沥青路面水损害的成因与防治措施

2009-07-02赵鲁京

中国新技术新产品 2009年19期

赵鲁京

摘要:随着近几年道路建设的突飞猛进,沥青路面作为高级路面被广泛采用,然而面对沥青路面极易出现的早期损害现象,水损害是其中首要的也是最严重的现象之一,应引起我们关注。本文通过分析沥青路面水损害的特点,针对其产生原因,提出防治措施。以期通过科学的方法避免或减轻沥青混凝土路面的水损害。

关键词:沥青路面;水损害;材料;施工;设计

1 沥青路面水损害的特点

为了解沥青路面水损害特点,进行了大量的调查研究,同时对国际上有关水损害的文献论述进行了调查研究。通过这两方面的调查,可以发现,水损害具有以下特点。

1.1 自上而下的表面层水损害

许多初期的路面水损害是从上往下发生的,它往往局限于表面层发生松散和坑槽,如果及时修补,路面性能可以很快恢复。在降雨过程中,雨水首先渗入滞留在表面层沥青混凝土的空隙中。当下层的沥青混合料密水性好,且沥青层层厚较大,向下渗透相对比较困难,在大量高速行车的作用下,反复产生的动水压力逐渐使沥青从集料表面剥离,局部沥青混凝土变成松散,碎石被车轮甩出,路面产生坑槽。实际上,无论表面层沥青混凝土是密实式或半开式,甚至是采用了改性沥青或抗剥落剂的SMA结构,许多工程都有类似的表面层坑洞,只是坑洞的个数和面积的比例有显著差别。

自上而下的沥青路面水损害主要是表面型坑槽,它的形成条件是水能够渗入表面层,但继续往下渗比较困难,同时表面有大的空隙。从上而下的水损害即使出现表面型坑槽,也容易修补。但是如果不及时维修,损害面积的扩散也很快。所以要尽快维修,尽量减少对路面的损害。

1.2 自下而上的水损害

该类水损害之初,一般都先有小块的网裂、冒白浆(pep浆),然后松散成坑槽。当沥青路面存在薄弱环节,例如由于离析造成上下有连通的空隙,水在这些地方比其他地方更容易进入路面内部,并很快进入到基层表面;由于半刚性基层过分致密,不能迅速将水排除时水滞留在沥青层和基层的界面上,形成蓄水层;在汽车荷载的作用下,基层上面的水产生动水压力,不断冲刷基层表面,并形成灰浆;灰浆从上下连通的孔隙中被荷载挤出,成为唧浆。与此同时,沥青层和基层的界面条件恶化,可能很快转变为滑动的界面条件,沥青层底部承受很大的拉应力,反复荷载的疲劳作用同时发生,拉应力超过极限而开裂。

2 沥青路面水损害的原因

2.1 结构原因

水分通过孔隙(或其他途径)进入沥青路面结构层内,并浸入矿质集料内,由于表面张力(和其他化学力)的作用,使沥青与石料间的联结被削弱或完全剥离,汽车轮胎对路面挤压搓揉作用及与路面间的真空吸附作用加速了剥离的进程。致使路面很快损坏。

2.2 材料原因

采用二氧化硅含量高的石料(俗称酸性石料),与沥青的裹覆能力差;沥青与集料间的联结力是影响沥青路面寿命的一个重要因素,联结力的丧失会导致沥青路面的破坏。已有的研究认为有多种因素影响沥青与集料间的联结力,它们可能是:沥青和集料的表面张力;沥青和集料的化学成分;沥青的粘度;集料的表面纹理;集料的多孔性(吸附能力);集料的清洁程度;集料的含水量和与沥青的拌和温度。

作为压实沥青混合料的强度指标,一般认为,沥青混合料内聚力指标能否是得到满足,一定程度上取决于沥青膜与集料间是否有足够的联结力,同时也受到沥青膜粘度等因素的影响。由于目前的技术水平还无法单独测定联结力的大小。因此,目前只能用内聚力指标间接描述联结力情况。混合料内聚力可以通过稳定度试验、回弹模量试验或拉伸试验来测定。水可以通过多种方式影响沥青混合料的内聚力,如:联结力、沥青膜和混合料内孔隙的膨胀等周此,浸水试验后内聚力测定值的损失,不仅仅是联结力单因素的作用结果。

