沥青路面水损害现象（通用9篇）
沥青路面水损害现象 篇1
1 水损坏的具体形式
1.1 坑洞
坑洞是典型的水破坏现象。当自由水侵入并滞留在沥青混凝土的空隙中, 不管是普通沥青混凝土还是改性沥青或者是加抗剥落剂的SMA, 在行车作用下, 特别是在降雨过程中和雨后行车道上的局部网裂就会逐渐松散, 松散的石料被车轮甩出而形成坑洞。由于沥青混凝土的不均匀性, 坑洞总是首先在局部混凝土空隙率较大出产生, 因此, 它是随机分布的一个个孤立的坑洞。
1.2 唧浆、网裂
水透过沥青面层滞留在半刚性基层顶面, 在大量高速行车作用下, 自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表面的细料, 形成灰白色浆。灰浆又被行车压唧, 通过各种形状不一和宽窄不一样的裂逢 (横缝、纵缝、斜缝、网裂) 进入路面, 灰浆还可能通过水渗入沥青混凝土的局部小面积或个别通道被压唧到路表面, 使路面产生网裂和变形。
1.3 辙槽
自由水浸放沥青面层后, 使沥青与碎石的粘结力减弱。在行车荷载作用下, 滞留在面层下部的水使矿料、特别是粗粒碎石表面裹覆的沥青膜逐渐剥落, 使沥青混凝土的强度逐渐减小, 直至完全松散。在行车轮迹下向两侧 (特别是向外侧) 挤出, 使轮迹带下陷, 同进使其两侧鼓起, 形成严重的辙槽。
2 沥青路面水损坏的影响因素
2.1 造成水损害的外在因素
2.1.1 降水量, 降水次数多和降水量大, 特
别是降水延续时间长, 自由水可能进入沥青面层的机会就多, 自由水渗透进沥青面层的量就可能大, 在进入路面结构层的水不能及时排出的情况下, 就会产生水破坏。水破坏的数量和速度与公路沿线的降雨量大小有密切关系。
2.1.2 交通量大小及重载车的比重。
在车辆通过, 而面层沥青混凝土的孔隙中或面层与基层交界面上滞留有自由水时都会产生相当大的水压力和抽吸力, 轮下的压力将轮下结构层中的水压挤, 而同时车轮驶离时又产生相当大的抽吸力, 这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面的浆水唧出表面, 并促使较大颗粒剥落, 逐渐使沥青混凝土强度大幅下降, 直至路面局部松散并形成坑洞。
2.1.3 路面设计与施工方面的因素。
如沥青混凝土是密实式 (I型) 或是半开式 (II型) 及其孔隙率的大小, 沥青和碎石粘结力或有无抗剥落剂、材料本身的特性及质量、设计中有无防水层等都是当前影响水破坏的路面因素, 其孔隙率太大是主要原因。现有路面的设计孔隙率容许范围太大 (最大达6%) , 再加上必然会存在的施工误差及试验误差, 致使路面各结构混合料的实际孔隙率过大或很不均匀而造成路面水损坏。
2.1.4 施工碾压的影响。
在沥青路面施工过程中, 施工工艺对混合料的水稳定影响集中体现在压实上, 没有得到很好压实的混合料, 空隙隙率加大对各种使用性能都有影响, 开放交通后的行车碾压会造成混合料的压实变形而形成不正常的车辙, 更严重的是水进入空隙成为水损害的祸根。
2.1.5 路面排水的影响, 现在的路面排水往
往只重视路基范围内的路面以外水的排除, 而对路面结构层内部的排水则很不重视, 或者根要没有考虑, 而排水不良是造成路面水损害的重要原因之一。
2.2 造成水损害的内在因素
2.2.1 集料性质的影响
2.2.2 沥青性质的影响。
