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造成道路瀝青路面破損的原因

瀝青混凝土路面具有表面平整、無接縫、行車舒適、耐磨、振動小、噪聲低、施工斯短、養護維修簡便、適宜于分期修建等優點,因此獲得越來越廣泛的應用。在高速公路的建設中,我國的絕大部分高速公路都采用瀝青混凝土路面。隨著國民經濟快速、協調發展,我國道路交通量日益增大,車輛迅速大型化且嚴重超載,使公路路面面臨嚴峻的考驗。現有高速公路的有效服務時間普遍未能達到其設計使用年限,常常在通車2~3年便出現了較為嚴重的早期破損現象。在當前公路建、養資金嚴重不足的情況下,研究瀝青路面的早期破損原因及防護具有特別重要的現實意義。

  1. 瀝青路面早期破損的類型

  1.1橋頭跳車


橋頭跳車一般是臺背填土壓實不足,導致填土在臺背后數十米范圍內下沉。其特征為:沉降在行車方向是漸變的,延續距離相對較長,路面的整體強度未受破壞,路表面也少有損壞,但行車時具有明顯的“波浪”感。


  1.2沉陷


沉陷一般是由基層局部成形不足,強度不夠,在行車載荷和自然因素等作用下形成的。對于大面積沉陷往往是由于路基(高填方地段)不均勻沉降或局部滑移面引起的。


  1.3裂縫路面


裂縫是路面早期破損最常見的病害之一,它的危害在于從裂縫中不斷進入水份使基層甚至路基軟化,導致路面承載能力下降,加速路面破壞。   1.3.1橫裂縫橫向裂縫可分為荷載性裂縫和非荷載性裂縫兩大類。荷載性裂縫是由于路面設計不當和施工質量低劣,或由于車輛嚴重超載,致使瀝青面層或半剛性基層內產生的拉應力超過其疲勞強度而裂縫。非荷載性裂縫是橫向裂縫的主要形式,它有兩種情況:瀝青面層溫度收縮性裂縫和基層反射性裂縫。一般認為這種裂縫不可避免,對路面的整體性沒有損害。   1.3.2縱裂縫縱向裂縫可分為兩種情況:一種情況是由于路基壓實度不均勻,路面不均勻沉陷而引起的,如發生在半填半挖處的裂縫。另一種情況是瀝青面層分幅攤鋪時,兩幅接茬未處理好,在行車載荷作用下,易形成縱縫。有時,車轍邊緣也會有縱裂縫。   1.3.3龜裂龜裂又稱網裂,通常是由于路面整體強度不足,基層軟化,穩定性不良等原因引起的,瀝青路面老化變脆,也會發展成網狀裂縫。一般多發生在行車道輪跡下。

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  1.4車轍變形


車轍是在行車載荷重復作用下,路面產生累積永久性的帶狀凹槽。   1.4.1結構性車轍由于荷載的作用,發生在瀝青面層以下包括路基在內的各結構層的永久變形。這種車轍寬度較大,兩側沒有隆起現象,橫斷面成凹字形。   1.4.2磨損性車轍由于車輛不斷地磨損路面,特別是大量重型超載車輛渠化行駛在主車道上,磨損路面也會形成車轍。   1.4.3流動性車轍在高溫條件下,車輪碾壓反復作用,荷載應力超過瀝青混合料的穩定度極限,使流動變形不斷積累形成車轍。這種車轍一方面車輪作用部位下凹,另一方面車輪作用甚少的車道兩側反而向上隆起,在彎道處還明顯向外推擠,車道線或停車線因此可能成為變形的曲線。


  1.5坑槽


瀝青路面的坑槽往往都有一個形成過程,起初局部龜裂松散,在行車載荷和雨水等自然因素作用下逐步形成坑槽。   1.5.1壓實不足性坑槽一般情況是施工時混合料溫度太高,使瀝青老化,粘結力降低,脆性增加,導致壓實不夠,粘結不牢,在行車載荷作用下,形成坑槽;另一種情況是混合料溫度太低,攤鋪不均勻,壓實不充分,導致壓實度不夠形成坑槽。   1.5.2厚度不夠性坑槽路面下面層局部標高控制不嚴,導致瀝青上面層個別地方厚度不夠,在行車作用下,部分混合料易被“帶走”,形成坑槽。   1.5.3水損害性坑槽這種坑槽是瀝青混凝土路面早期破壞中常見的坑槽,其形成過程可歸納如下:   (1)在開始階段,水分侵入瀝青與集料的界面,以水膜或水氣的形式存在,影響瀝青與集料的粘附性。   (2)在反復荷載的作用下,瀝青膜與集料開始剝離。   (3)漸漸地,路面開始麻面、松散、掉粒。最后形成坑槽。 水損害破壞是瀝青混凝土路面在水或凍融循環的條件下,由于汽車輪動態荷載的作用,進入路面空隙中的水不斷產生動水壓力或真空負壓抽吸的反復循環作用,水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上,使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結力,瀝青膜從集料表面脫落(剝離),瀝青混合料出現掉粒、松散,繼而形成瀝青混凝土路面水損性坑槽。


