柔性路面破坏机理研究

柔性路面破坏机理研究

朱卫勇

（甘谷公路管理段，甘肃 甘谷 741200）

【摘要】柔性路面破坏受交通、气候、日照等自然因素影响，其次，受到材料、温度、施工工艺、路面结构本身特殊性、渠化交通等因素影响，产生了三大类，共计8种破坏形式，分别研究其破坏机理，为今后设计、施工和路面维修工作提供可靠的科学理论。

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关键词 柔性路面；破坏；机理

0引言

柔性路面大部分以沥青路面或者沥青混凝土路面出现，由于它具有养护维修方便、技术成熟、行车稳定性和舒适性较好，因此，各级公路大部分为柔性路面。然而，沥青混凝土路面在使用几年后,路面受交通、气候、日照等因素的影响,开始氧化并出现轻微车辙、疲劳裂缝、骨料剥落等路面病害。这些病害经过一个雨季后加速发展和扩大,逐步进入下层,造成整个沥青面层、甚至基层结构的损害，以致柔性路面施工养护任务也越来越重，且占有相当比重的投资额，成为公路行业中另外一个新兴产业。要做好公路施工养护与维修，必须要对各种破坏机理进行研究，分析其破坏类型、破坏形式、破坏时期等。其中常规的损坏主要分为裂缝、变形、表面损坏一级其他损坏四种类型，每一种类型又有很多不同的表现形式

1路面裂缝破坏机理

路面裂缝是路面破坏的主要类型之一，其中裂缝类主要包括疲劳裂缝、反射裂缝、低温裂缝。

疲劳裂缝主要公路在使用阶段后，在车辆荷载长期反复作用下，沥青结构层底拉应力成果材料的疲劳强度，地面边发生开裂，并逐渐扩展到表面而形成。有时在改建公路或者拓宽的交界处，强度质量不均匀，不良的施工搭接以及过大的荷载，其中路面产生疲劳裂缝，在路面上大部分以纵向表现较多。由于半刚性基层的模量很大，造成了路面内的剪应力很大，基层的模量越高，面层内的剪应力越大，荷载的重复作用造成了混合料的剪切疲劳，当伴随沥青迁移现象发生时，剪切疲劳破坏很容易发生，内部松散就是剪疲劳损坏的外在表现，从相关设计理论可知，半刚性基层沥青路面的结构层设计，基层与沥青面层的模量比宜在1.5～3之间，基层与底基层的模量比不宜大于3.0，底基层与土基模量比宜在2.5～12.5之间，主要是各层模量比过大，容易出现的剪切疲劳破坏（如图1）。龟裂是在路面局部区域内，龟纹状的交错裂缝。龟裂是路面结构在重复荷载作用下的疲劳损坏，是结构强度不足的体现，属于结构性破坏，基层松散破坏、面层疲劳老化。基层面层整体维修（如图2）。

反射裂缝一般都是横向裂缝，但是当路面宽度很大时，反射裂缝也表现为纵向裂缝，应为当路面很宽时，横向的收缩也足以造成基层的开裂并反射到路面。主要由于我们近年来，重型交通荷载不断升级，为确保承载能力，节约造价，近年来强调了强基薄面的主导思想，路面基层强度过分提高，材料由原来的3~5%水泥剂量水泥稳定砂砾改为级配碎石，半刚性基层的模量很较大。基层由弹性变为刚性，在重型车辆荷载作用下，产生较大竖向位移，竖向位移超过了容许位移，导致基层先开裂，带动面层后开裂（如图1）。

收缩裂缝主要表现为低温缩裂。特别在北方地区，当气温下降速率较大，沥青类路面材料因急剧收缩受阻，产生较大拉应力，若拉应力成果抗拉强度时，面层就会拉裂，路面纵向尺寸远远大于横向尺寸，即纵向约束大于横向约束，出现许多横向裂缝。较低温度对沥青混合料的力学性能也有重要影响，在低温或荷载时间短暂的情况下属于弹性劲度，它用于计算结构内的临界应变，低温时，沥青混凝土路面温度过低，路面以下温度较高，在热量散失存在温度梯度，路表面由于受气温等原因温度率先降低，产生低温拉应力大于材料该温度时容许拉应力，最后出现低温裂缝。

