瀝青路面初期損壞現(xiàn)象在我國(guó)是一種多發(fā)、常見(jiàn)的路面病害，在潮濕多雨的南方地區(qū)更為突出，一直以來(lái)困擾著我國(guó)的道路建設(shè)。近年來(lái)，隨著交通量、車輛荷載的日益增大以及新建快速路的大量修筑，路面初期損壞又出現(xiàn)了一些新的變化，其突出特點(diǎn)是損壞期提前，通常在建成通車后1年就發(fā)生損壞。本文把這類過(guò)早的早期損壞定義為初期損壞，并對(duì)其進(jìn)行了路面實(shí)地調(diào)查。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)了一種斑點(diǎn)狀泛油現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)具有越來(lái)越普遍的趨勢(shì)。對(duì)提取芯樣的試驗(yàn)分析進(jìn)而揭示了這種新型泛油病害的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素，包括車輛荷載、路面材料、路表和路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的積水，以及水和高速行車的復(fù)合作用等等。
1、路面調(diào)查
路面調(diào)查為期1年,先后調(diào)查了上海市和浙江省的9條瀝青路面，并對(duì)部分道路進(jìn)行了跟蹤觀測(cè)。這些道路都地處東南沿海的潮濕多雨地區(qū)，年降水量在1 000 mm以上。道路類型主要包括國(guó)道、城市主干道和快速路，通車時(shí)間半年至4年不等。路面結(jié)構(gòu)為半剛性基層上鋪筑15 cm瀝青面層,瀝青面層又分為上、中、下3層。瀝青表面層的瀝青混合料類型包括細(xì)粒式抗滑磨耗層、SMA以及中粒式普通瀝青混凝土；中面層一般采用中粒式瀝青混凝土或粗粒式瀝青混凝土；下面層一般采用粗粒式瀝青混凝土或粗粒式瀝青碎石。調(diào)查的主要內(nèi)容包括路面損壞現(xiàn)象及其發(fā)展規(guī)律、損壞原因、路面材料性能以及它們之間的關(guān)系。調(diào)查過(guò)程中,首先對(duì)全路進(jìn)行初步踏勘，紀(jì)錄發(fā)生路面損壞的位置、類型、損壞區(qū)域和嚴(yán)重程度。針對(duì)損壞部位，間隔15m連續(xù)鉆取芯樣不少于3只，觀察路面各結(jié)構(gòu)層的狀況，記錄取樣位置、路面狀況，編號(hào)后拍攝照片存檔。為了便于比較分析，同時(shí)對(duì)同一道路的非損壞部位也進(jìn)行了取樣和觀察。
2、新型泛油病害
通過(guò)對(duì)多條瀝青快速路的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)了一些具有明顯不同于以往道路病害的新的損壞現(xiàn)象，新泛油現(xiàn)象就是其中之一。
2·1傳統(tǒng)泛油的表現(xiàn)和肇因
傳統(tǒng)的泛油病害是指，過(guò)量的瀝青在高溫作用下膨脹，充滿瀝青混凝土中的空隙后溢出到路表的現(xiàn)象。泛油路段上，路面的表面紋理逐漸被溢出的瀝青填充，直至填滿甚至覆蓋表面集料顆粒，構(gòu)造深度也隨之逐步喪失。這種傳統(tǒng)的泛油通常整條路段地出現(xiàn)，路表如鏡面光滑，雨天車輛易打滑。
由于設(shè)計(jì)或施工原因造成的瀝青混凝土配比不當(dāng)是傳統(tǒng)泛油病害的主要原因。設(shè)計(jì)空隙率過(guò)小和瀝青填隙率過(guò)高（存在過(guò)量的瀝青）都可能導(dǎo)致泛油，受熱膨脹的瀝青充滿十分局促的空隙后溢出到路表，泛油在所難免?？梢哉f(shuō)傳統(tǒng)的泛油病害發(fā)生的內(nèi)因是設(shè)計(jì)或材料不當(dāng)，而誘發(fā)的直接外因是高溫。
2·2新泛油現(xiàn)象