  1.6瀝青路面的表面功能衰減


瀝青路面的表面功能是指瀝青路面的平整、抗滑、噪音、濺水和水霧等。這里主要說明路面抗滑性能的衰減。 在我國,瀝青路面抗滑性能在通車后迅速下降主要有兩方面原因,第一是瀝青標號過大,針入度偏大,瀝青用量可能過多,路面漸漸泛油,構造深度下降,直到變成光滑的路面。第二是粗集料不耐磨,迅速磨光。


  2. 瀝青路面早期破損的形成原因


  2.1路面結構設計上的問題。


采用半剛性基層時只用彎沉控制設計,忽略層底彎拉應力是否合理,變化幅度達100℃的冬夏溫差對于半剛性基層和面層的溫縮開裂的作用。另外,設計時沒有考慮防止反射裂縫問題,路基路面應作為整體進行綜合設計。還有,結構層設計厚度太小也是導致路面早期破損的重要原因之一:路面面層受行車水平力和垂直力的綜合作用,在面層結構內產生剪應力。從力學角度而言,這種綜合作用越大,面層產生的剪應力就越大。對車輛在公路上的不同位置進行受力分析可知,在車輛啟動、制動處,縱坡較大的坡道以及合成坡度較大的彎道內側,路面面層所受車輛的水平力和垂直力的合力較大,較易發生剪切破壞。同時,據有關資料分析,剪彩應力對路面的破壞一般在路面表層的5~8cm范圍內,隨著深度的增加,其破壞影響逐漸消失。


  2.2路面原材料。


  (1)由于我省的氣候特點是冬季寒冷、夏季炎熱、四季溫差大(,要求瀝青材料具有優良的粘結力、抗老化性能、高低溫穩定性能。另外,隨著國民經濟的蓬勃發展,公路運輸超、重載現象嚴重,對瀝青材料的性能提出更高的要求。瀝青材料性能不過關是我省瀝青路面早期破損的主要原因之一,普通瀝青已不能完全適應形勢發展的需要,推廣應用改性瀝青已勢在必行。   (2)目前我省路面基層以水泥穩定或二灰穩定砂礫為主,由于料源有限且考慮經濟因素就地取材,砂礫、碎石土等天然材料質量較差,使得路面基層質量難以保證。從路面材料情況來看,主要問題是骨料的表面特性、形狀、磨耗值、級配不能滿足使用要求,以及礦粉的質量難以保證,從而導致瀝青混合料的內摩阻力和內聚力、粘結力下降,瀝青路面也就極易發生早期破損。

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  2.3施工質量問題。


  2.3.1對透層油或粘層油的作用認識不夠,造成各結構層間連續性和粘結性差,如為降低工程造價攤鋪面層前基層不灑粘層油,或灑布工藝控制不嚴造成計量不準、油膜不均勻、不連續稠度;基層清掃不凈,殘余浮土、碎石、油污等形成隔離層。   2.3.2我省半剛性基層施工初期曾使用五鏵犁拌合,后期主要是拌合機路拌,刮平機和壓路機組合攤鋪,極易造成水泥等粘結材料拌和不勻、基層頂面泛漿形成光滑的灰漿層或硬殼,從而層間粗糙度不足。目前全省正在大力推廣工廠拌合、攤鋪機攤鋪的工藝,基層質量明顯提高。   2.3.3面層鋪筑過程中易出現壓實度不足,造成面層內部孔隙率較大,使得瀝青混合料粘結力、防水性能下降,如碾壓設備不當或碾壓遍數不夠;拌和廠離施工現場較遠,運距過長,運輸途中瀝青混合料熱量損失較大,運至現場后溫度不能滿足鋪筑要求;為保工程進度低溫施工,或拌和過程中油溫過高致使瀝青老化。


  2.4路面滲水


高速公路路面面層損壞的一個很重要的原因是由于路面滲水所引起的。天氣降水滲到瀝青面層中而排不出去,這樣在汽車荷載及溫度變化的作用下,瀝青面層產生破壞。


  2.5超、重載運輸問題


超、重載運輸導致路面早期破壞、縮短路面設計使用壽命、增加額外補強或改建費用。因此,路面實際使用壽命與超限運輸之間的定量分析,是一個不可忽視的研究課題。


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