辽宁省高速公路双层面层路面结构性能衰变研究
时间：2022-12-03 15:35:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
任俊达，赵金成
(1.辽宁省交通建设投资集团有限责任公司 沈阳市 110166；
2.辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)
目前，辽宁省高速公路沥青面层的典型结构厚度为15.5～18cm，分成三层结构实施，表面层3.5cm或4cm的SMA-13L，中面层为5cm或6cm的LAC-20，下面层为7cm或8cm的LAC-25结构。但是在“十二五”前后，辽宁省部分高速公路结合项目交通量较小、降低工程造价等因素考虑，采用了设置两层沥青混凝土面层的方案。如2012年通车的S13永桓、S14辽开高速公路和2015年通车的灯辽等高速公路，经过几年的运行，路面性能出现衰减。以永桓、辽开高速公路为例，分析该类沥青路面结构的主要性能衰变特征及原因，以期为今后养护设计和类似结构的应用提供技术建议。
1.1 路面结构及交通量
辽开高速公路和永桓高速公路路面结构如表1所示，两条高速公路均为轻交通[1]。
表1 高速公路路面结构
1.2 气候条件
辽开高速公路和永桓高速公路沿线县市气象资料如表2所示，项目所属区域冬季寒冷，要重点考虑低温性能。
表2 项目沿线气象资料
2.1 路面性能评定
依据2019年7月道路综合检测结果和评定标准的规定，对各项指标进行统计评定分析[2]。结果如表3所示。
表3 路面性能评定结果
永桓高速公路原设计路面验收弯沉值为24.7(0.01mm)，2019年对双方向行车道的路面弯沉进行测量。测量结果为永陵方向代表弯沉的平均值为11.04(0.01mm)，桓仁方向代表弯沉的平均值为10.55(0.01mm)，表明路面强度普遍较高，全线PSSI指标都在98分以上。
辽开高速公路原设计主线路面验收弯沉值为24.7(0.01mm)，2019年对双方向行车道的路面弯沉进行测量。结果表明开原方向弯沉值整体大于辽源方向，开原方向弯沉平均值25.32(0.01mm)，辽源方向弯沉平均值19.09(0.01mm)。
2.2 路面性能指标随路龄变化规律
依据历年道路综合检测结果，对其他各项指标进行分析，如图1和图2所示。
图1 永桓高速逐年总体评价结果图
图2 辽开高速逐年总体评价结果图
从图1、图2可知，除PQI和PCI呈下降趋势，其他指标变化幅度均较小。造成路面性能下降的主要原因为PCI的衰变，而与其他如车辙(RDI)和平整度(RQI)等性能指标的相关性不大。
对路面病害情况进行现场调查发现，永桓高速公路路面主要病害形式为裂缝，其中以横向和纵向裂缝为主。辽开高速现场调查发现路面主要病害有横、纵缝，局部路段纵缝发展成块裂。为深入分析裂缝原因，对两条高速公路路面进行了钻芯取样检测。将永桓高速公路和辽开高速公路的芯样按裂缝发展深度划分为1cm以内、5cm(表面层)以内、12cm(全部面层)以内和面层基层四类，结果如图3和图4所示。
图3 横向裂缝芯样数量汇总
图4 纵向裂缝芯样数量汇总
可以看出，横向裂缝的发展深度有上面层5cm以内、上下面层12cm以内和面层基层，沥青路面的横向裂缝绝大部分在水平方向贯通整个路幅，在深度方向贯通面层甚至到达基层，通过现场观察病害芯样发现沥青层或基层层底出现松散现象。
纵向裂缝发展深度有上面层1cm以内、上面层5cm以内、上下面层12cm以内和面层基层四种，可以看出沥青路面的纵向裂缝是从路面向下发展的，通过现场观察芯样发现各结构层已脱离，尤其以沥青层和基层之间脱离最严重，脱离的主要原因是层间粘结差、局部层间被污染。