粘性大的沥青对于抵抗水的转换要比粘性小的沥青好, 此外, 沥青的组成对沥青混合料水稳定性的影响也是很重要的。
2.2.3 混合料类型的影响。
认真选择沥青天层矿料级配非常重要。最主要的指标是混合料的设计空隙率和路面实际的空隙率。
2.2.4 集料粒径及压实厚度的影响。
现在沥青表面的集料料径普遍粗, 与其相匹配的压实厚度偏薄, 不利于压实。另外, 集料粒径大造成沥青混合料离析也是是普遍存在的问题。
3 减少水破坏的措施
3.1 完善路面排水设计
早期修建的高速公路排水设计不够完善, 较为突出的是中央分隔带没有设计相应的防排水设施, 致使雨通过中央分隔带渗入路面结构层内而导致路面水破坏的增加, 在挖方路段, 由于路基路面的排水设计不够完善, 造成路面破损状况较为普遍。因此, 在高速公路路面设计时, 应进一步完善路面防、排水设计, 在沥青面层结构组合设计中, 至少两层按密级配沥青混凝土设计或设置必要的隔水层, 以减少面层渗水。基层顶面设置封层, 以利层间粘结和防水, 在中央分隔带处设置防水建材和纵横向排水渗沟, 在土路肩处采用等粒径碎石填料进行填筑, 在挖方路段应根据现场实际情况有针对性地进行排水设计, 以减少路面水破坏。
3.2 提高压实标准
压实度不足是早期水损害最普遍的原因。沥青混凝土的压实度对其物理力学性质有关至关重要的影响。我国现行JTJ032公路沥青路面施工技术规范中对沥青混合料的压实际标准建立于20世纪80年代。近年来, 我国高速公路施工所用的压路机品种、吨位和技术性能都发生了显著变化, 客观上具备了提高压实标准的条件, 为了尽可能提高沥青面层的压力实度, 表面层的压实度应不小于98%, 中面层或底面层的压实度应不小于97%。
3.3 提高路面材料的防水性
根据沥青路面设计规范, 沥青面层除应满足车辆的使用要求外, 还应满足雨水不渗等要求, 宜选用粒径较小、空隙也小的级配混合料, 尽量采用小粒径沥青混凝土, 以提高沥青路面面层的防渗性对于选用中粗粒混凝土或开级配或半开级配沥青碎石的沥青路面, 必须在沥青面层下设下封层, 防止雨水渗水。
3.4 灌缝
实践证明已经竣工通车的高速公路路面裂缝相当一部分是由基层引起的反射裂缝, 路面开裂后如不及时灌缝, 雨水进入面层中就会产生水破坏。所以基层的结构设计和配合比设计就显得较为重要。通常情况下, 采用提高基层抗拉强度, 在面层与基层结合部位铺设土工布等以缓减半刚性基层材料的收缩应力。但基层的结合料如水泥, 剂量太大易干缩开裂。建议采取规则切缝, 缝内灌填沥青等适宜材料, 缝上铺土工材料, 然后再洒布透层油或做下封层。如果投资容许的话, 鼓励发展柔性基层和组合基层路面结构。
综上可知, 沥青路面水损害, 不仅仅与气侯、交通量设计、施工等路面形成前的环节有关, 而且与路面形成后的使用、养护和管理联系紧密。因此, 要消灭沥青路面水损害这一质量通病, 延长沥青路面的使用周期, 提高投资效益, 需要设计、施工、养护管理各方主体各负其责, 分头把头, 按照行业规范标准, 结合工程实际, 严格履行各自职能, 相信这一顽疾一定会得到根治。
责任编辑:曲庆莲
沥青路面水损害现象 篇2
沥青混凝土路面水损害处治措施
本文简述了沥青混凝土路面的水损害作用机理和减少水损害的几点建议:路面结构层均采用水稳定性好的密实型沥青混凝土、改善沥青与矿料之间的粘附性、提高沥青混凝土压实度标准,增加现场空隙率指标、设置路面结构内部排水系统.可供同行参考.
