，建议设置柔性基层 作为沥青路面的排水基层。 （２）沥青路面厚度对车辙的影响。 长期以来，认为沥青路面的车辙与沥青层的厚度关系很 大，沥青层越厚车辙越大。为了防止车辙，采用薄的沥青层， 甚至把减薄沥青层作为抵抗重交通的一种技术措施，而对柔 ・１６・ 因为 也是 的函数，且随Ｊｌ 的增加而减小。车辙与厚 度的关系，在其他条件不变时，在小于某一临界厚度时，随着 沥青层的厚度增加车辙增大，是增函数，在超过此临界厚度 时，沥青层的增加不会使车辙无地增大。此临界厚度与 路面结构、材料有关，一般在１５—２５ ｃｍ之间。１９９７年ＴＲＬ ［Ｄｅｓｉ ０ｆ ｌ０ｎｇ—ｌ ｎｅｘｉｂ１ｅ ｐａｖｅｍｅｎｔｓ￡）ｒ ｈｅａｖｙ ｔｒａｍｃ］报告 中对英国的干线公路和高速公路进行了开挖调查，调查发 现：当沥青层厚度小于１８Ｏ ｍｍ时，增加沥青层厚度会使车 辙显著增加，而沥青层厚度超过１８Ｏ一再增加厚度对车辙 增大的影响就很小了。同时，在对４５条密级配沥青稳定碎 石基层的柔性路面调查后认为，沥青层厚度在１８０～３６０ ｍｍ 时，车辙深度与沥青层厚度关系不大。沥青稳定基层的柔性 路面与半刚性基层沥青路面的车辙并无多大差别，对厚的沥 青路面，车辙主要发生在沥青层的上部ｌ０ ｃｍ左右范围内。 由此可见，采用柔性基层较厚的沥青路面结构形式对车 辙的影响与薄的半刚性基层沥青路面相差不大，但就沥青路 面的耐久性而言，选用柔性基层的沥青路面结构层较好。 （３）推荐沥青路面结构。 综合考虑防止沥青路面过早的产生坑槽、内部松散和车 辙等早期病害，对于高等级公路，建议采用沥青稳定碎石、级 配碎石等结构层来解决沥青路面内部排水问题，上面层采用 ＳＭＡ提高沥青路面的抗车辙能力。 表２推荐沥青路面结构组合形式 结构一 结构二 结构三 改性ＳＭＡ—ｌ６ ４ ｃｍ改性ＳＭＡ一１６ ４ ｃｍ 改性ＳＭＡ—ｌ６ ４ ｃｍ ＡＣ一２０ ６ ｃｍ ＡＣ一２０ ６ ｃｍ ＡＣ一２Ｏ ６ ｃｍ ＡＣ一２５ ８ ｃｍ ＡＴＢ一２５ ｌ２ ｃｍ ＡＴＢ一２５ ｌ０ ｃｍ 级配碎石ｌ５ ｃｍ 级配碎石２４ ｃｍ 水泥稳定碎石３０ ｃｍ 水泥稳定碎石２０ ｃｍ 水泥稳定碎石２Ｏ ｃｍ 石灰稳定土１８ ｃｍ 石灰稳定土ｌ５ ｃｍ ４结语 提高沥青路面的耐久性，防止沥青路面过早的产生早期 病害，除了考虑沥青路面原材料的选取、配合比设计、防排水 设计和沥青路面结构形式的选择来提高沥青路面的水稳性 和高温稳定性之外，还需要进行预防性养护，对早期损坏要 加强巡查，及时发现，立即采用措施，进行补救，沥青路面发 生早期损坏，一开始是局部的，如果不及时修补，损坏情况将 会迅速发展，造成更大的损坏。为了提高沥青路面的耐久 性，延长沥青路面使用寿命，需加强预防性养护的理念。 参考文献： ［１］ 沈金安．高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策．人民 交通出版社，２Ｏｏ４． ［２］沈金安．沥青与沥青混合料路面性能．人民交通出版社， ２ｏｏ１． ［３］ 公路沥青路面施工技术规范（ⅡＧ Ｆ４Ｏ一２Ｏｏ４）．中华人民共和 国交通部发布，２Ｏｏ４． ［４］武和平．高等级公路路面结构设计方法．人民交通出版社， １９９９．