为了解沥青层的老化程度，将旧路芯样抽提[3]，并对回收沥青进行了针入度(25℃，5s，100g)、5℃延度、15℃延度、软化点等指标试验，结果如表4、表5所示。
表4 永桓高速回收沥青试验指标表
表5 辽开高速回收沥青试验指标表
从试验结果可以初步得出：永桓和辽开高速面层回收沥青除下面层LAC-25软化点指标满足要求外，针入度和延度指标都已不满足设计的技术要求；
随着深度增加，各指标衰减越少，沥青老化程度逐渐降低，表面层老化程度最严重。
对永桓高速公路回收的沥青进行低温弯曲蠕变BBR试验(-6℃、-12℃、-18℃)，分析原沥青面层不同深度的沥青老化状况。其中对旧路5cm中面层LAC-16划分为0～2cm和2～5cm，对旧路7cm下面层LAC-25划分为5～8.5cm和8.5～12cm，结果如表6所示。
表6 回收沥青(低温弯曲蠕变劲度模量)试验结果 MPa
多种成品SBS改性沥青试验表明在-12℃时的辽宁省SBS改性沥青蠕变劲度一般为30～70MPa[4]。试验中-12℃时的蠕变劲度远超范围，表明沥青已严重老化，低温抗裂性能随之下降[5]。
5.1 横向裂缝
实际取芯结果证明，调查路段横向裂缝为温缩裂缝和反射裂缝两种类型。这两种裂缝形式均对面层沥青混合料的低温性能敏感，对于温缩作用，当气温骤降时，由于沥青混合料的应力松弛赶不上温度应力的增长，超过混合料的极限应变时，便产生开裂。对于反射裂缝，主要是半刚性材料的温缩和干缩产生的。
5.2 纵向裂缝
现场钻芯情况表明，沥青路面的纵向裂缝是从路面向下发展的。同时，观察存在病害的芯样，多数芯样各结构层已脱离，尤其以沥青层和基层之间脱离最严重。造成各结构层脱离的主要原因是层间粘结差、局部层间被污染。由于各层脱离，路面的层间连续变为滑动体系，脱离开的各结构层只能单独承受车辆荷载和温度等作用。由于研究路段的路面结构中只有两层沥青层，即使在交通量水平很低的情况下，对于单独的沥青层也可以出现疲劳裂缝。
(1)以辽宁省永桓和辽开高速公路为研究对象，通过路面性能调查和评定、现场病害调查、钻芯取样和抽提沥青试验等一系列方法，考察了双层沥青混合料面层半刚性基层结构的性能衰变特征及原因。
(2)实际调查表明，严重的横向开裂和纵向开裂是造成PCI快速下降的主要因素。钻芯取样结果表明，57.2%的横向裂缝已贯通路幅和基层，79%的纵向裂缝在面层内分布，基层完好。
(3)BBR试验和横向裂缝预估表明沥青已严重老化，低温抗裂性能衰减严重，由此可知造成PCI衰减过快的主要原因是沥青低温性能不足，导致路面抵抗横纵向开裂的能力显著下降，在分析路段的养护设计和今后类似路面结构设计中应注意保证和提高沥青低温性能。
猜你喜欢 面层沥青路面 高弹倍固沥青防水涂料的研制建材发展导向(2022年12期)2022-08-19沥青混合料沥青用量测试方法研究河南科技(2022年8期)2022-05-31市政道路沥青路面面层裂缝产生原因及防治措施建材发展导向(2022年2期)2022-03-08沥青混凝土施工探讨建材发展导向(2021年23期)2021-03-08基于抗车辙性能的超长上坡高速公路沥青面层结构组合设计西部交通科技(2021年9期)2021-01-11高速公路 AC-20C SBS 改性沥青混凝土中面层压实工艺研究西部交通科技(2021年9期)2021-01-11微裂均质化处治再生技术在水泥混凝土路面的应用西部交通科技(2021年9期)2021-01-11GB 36246—2018《中小学合成材料面层运动场地》中国质量与标准导报(2018年7期)2018-09-10路面上的新科技语文世界(小学版)(2017年11期)2018-01-02大决心爆笑ｓｈｏｗ(2015年5期)2015-07-09