作 者：沈训龙 作者单位：安徽省公路工程检测中心,安徽,合肥,230022刊 名：淮北职业技术学院学报英文刊名：JOURNAL OF HUAIBEI PROFESSIONAL AND TECHNICAL COLLEGE年，卷(期)：201009(3)分类号：U416.217关键词：沥青混凝土路面 水损害 处治措施
沥青路面水损害现象 篇3
【关键词】:公路养护 水损害 治理措施
中图分类号:U418.6 文献标识码:A 文章编号:1003-8809(2010)06-0043-01
沥青混凝土路面在我国作为一种高级路面被广泛采用,然而沥青混凝土路面却易出现早期损害现象,水损害是其中首要的也是最严重的现象之一。在对路面破坏现象广泛调查统计的基础上,各国道路科研工作者通过反复分析、论证发现,沥青路面的破损现象大多与水有关。在各种类型的沥青路面早期破坏现象中,水损坏是最主要、危害最大的损坏类型。
一、水损坏观象的类型及其作用机理
沥青路面较为普遍的水损害现象有麻面、松散、坑洞、唧浆、网裂、车辙等。
1 、松散类: 路表麻面、 松散、 坑洞
沥青面层在孔隙水压力的反复作用下,使沥青膜从集料表面剥落、混合料中的集料相互之间丧失粘结力而逐渐变软直至松垮,导致麻面、松散现象;在局部松散处,松散的集料颗粒逐渐麻面、流失进而形成大小不一的坑洞。
2、裂缝类: 唧浆、 网裂、 坑洞
从路表连通孔隙及裂缝处下渗的水混合,在行车荷载的反复作用下,产生的高速动水压力冲刷基顶形成灰浆并从裂缝中被挤压而出形成了唧浆现象;随着基层结合料的逐渐流失,面层也随着底部脱空现象的产生而形成沉陷、网裂,进而发展成坑洞。
3、变形类: 车辙
在行车荷载作用下,滞留在面层内的水使集膜逐渐剥落,沥散。行车轮迹带下不仅出现了压缩变形现象,而目产生了严重的剪切破坏现象,轮下松散的沥青混合料向两侧挤出并鼓起,在轮迹带下形成车辙。辙槽内有时还伴随着唧浆和网裂现象。
4、冻融循环破坏
在冰冻地区或季节性冰冻地区,由于水凝聚结冰时体积增大,在沥青混合料内部会产生很大的膨胀力,致使混合料内部粘结力下降;而当其融化时,又滞留于路面层内,在行车荷载作用下加速沥青膜的剥落。在路表,冰雪融水进入沥青混合料内部,在行车荷载和冻融循环的反复作用下产生破坏。而在下面层,当基础有较多的细粒土和孔隙时,冬季特有的毛细水使水分逐渐积聚在基层顶面,春融期过饱和的水进入下面层孔隙,在荷载反复作用下产生剥落现象和基顶冲刷。
总的来说,水损害的根本原因在于水的作用致使沥青对集料的粘附性能丧失,沥青膜从矿料表面脱落,而造成这种结果的两个关键性因素是水和外力的作用。
二、水损坏产生的原因及影响沥青路面水稳定性的因素
导致沥青膜剥落产生水损坏的原因可从以下几方面进行分析。
1、沥青与集料的粘附性能
沥青与集料的粘附性主要受自身性质的影响。如沥青与矿料的化学成分,沥青与矿料表面的张力, 沥青的粘性, 矿料的空隙率, 矿料的含水量和含泥量等。研究表明,若粘附性不足4 级以上,沥青膜容易脱离,造成路面水损害。
2、沥青路面施工时的孔隙率
美国Z u b e对密级配沥青混合料孔隙率与透水性的研究以及 B r o w n和 C o l l i n s 等在乔治亚州对离析混合料的研究表明,当沥青路面的孔隙率在8 %(相当于设计孑 L 隙率为4 %而压实度为9 6 % 的情况) 以下时,混合料的透水性很小,几乎不透水 。而在我国,高等级沥青路面施工时普遍存在以下问题:现场孔隙率普遍偏大,多分布在8 % -1 5 %的范围内;路面压实不足,孔隙率加大;沥青混合料离析导致路面局部压实不均匀,即细集料集中的部位往往沥青含量偏多,孔隙率过小,而粗集料集中的部位则孔隙率过大。这都为水的渗入提供了条件。
3、沥青路面结构层内部排水
在道路工程中,人们比较重视路基和路界地表范围内的排水, 采取的措施也很多。 但是对于路面结构层内部的排水则重视不够,甚至基本没有考虑。我国高等级公路普遍采用半刚性基层,考虑路面结构层内部排水,普遍设计了埋置式路缘石、 砌筑式路肩、 浆砌挡墙, 这些 都妨碍了由各种途径侵入路面结构内部的水分排出。
4、评价沥青路面水损害指标不合理