2.3 施工和设计原因

沥青混合料设计孔隙率过大或沥青路面施工过分强调平整度,忽略密实度,致使路面碾压不足,孔隙率过大,或因为沥青路面摊铺时混合料离析,造成局部孔隙率过大而出现透水;大量的研究指出:沥青混合料的孔隙对其水敏感性具有重要的作用。因此,理想的研究状态不仅应该是定性的还应该是定量的。这是因为当集料的种类和级配不同时,即使有相同的孔隙率,混合料的渗透性和水敏感性也是不同的。目前沥青混合料设计时常用的孔隙率确定方法(水中重法、体积法等)只能给出混合料中孔隙的量,而无法给出混合料中孔隙的尺寸大小、形状,特别是孔隙分布等信息。从这个角度看,用目前的孔隙率数值分析沥青混合料的水稳定性仅仅是一个平均的水平,用概率的话来说,其保证率(安全度)只有50%。4%的孔隙率如果分布不均匀的话,其后果也将是严重的。这一点已得到沥青混合料微观结构显微分析结果的验证。

3 沥青路面水损害的防治措施

要解决沥青路面水损害问题,根据其损害特点和损害原因,考虑从以下几方面采取措施。

3.1 路面结构层孔隙率设计

沥青面层的各层采用设计孔隙率不大于5%的密级配沥青混合料,并适当增加直径为2.36mm的集料用量。防止面层本身透水,既可以减轻水损害,又可以减少辙槽。

3.2 排水层设计

路表排水最好采用硬化土路肩,雨水直接由路面横坡排水。下面层底可采用沥青含量高的沥青砂做下封层和边缘设置排水设施,或者设置层间内部排水系统,挖方路段和中央分隔带也应建立完整的排水系统。

3.3 材料选择

对于集料,通常使用孔隙率小于0.5%且粗糙并洁净的集料。碱性石料比酸性石料具有更好的抗水害的能力。建议沥青上面层石料采用优质碱性岩石(如玄武岩),以增加沥青路面抗水损害性能,中下面层采用石灰岩碎石。沥青与集料的黏附性与沥青的黏度有关。黏度越大,抗剥离性越好。在选择沥青稠度时,应选用针人度小的沥青,以增大黏度,增加抗水损害的性能。此外,还要防止沥青污染。

3.4 掺加抗剥离剂

当沥青与集料之间的黏附性不合格,或沥青混合料的水稳定性达不到要求时,必须掺加抗剥离剂。常用的抗剥离剂有以下3种。

消石灰。消石灰是最常用、最经济的抗剥离剂,可提高沥青的黏性,改善沥青混合料的抗剥落性能、水稳定性和抗老化性能。

有机高分子材料抗剥离剂。最好选用高温时稳定、难分解且具有阳离子、阴离子两种极性的抗剥离剂。

水泥。水泥呈碱性,可使酸性岩石与沥青形成良好的黏结,提高沥青路面抗水损害能力。

3.5 施工、养护与管理

从施工角度考虑,集料应干燥、清洁并且拌和良好。若集料潮湿,应提高加热温度,延长拌和时间,并除去集料中影响沥青与石料黏结的杂质和尘土。压实度不足会使孔隙率增大,降低抗剥离性能,建议提高压实度标准值,并要严格防止混合料离析引起水损害。

超重车对沥青路面的损害非常大。应加强管理,对超重车辆严格予以控制,而且要加强养护管理,出现水损害时,应及时处理。

3.6 建议制订地方性路面设计指南

制订地方性路面设计指南,对于交通量超过104pcu/d的高速公路,沥青路面的上面层和中面层要求采用改性沥青;对于上面层,要求采用SMA结构,有效提高沥青路面面层强度和耐久性。

综上所述,防治沥青混合料的水损害,必须从各个方面综合采取措施才能够达到目的。

结束语