瀝青路面水損害的成因與防治措施

趙魯京

摘要:隨著近幾年道路建設(shè)的突飛猛進(jìn),瀝青路面作為高級路面被廣泛采用,然而面對瀝青路面極易出現(xiàn)的早期損害現(xiàn)象,水損害是其中首要的也是最嚴(yán)重的現(xiàn)象之一,應(yīng)引起我們關(guān)注。本文通過分析瀝青路面水損害的特點(diǎn),針對其產(chǎn)生原因,提出防治措施。以期通過科學(xué)的方法避免或減輕瀝青混凝土路面的水損害。

關(guān)鍵詞:瀝青路面;水損害;材料;施工;設(shè)計

1 瀝青路面水損害的特點(diǎn)

為了解瀝青路面水損害特點(diǎn),進(jìn)行了大量的調(diào)查研究,同時對國際上有關(guān)水損害的文獻(xiàn)論述進(jìn)行了調(diào)查研究。通過這兩方面的調(diào)查,可以發(fā)現(xiàn),水損害具有以下特點(diǎn)。

1.1 自上而下的表面層水損害

許多初期的路面水損害是從上往下發(fā)生的,它往往局限于表面層發(fā)生松散和坑槽,如果及時修補(bǔ),路面性能可以很快恢復(fù)。在降雨過程中,雨水首先滲入滯留在表面層瀝青混凝土的空隙中。當(dāng)下層的瀝青混合料密水性好,且瀝青層層厚較大,向下滲透相對比較困難,在大量高速行車的作用下,反復(fù)產(chǎn)生的動水壓力逐漸使瀝青從集料表面剝離,局部瀝青混凝土變成松散,碎石被車輪甩出,路面產(chǎn)生坑槽。實(shí)際上,無論表面層瀝青混凝土是密實(shí)式或半開式,甚至是采用了改性瀝青或抗剝落劑的SMA結(jié)構(gòu),許多工程都有類似的表面層坑洞,只是坑洞的個數(shù)和面積的比例有顯著差別。

自上而下的瀝青路面水損害主要是表面型坑槽,它的形成條件是水能夠滲入表面層,但繼續(xù)往下滲比較困難,同時表面有大的空隙。從上而下的水損害即使出現(xiàn)表面型坑槽,也容易修補(bǔ)。但是如果不及時維修,損害面積的擴(kuò)散也很快。所以要盡快維修,盡量減少對路面的損害。

1.2 自下而上的水損害

該類水損害之初,一般都先有小塊的網(wǎng)裂、冒白漿(pep漿),然后松散成坑槽。當(dāng)瀝青路面存在薄弱環(huán)節(jié),例如由于離析造成上下有連通的空隙,水在這些地方比其他地方更容易進(jìn)入路面內(nèi)部,并很快進(jìn)入到基層表面;由于半剛性基層過分致密,不能迅速將水排除時水滯留在瀝青層和基層的界面上,形成蓄水層;在汽車荷載的作用下,基層上面的水產(chǎn)生動水壓力,不斷沖刷基層表面,并形成灰漿;灰漿從上下連通的孔隙中被荷載擠出,成為唧漿。與此同時,瀝青層和基層的界面條件惡化,可能很快轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒拥慕缑鏃l件,瀝青層底部承受很大的拉應(yīng)力,反復(fù)荷載的疲勞作用同時發(fā)生,拉應(yīng)力超過極限而開裂。

2 瀝青路面水損害的原因

2.1 結(jié)構(gòu)原因

水分通過孔隙(或其他途徑)進(jìn)入瀝青路面結(jié)構(gòu)層內(nèi),并浸入礦質(zhì)集料內(nèi),由于表面張力(和其他化學(xué)力)的作用,使瀝青與石料間的聯(lián)結(jié)被削弱或完全剝離,汽車輪胎對路面擠壓搓揉作用及與路面間的真空吸附作用加速了剝離的進(jìn)程。致使路面很快損壞。

2.2 材料原因

采用二氧化硅含量高的石料(俗稱酸性石料),與瀝青的裹覆能力差;瀝青與集料間的聯(lián)結(jié)力是影響瀝青路面壽命的一個重要因素,聯(lián)結(jié)力的喪失會導(dǎo)致瀝青路面的破壞。已有的研究認(rèn)為有多種因素影響瀝青與集料間的聯(lián)結(jié)力,它們可能是:瀝青和集料的表面張力;瀝青和集料的化學(xué)成分;瀝青的粘度;集料的表面紋理;集料的多孔性(吸附能力);集料的清潔程度;集料的含水量和與瀝青的拌和溫度。

作為壓實(shí)瀝青混合料的強(qiáng)度指標(biāo),一般認(rèn)為,瀝青混合料內(nèi)聚力指標(biāo)能否是得到滿足,一定程度上取決于瀝青膜與集料間是否有足夠的聯(lián)結(jié)力,同時也受到瀝青膜粘度等因素的影響。由于目前的技術(shù)水平還無法單獨(dú)測定聯(lián)結(jié)力的大小。因此,目前只能用內(nèi)聚力指標(biāo)間接描述聯(lián)結(jié)力情況?；旌狭蟽?nèi)聚力可以通過穩(wěn)定度試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn)或拉伸試驗(yàn)來測定。水可以通過多種方式影響瀝青混合料的內(nèi)聚力,如:聯(lián)結(jié)力、瀝青膜和混合料內(nèi)孔隙的膨脹等周此,浸水試驗(yàn)后內(nèi)聚力測定值的損失,不僅僅是聯(lián)結(jié)力單因素的作用結(jié)果。