通过半刚性基层模量提高，大大增强了路面结构的整体抗变形能力，结构层的基底弯拉应力也变得很小，随着交通量的提高、半刚性基层的质量得到了持续的改进，使其模量很大，路面弯沉很小，过大的基层模量对减少弯沉和面层底面的弯拉应力是非常有益的，但是增加了面层内的剪应力。提高基层模量的方法来提高路面的抗力，减少了弯沉和沥青层底面的弯拉应力，确增大了面层内的剪应力；面层过大的孔隙率又使其强度大大降低，这使得路面发生剪切疲劳破坏的几率大大增加。

2路面变形破坏机理

沥青路面常规的损坏变形损坏类型，主要包括车辙和沉陷。

沉陷是由于基层或者路基的局部压实不足，造成的继续沉降引起路面的大面积沉降（不属于面层的原因）（如图3）。

车辙是轮迹带上出现的峡长形凹槽，车辙产生的外因是渠化交通和荷载作用次数的增加，内因是沥青混凝土的高温稳定性和抗塑性变形能力差，在车辆荷载的碾压下产生横向剪切变形流动。高速公路交二级公路明显，高速公路的长、陡坡路段较其他路段明显。高标号沥青铺筑的路面较低标号沥青铺筑的路段明显，普通沥青铺筑的路面较改性沥青铺筑的路面明显。试验表明在连续7天大气温度超过27℃普通沥青铺筑的重载交通的路面就有可能出现车辙，动稳定度，马歇尔稳定度（如图4）。

推挤变形 当沥青混合料的稳定度较差时，在交叉路口、匝道进出口，由于进出刹车、启动，使路面在水平剪力的作用下产生搓板状的推挤变形。

3路面表面损坏破坏机理

沥青路面磨光、麻面和坑槽是路表损坏的常见现象。

磨光是指路表外露的集料颗粒在行车轮胎的摩擦作用下逐渐被磨光滑的现象（链接）。磨光的主要成因是集料的硬度和耐磨性较差，选用材质较好的集料可有效地加以防治。由于磨光使路面的构造纹理减少，路面的抗滑性也将随之下降，成为交通安全的一大隐患（如图5）。

麻面是指沥青混合料的细集料或部分粗集料散失造成的路面病害。其主要原因是酸性集料、集料中的含尘量过大、粗集料表面有锈、干燥筒中燃油燃烧不充分、沥青质量不合格、油石比偏小、矿粉掺加量不足等造成沥青与集料粘附性不足。

坑槽是指路面材料散失后形成的各类凹坑，造成路面坑槽的主要原因有龟裂碎块松动脱出、沉陷后损坏并脱出以及层间粘结不足、表面脱落等（如图6）。

泛油是指沥青面层中的自由沥青受热膨胀直至沥青混凝土空隙无法容纳，溢到路表的现象。泛油的原因有：沥青用量过多；沥青稠度太小；设计的空隙率过小使沥青混合料饱和度过高，混合料内没有足够的空间容纳自由沥青热膨胀时的体积变化；混合料拌和、摊铺过程中离析使细料过于集中；沥青混合料生产中沥青用量控制不准而过量；沥青的含蜡量偏大；地表水渗入使沥青剥离上浮等。泛油是一个不可逆的过程，并不能随着温度的降低得到恢复。当沥青混合料内的沥青受热膨胀而充满了所有的空隙后，集料基本上被连续的沥青相所包围，集料颗粒就像悬浮于沥青中一样，集料骨架的嵌挤作用也因此而相对减弱，容易产生搓动，在行车荷载的反复作用下，混合料不断被压密，也就是矿料间隙率逐渐减少，以至于无法容纳原来的沥青量。

4结论

路面结构在行车荷载反复作用下，逐渐破坏，使其丧失工作能力。路面设计、施工、维护的具体目标就是控制路面结构性能在预定的使用年限内不恶化到某种程度。要进一步提高路面质量，研究路面破坏形式很有必要，通过路面的破坏机理研究，确定为基层的弹性模量、沥青的稠度、劲度、饱和度、施工压实等综合因素，为今后路面设计、施工和维护提供更加可靠的控制因素和技术指标。

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参考文献

［1］任奕,谈至明,孙明伟．基于路面性能衰变规律的预防性养护措施和时机选择[J]．公路,2007(9)．

［2］董瑞琨,等.路面预防性养护时机确定方法探讨[J].中国安全科学学报,2004(3).

［责任编辑：邓丽丽］