沥青路面结构层界面效应探析

　　摘要：通过调查分析影响路面结构层间的界面性能的各个因素，初步拟从施工等外界因素着手，从中提炼出主要的影响因素；通过理论研究和试验分析，建立合适的界面破坏模型；通过现场实测与室内试验，对理论结果进行检验，进一步完善界面模型。总结上述理论分析和试验结果，提出更加合理的设计、施工方法。
　　关键词：沥青面层，半刚性基层，预防措施
　　一、前言
　　随着经济的发展，公路事业的发展已经步入快车道。沥青路面具有弹性和韧性、平整度好、噪声低等特点符合现代交通的要求，因此被广泛应用于各等级公路的新建、旧水泥路面的改造等建设。
　　当前，高速公路沥青路面早期破损问题，已成为影响我国公路健康发展的突出矛盾。不足之处主要表现在三个方面：一是损坏时间早，有的路面建成使用后不久，就出现了较严重的损坏现象，个别路段通车当年就出现了损坏，达不到设计寿命。二是损坏范围宽，全国各地都不同程度地存在着路面过早损坏问题。三是损坏程度重，有的损坏不是局限在沥青表面层，而是基层也发生损坏，不得不进行路面重建。
　　当沥青层和基层之间的界面条件从理想的连续状态过渡为滑动状态或半连续半滑动状态时，将有可能在荷载作用下早于基层首先发生弯拉开裂，并逐渐向上扩展，成为破坏的根源。为了使半刚性基层沥青路面能够在实际工程中能够得到更好的应用，非常有必要对这种界面特性进行细致的分析。
　　二、影响沥青路面结构层破坏的因素
　　(一) 结构层模量
　　结构层模量和厚度是沥青路面结构设计中的重要参数，其中影响较大的主要是面层和基层模量。
　　（二）地基沉降
　　公路建设中，对软基的处理不彻底，或软基地段处理后没有沉降稳定就进行修筑沥青路面，往往就会发生路基失稳或过量沉陷，从而导致沥青路面破坏或不能正常使用。
　　(三)水
　　沥青面层破坏的一个很重要的原因是水，沥青面层中水的来源有地面降水和路基中挤上来的水，或者大气降水渗到沥青面层中而排不出去，这样在汽车荷载及温度变化的作用下，沥青面层容易产生破坏。
　　（四）沥青面层颗粒离析
　　沥青面层集料局部粗集料偏多，细集料偏少，则不易压实，矿料与沥青的粘结力小，抗剪强度低，容易出现松散。局部细集料偏多，粗集料偏少，热稳定性差，则容易出现车辙、拥包等破坏。
　　（五）配合比
　　当矿粉较目标配合比时的矿粉平均粒径增大一倍时，就会有较多的沥青不能直接与矿粉表面交互作用形成结构沥青，而形成了较多的自由沥青，降低了沥青与矿料之间的粘结力。
　　（六）气候因素及路面基层施工质量
　　公路长期经受日晒、雨雪、酷热、冻融的作用，因而产生低温缩裂和高温车辙等现象，破坏沥青路面的使用性能。
　　三界面效应分析
　　（一）模型假定
　　建立路面设计力学模型时视路基、路面处于弹性状态。由于路面各层具有不同的力学特性，因此建立的力学模型为弹性多层体系。通常将实际的路面结构视为弹性半空间地基上由若干个具有一定厚度材料组成的弹性层状体系。
　　（二）弹性层状体系分析
　　计算时采用《公路沥青路面设计规范》(JTJ0141997)推荐的双圆均布荷载荷载接地压力分别采用0.8、1.2、1.8MPa。计算时采用网格法。
　　（三）路表最大拉应力
　　随着荷载的增加，路表最大拉应力基本上呈减小的趋势。从这个角度看采用柔性基层对减少路表拉应力，延缓或消除路面可能出现的自上而下的裂缝是有利的。
　　（四）耐磨试验
　　按照《混凝土抗磨性试验T0527-94》进行试验，试验结果表明半柔性复合路面混合料有着良好的耐磨性能，适应于广场路面、下坡路段等特殊路面。
　　
　　四、半刚性基层沥青路面破坏形态及预防措施
　　（一）路面破坏形态
　　半刚性基层沥青路面由于其结构特性和材料性质决定了它的使用中难免就会出现常见病，同时由于沥青路面状况和使用品质因环境的干、湿、冷、热的交替循环和行车荷载的反复作用而逐渐变坏，或完全丧失工作能力。其破坏形态各异，破坏的原因也是错综复杂；根据损坏现象的成因及对路面使用性能的影响，路面的破坏可分为开裂、水损害、车辙、沉陷等主要破坏模式。
　　（二）预防措施
　　1、设计措施
　　(1)考虑增加沥青层厚度
　　增加沥青层厚度对减轻沥青路面的温缩裂缝和半刚性基层的开裂的反射裂缝都有好处，可以间接地减小沥青层层底的各种应力，提高沥青路面的耐久性，尤其是耐疲劳性能。
　　(2)设置级配碎石过渡层，防止反射裂缝
　　设置沥青稳定碎石排水基层的半刚性沥青路面在功能上削减了半刚性基层的反射裂缝和减少了水对路面的破坏。
　　(3)增加基层厚度
　　随着底基层厚度的增加,沥青路面的弯沉值和面层层底应力都有很大程度的减小。可以提高路面的强度和它的使用寿命，有助于降低基层裂缝的扩展。
　　(4)面层与基层、基层与底基层充分粘结
　　实际工程中，采取措施使面层与基层、基层与底基层充分粘结，对路面的使用性能及寿命十分重要。
　　（5）设置胶粉改性沥青防水层最佳厚度
　　防水层的设置厚度对抗剪性能也有较大影响，胶粉改性沥青防水层最佳设置厚度为1.5mm。
　　（6）控制撒布碎石厚度
　　撒布碎石厚度对抗剪性能也有影响，当碎石粒径在5mm~10mm层间抗剪能力最强。胶粉改性沥青防水材料性能优于SBS。
　　2、施工措施
　　(1)注意地基排水
　　地基的排水固结是比较长的过程，因此，一方面要根据软基情况进行加固整治，一方面要有较长的沉降时间，定期进行观测，待地沉降稳定后进行施工。
　　(2)路基及路面基层施工的预防措施
　　在施工时应严格控制沥青混合料的拌和质量，加大马歇尔试验频率，严格控制沥青混合料的油石比、稳定度等指标，必要时对混合料进行特殊配合比设计。
　　(3)提高面层摊铺质量
　　在摊铺混合料时，运距不能过远，沥青摊铺温度控制在130℃～160℃为宜。同时保证沥青面层的压实度。纵向、横向接缝应紧密、平顺。
　　五、结语
　　由于沥青属于高分子材料，具有较强的温度敏感性，并且沥青路面结构在使用中是暴露在自然环境下，所以沥青混合料及沥青路面结构的疲劳损伤断裂非常复杂，有必要开展细致的研究。随着我国经济的发展，在未来相当长的时间内，我国仍要建设大量的沥青路面，这需要强有力的技术保障与支撑。本文正是紧密的结合了相关研究需要，从理论上提高人们对沥青路面的认识，指导设计、施工人员进行更加合理的路面结构设计和施工，从而使得沥青路面能够得到更好的应用。
　　
　　
　　
　　参考文献：
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　　[3]刘世亮高速公路沥青路面早期破坏的成因与对策科技资讯.2006(34).-50-51

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