(1)用水煮法试验评价集料与沥青之间的粘附性存在不合理现象。一方面, 集料与沥青的粘附性等级与路面水损害之间的关系没有建立,水煮法试验结果受人为主观因素影响很大;另一方面水煮法只使用了9 . 5 ～ 1 3 . 2 m m的粗集料。 事实上, 部分细集料为砂,与沥青粘附陛较差,没有得到评价。
(2) 沥青混合料残留浸水马歇尔稳定度也存在致命的弱点。经过 7 5次马歇尔击实, 孔隙率已达到设计要求的3 %- 5 %, 水很难进入, 没有足够的水, 检验不出沥青混合料的实际耐久性。
5、其它方面的原因
路面开裂、老化加速水损害的发生,并形成恶性循环;道路交通超载严重;温度变化时产生的冻融循环作用;酸雨、车辆渗油对路面的腐蚀;在冬季、雨季气候条件下施工。
从以上分析可看出,影响沥青路面水稳定性的因素有:
(1) 沥青混合料的性质: 包括集料性质与沥青性质。
(2) 沥青混合料类型: 密级配沥青混合料结构密实、 空隙率小, 矿粉及沥青用量较大,沥青膜较厚,—般水损害较小。
(3) 沥青混凝土路面在施工时,如天气寒冷潮湿,建成的路面就易发生水损害;另外如压实不充分或压实不及时,成型的路面内部存在较多的孔隙,水分易浸入沥青路面结构而导致水损害。
三、沥青路面抗水损害技术措施
1、路面结构层均采用水稳定性好的密实型沥青混凝土
实践证明,沥青路面结构层中仅有-层是密实型(I 型) 的沥青混凝土或仅设一层沥青砂来防止水损害远不能满足要求。一旦永通过各种途径进入到空隙率较大的结构层中, 便会滞留于其中,使强度显著降低,并随着交通量的增加,出现水损害现象。
2、改善沥青与矿料之间的粘附性
沥青路面水损害研究综述 篇4
自20世纪60年代开始受到广泛关注, 美国公路合作研究计划 (NCHRP) 、公路发展战略研究计划 (SHRP) 研究专家组以及加拿大运输协会对沥青路面水损害问题进行了大量专题研究, 并形成了一定成果。近年来, 国内学者在沥青路面水损害的形成机理、影响因素、试验评价方法等方面也开展了相关研究, 取得了阶段性研究成果。该文从沥青混凝土材料粘附性能与沥青路面结构水损害机理模型两方面对已有研究成果进行阐述分析, 以期为路面水损害的深入研究提供基础与参考。
1 沥青与集料粘附性能的研究
近年来部分国外学者基于表面能理论对沥青-集料的粘附性进行了相关研究。美国德州A&M大学的Cheng、Lytton等人研究成果表明:沥青-集料界面由于水分侵入而发生的粘结 (Cohesive) 与粘附 (Adhesive) 破坏, 与沥青和集料的表面自由能紧密相关, 自由能可利用Wilhelmy吊片法准确测出, 并且基于表面能理论的水损坏研究结果同混合料力学性能试验结果具有良好的相关性。Lytton、Masad在文献[1]研究基础之上, 借鉴土壤学和岩石力学的吸力试验测试方法, 对沥青胶浆与混合料进行了吸力试验, 计算出混合料中的水分扩散系数。Alavi、Mogawer等学者利用沥青粘结强度试验, 直接测得沥青-集料界面粘结强度, 并分析水分对温拌沥青混合料路用性能的影响。
国内学者肖庆一基于表界面理论, 推导出沥青在矿料表面的粘附与水损坏模型, 分析了沥青与矿料的表面能参数对粘附、水损坏过程的影响, 结果表明:沥青与矿料品种的配伍对粘附功有较大影响, 矿料的比表面积对粘结力有极大的影响。丛林基于表界面理论, 推导出沥青在矿料表面的黏附模型和水损坏模型。魏建明采用躺滴法测定了沥青与液体的静态接触角, 并确定了沥青的表面自由能。闵召辉设计了适用于热固性环氧沥青与集料之间的剪切粘附试验, 得出环氧沥青粘附剪切强度受石料酸碱性影响较小, 而受温度变化影响较大。
2 沥青路面结构水损害研究
国外研究学者Masad、Hunter、AlOmari等对沥青路面结构的流体宏微观流动模式进行了研究。其中, Masad通过二维S E E P/W有限元模型, 把路面分成多个10 mm子层, 将导水率值赋予每个子层, 研究了孔隙度的垂直梯度对水分流动模式的影响, 结果表明导水率在垂直方向上呈降低趋势, 且大部分流体流动发生在水平方向。Hunter通过有限差分模型在现场渗透性试验导水率数值测试中得出流体垂直流动假设不准确的结论, 并得出随路面基层深度和现场渗透仪直径的变化, 导水率出现数量级的差别。Al-Omari通过半隐式方法压力联动方程对沥青路面导水率进行了评价, 评价结果与基于Kozeny-Carman方程数值模型的结果相一致。