不同于傳統(tǒng)的泛油，新泛油病害發(fā)生的范圍僅限于在輪跡帶上，通過(guò)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)其與溫度和交通量無(wú)明顯關(guān)系。新泛油現(xiàn)象表現(xiàn)為兩種形式，一是點(diǎn)狀的油斑由小到大發(fā)展；另一種是沿輪跡帶分布的帶狀泛油。油斑型泛油發(fā)現(xiàn)于兩條城市快速路上，建成通車僅1年。其面層結(jié)構(gòu)為SMAl6和LKl5型瀝青表面層,中下面層均為L(zhǎng)H25和LH35型瀝青混凝土。油斑型泛油的發(fā)展過(guò)程中，首先是某段輪跡帶上開(kāi)始出現(xiàn)小塊油斑，直徑1~2cm左右。當(dāng)泛油進(jìn)一步發(fā)展后，輪跡帶上的小塊油斑逐漸增多、增大，油斑的直徑增大到2~5cm不等，繼續(xù)沿輪跡分布。在油斑發(fā)展的最后階段，油斑的直徑、面積和爆發(fā)密度進(jìn)一步增大，直至各塊油斑逐漸聯(lián)通成片。
帶狀泛油現(xiàn)象是沿輪跡帶分布的，通過(guò)仔細(xì)觀察和對(duì)芯樣的抽提試驗(yàn)證明，發(fā)生此類泛油的路段瀝青用量正常，不存在過(guò)量瀝青。泛油的主要原因在于路面壓實(shí)不足或集料質(zhì)量較差（形狀、紋理）,礦料骨架易在車輛荷載的作用下發(fā)生錯(cuò)動(dòng)而擠壓瀝青上泛，
形成泛油。由于這種原因發(fā)生的泛油常伴有車轍變形類病害。造成這種現(xiàn)象的原因除壓實(shí)和集料因素外，混合料設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)交通量而言較低可能也是重要因素。
3、試驗(yàn)分析
為了揭示這種斑狀泛油現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理和影響因素，本文對(duì)損壞位置上所取的芯樣和正常路段的芯樣進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)分析,抽提試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
抽提試驗(yàn)12個(gè)樣本的瀝青含量平均值（%）表1
對(duì)比泛油路段和正常路段各層次實(shí)測(cè)瀝青含量可知，兩個(gè)路段的面層整體用油量大致相當(dāng)，而泛油路段的表面層瀝青量升高的同時(shí)，中面層的瀝青量卻在下降，由此可以推斷瀝青在面層結(jié)構(gòu)中發(fā)生了自下向上的遷移。
為了說(shuō)明瀝青在混合料中的遷移現(xiàn)象，可以作一個(gè)簡(jiǎn)單的估算。正常路段各層次的瀝青含量與設(shè)計(jì)值相同，所以可以假設(shè)混合料的瀝青沒(méi)有發(fā)生遷移。與正常路段相比，泛油路段中面層部分瀝青遷移到了表面層。因?yàn)橹忻鎸雍穸葹? cm,所以中面層1·1個(gè)百分點(diǎn)的瀝青遷移到表面層后，表面層的瀝青含量為：
5·7+1·1×5÷4=7·075
可見(jiàn)該計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合得非常好。所以,本實(shí)測(cè)結(jié)果揭示了這種遷移過(guò)程。
為了進(jìn)一步探究這種瀝青遷移的證據(jù)，我們將泛油的表面層從中部鋸開(kāi)分別測(cè)定瀝青含量。多個(gè)樣本的試驗(yàn)結(jié)果證明上層的平均瀝青含量明顯高于下層（上層為7·5%,下層為6·6%）,也就進(jìn)一步證明瀝青確實(shí)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生了向上遷移，其分布如圖1所示。
圖1瀝青在表面層內(nèi)的遷移