2.3 施工和設(shè)計原因

瀝青混合料設(shè)計孔隙率過大或?yàn)r青路面施工過分強(qiáng)調(diào)平整度,忽略密實(shí)度,致使路面碾壓不足,孔隙率過大,或因?yàn)闉r青路面攤鋪時混合料離析,造成局部孔隙率過大而出現(xiàn)透水;大量的研究指出:瀝青混合料的孔隙對其水敏感性具有重要的作用。因此,理想的研究狀態(tài)不僅應(yīng)該是定性的還應(yīng)該是定量的。這是因?yàn)楫?dāng)集料的種類和級配不同時,即使有相同的孔隙率,混合料的滲透性和水敏感性也是不同的。目前瀝青混合料設(shè)計時常用的孔隙率確定方法(水中重法、體積法等)只能給出混合料中孔隙的量,而無法給出混合料中孔隙的尺寸大小、形狀,特別是孔隙分布等信息。從這個角度看,用目前的孔隙率數(shù)值分析瀝青混合料的水穩(wěn)定性僅僅是一個平均的水平,用概率的話來說,其保證率(安全度)只有50%。4%的孔隙率如果分布不均勻的話,其后果也將是嚴(yán)重的。這一點(diǎn)已得到瀝青混合料微觀結(jié)構(gòu)顯微分析結(jié)果的驗(yàn)證。

3 瀝青路面水損害的防治措施

要解決瀝青路面水損害問題,根據(jù)其損害特點(diǎn)和損害原因,考慮從以下幾方面采取措施。

3.1 路面結(jié)構(gòu)層孔隙率設(shè)計

瀝青面層的各層采用設(shè)計孔隙率不大于5%的密級配瀝青混合料,并適當(dāng)增加直徑為2.36mm的集料用量。防止面層本身透水,既可以減輕水損害,又可以減少轍槽。

3.2 排水層設(shè)計

路表排水最好采用硬化土路肩,雨水直接由路面橫坡排水。下面層底可采用瀝青含量高的瀝青砂做下封層和邊緣設(shè)置排水設(shè)施,或者設(shè)置層間內(nèi)部排水系統(tǒng),挖方路段和中央分隔帶也應(yīng)建立完整的排水系統(tǒng)。

3.3 材料選擇

對于集料,通常使用孔隙率小于0.5%且粗糙并潔凈的集料。堿性石料比酸性石料具有更好的抗水害的能力。建議瀝青上面層石料采用優(yōu)質(zhì)堿性巖石(如玄武巖),以增加瀝青路面抗水損害性能,中下面層采用石灰?guī)r碎石。瀝青與集料的黏附性與瀝青的黏度有關(guān)。黏度越大,抗剝離性越好。在選擇瀝青稠度時,應(yīng)選用針人度小的瀝青,以增大黏度,增加抗水損害的性能。此外,還要防止瀝青污染。

3.4 摻加抗剝離劑

當(dāng)瀝青與集料之間的黏附性不合格,或?yàn)r青混合料的水穩(wěn)定性達(dá)不到要求時,必須摻加抗剝離劑。常用的抗剝離劑有以下3種。

消石灰。消石灰是最常用、最經(jīng)濟(jì)的抗剝離劑,可提高瀝青的黏性,改善瀝青混合料的抗剝落性能、水穩(wěn)定性和抗老化性能。

有機(jī)高分子材料抗剝離劑。最好選用高溫時穩(wěn)定、難分解且具有陽離子、陰離子兩種極性的抗剝離劑。

水泥。水泥呈堿性,可使酸性巖石與瀝青形成良好的黏結(jié),提高瀝青路面抗水損害能力。

3.5 施工、養(yǎng)護(hù)與管理

從施工角度考慮,集料應(yīng)干燥、清潔并且拌和良好。若集料潮濕,應(yīng)提高加熱溫度,延長拌和時間,并除去集料中影響瀝青與石料黏結(jié)的雜質(zhì)和塵土。壓實(shí)度不足會使孔隙率增大,降低抗剝離性能,建議提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)值,并要嚴(yán)格防止混合料離析引起水損害。

超重車對瀝青路面的損害非常大。應(yīng)加強(qiáng)管理,對超重車輛嚴(yán)格予以控制,而且要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理,出現(xiàn)水損害時,應(yīng)及時處理。

3.6 建議制訂地方性路面設(shè)計指南

制訂地方性路面設(shè)計指南,對于交通量超過104pcu/d的高速公路,瀝青路面的上面層和中面層要求采用改性瀝青;對于上面層,要求采用SMA結(jié)構(gòu),有效提高瀝青路面面層強(qiáng)度和耐久性。

綜上所述,防治瀝青混合料的水損害,必須從各個方面綜合采取措施才能夠達(dá)到目的。

結(jié)束語

瀝青路面的水損害是目前路面的主要危害之一。導(dǎo)致瀝青路面水損害的原因復(fù)雜,影響因素多,因此為了避免或減輕瀝青混凝土路面的水損害,應(yīng)從處理好路基路面排水和提高路面防水性能等多方面來綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]姜海波,楊文婷,洪沛.瀝青路面的水損害分析.森林工程,2004,20 (3).

[6]莊繼德.汽車輪胎學(xué).北京:北京理工大學(xué)出版社,1996.

[7]沈金安.瀝青路面的水損害與抗剝落劑性,能評價.石油瀝青,1998,12(2).