在油斑處提取的面層芯樣中，無(wú)一例外的發(fā)現(xiàn)了瀝青向上遷移的現(xiàn)象,并伴有中、下面層不同程度剝落甚至松散。由此可以推斷結(jié)構(gòu)層內(nèi)的瀝青總量保持基本不變的情況下，發(fā)生遷移的瀝青是從面層底部的集料表面剝落后向上遷移的，而面層瀝青的剝落必然是水作用的結(jié)果。
實(shí)際上，路面瀝青混合料經(jīng)受著遠(yuǎn)比想象更為苛刻的水侵蝕，路表積水在高速行車輪胎下產(chǎn)生的動(dòng)水壓力可以直接貫穿瀝青面層。由圖2可知,動(dòng)水壓力隨著車速的增加呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，當(dāng)車速為40 km/n時(shí)，動(dòng)水壓為0·06 MPa，而車速提高到80 km/h時(shí)的動(dòng)水壓增大到原來(lái)的4倍,達(dá)到0·24MPa，足以貫穿瀝青面層的表面空隙；而當(dāng)車速達(dá)120km/h時(shí)，動(dòng)水壓力達(dá)0·56MPa，已接近于汽車輪胎的接地壓力，其破壞作用更大。
圖2路表積水在行車輪胎下動(dòng)水壓力理論計(jì)算圖
以前，由于道路等級(jí)較低等多方面原因,車輛的速度較低，一般平均時(shí)速約為30~50 km/h。隨著近年來(lái)高等級(jí)道路和城市快速路的大量修筑，行車速度得到顯著提高,達(dá)到70~90 km/h。在如此高的車速下的動(dòng)水壓力也增大到原來(lái)的4倍左右,而快速路上采用的開(kāi)級(jí)配抗滑磨耗層本身的空隙率偏大，從而使南方多雨地區(qū)的快速路長(zhǎng)期處于高動(dòng)壓水的沖擊，最終導(dǎo)致水貫穿面層后長(zhǎng)期積聚在瀝青層底部。在行車荷載的揉搓作用下，瀝青層底部處于浸泡狀態(tài)的瀝青逐漸剝落成為自由瀝青，在水的作用下被擠壓上泛，并逐漸積存于路表附近形成大塊油斑。所以，大空隙率、高速行車和水的綜合作用是新泛油病害的主要肇因，這種相互作用造成了瀝青、集料粘附性的相對(duì)不足。
因此，瀝青與集料的粘附性要求應(yīng)隨設(shè)計(jì)空隙率的變化而變化。在混合料設(shè)計(jì)上對(duì)不同空隙率的混合料使用相同的粘附性標(biāo)準(zhǔn)并不十分恰當(dāng)，對(duì)瀝青、集料的粘附性要求應(yīng)隨混合料設(shè)計(jì)空隙率的變化而變化。混合料的空隙率越大，其內(nèi)部遭受水侵蝕的強(qiáng)度越大，瀝青與集料的粘附性要求應(yīng)越高，應(yīng)使用高標(biāo)準(zhǔn)粘附性要求。
4、結(jié)論
通過(guò)路面調(diào)查，一種不同于傳統(tǒng)道路病害的新泛油現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)。它表現(xiàn)為輪跡帶上逐漸增大的斑點(diǎn)狀泛油和帶狀泛油兩種主要形式。跟蹤觀測(cè)和取樣分析的結(jié)果進(jìn)一步揭示了其發(fā)展規(guī)律和損壞機(jī)理。
大空隙率、高速行車和水的綜合作用是新泛油病害的主要肇因，這種相互作用造成了瀝青、集料粘附性的相對(duì)不足。路面積水在高速行駛的汽車輪胎下形成很高的動(dòng)水壓，這種動(dòng)水壓隨車速的提高呈現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，當(dāng)車速較高時(shí)，所產(chǎn)生的動(dòng)水壓足以擊穿表面層瀝青混凝土，進(jìn)入面層底部。所以,對(duì)不同空隙率的瀝青混合料應(yīng)有不同的粘附性要求；在中面層和下面層中，對(duì)集料與瀝青的粘附性要求是同樣的，不應(yīng)有所降低。
路表水侵入面層內(nèi)部并長(zhǎng)期滯留在瀝青層底部，在行車荷載的反復(fù)作用和動(dòng)壓水沖刷下，集料表面的瀝青膜剝落成為自由瀝青，并在水的作用下被迫向上部遷移，從而導(dǎo)致面層上部泛油而底部松散，這種瀝青遷移現(xiàn)象是新泛油病害產(chǎn)生和發(fā)展的機(jī)理。