在水损坏耦合模型方面, Khalili等将孔隙水与骨架间的相互作用作为耦合效应放入数学模型中, 分析了静载作用下的固体变形, 模型求解空间上采用有限元法, 时间上采用有限差分法进行离散。Kettil等利用流固耦合理论, 建立了饱和水沥青路面与无约束地基复合体的二维有限元分析模型, 对比了沥青面层模量高低对路面孔隙压力的影响, 并初步探讨了三维模型构建的可能性。Chen等分析了路面裂缝宽度和渗水系数对沥青路面水损害的影响, 并给出了两者相应的控制阀值, 为沥青路面结构水损害预防性养护提供了理论依据。在上述宏观尺度研究成果基础上, 近两年国外部分学者将目光转向了在细观尺度下研究动载-渗流耦合作用对水损坏的影响。美国德州A&M大学的Arambula和Masad等建立了沥青混合料细观模型, 对水汽扩散运动的机理及影响因素进行了分析, 并指出水分扩散系数对水损坏的产生紧密相关。Caro和Masad等引入内聚力模型模拟集料与沥青胶浆粘结界面, 建立了沥青混合料细观有限元模型, 模拟界面开裂过程。
国内研究学者基于多孔介质理论对动载与渗流耦合作用下路面结构力学响应进行了一定研究。崔新壮将沥青混合料看作多孔介质, 基于Biot固结方程, 对饱水沥青路面进行快速Lagrange有限差分分析, 证实了水力反复泵吸作用是沥青路面水损坏的主要因素, 且孔隙动水压力随车速增大而增大。董泽蛟和谭忆秋基于饱和多孔介质理论, 通过轴对称有限元瞬态动力分析, 计算得到饱和沥青路面内部孔隙水压力的时程变化, 得出了不同渗透性、车速和荷载情况下的孔隙水压力变化规律, 指出正负孔隙水压力的循环作用是沥青膜破坏的主要诱因。潘宝峰研制开发了高频高压动水压力发生器, 配合三轴试验仪, 用于研究循环动孔隙水压力下材料力学性能。吴国雄利用概率论与渗流模型, 计算分析了沥青混合料破坏的最近邻、次近邻和第三近邻状态下的渗流演变过程, 运用重整化群方法求出渗流阀值作为沥青路面开裂破坏的临界条件, 研究成果为沥青路面水损坏研究提供了新思路。
3 结论
综合上述研究资料, 国内外研究学者对于沥青路面水损害研究的手段, 主要从沥青—集料界面破坏与路面结构动水压力两个方面进行研究。前期研究所得出的粘附模型、界面水损害模型、渗流模型等成果, 对于后续沥青路面水损害的防治技术研究提供了基础理论与参考。因此, 基于沥青-集料界面破坏理论与路面动水压力计算结果, 寻求沥青路面水损害破坏薄弱环节, 进行针对性的沥青混合料材料组成设计, 探索路面水损害处治有效措施, 是后续沥青路面水损害研究的关键所在。
参考文献
[1]肖庆一, 薛航, 徐金枝, 等.基于表界面理论的沥青路面水损害模型研究[J].武汉理工大学学报, 2007, 29 (3) :71-73.
[2]王倩, 丛林.沥青—集料表面能参数及其对水损害影响[J].上海公路, 2011 (4) :69-72.
[3]魏建明, 张玉贞, Youtcheff John.躺滴法表征沥青的表面自由能[J].石油学报:石油加工, 2009, 25 (2) :207-215.
[4]闵召辉, 张翔, 詹炳根.环氧沥青与石料的粘附性能研究[J].合肥工业大学学报:自然科学版, 2005, 28 (11) :1452-1455.
[5]崔新壮, 金青.轮载作用下饱水沥青路面的动力响应[J].山东大学学报:工学版, 2008, 38 (5) :19-24.
[6]董泽蛟, 谭忆秋, 曹丽萍.水-载荷耦合作用下沥青路面孔隙水压力研究[J].哈尔滨工业大学学报, 2007, 39 (10) :1614-1617.
[7]潘宝峰, 邵龙潭, 王哲人.沥青路面水损害研究新方法[J].武汉理工大学学报:交通科学与工程版, 2009, 33 (2) :250-252.
浅析沥青路面水损害及其防治措施 篇5
针对水损害这个技术性难题, 国内外道路科研工作者对其形成机理、影响因素, 评价水损害的试验方法、指标以及对水损害现象的控制、防治等各个方面都进行过系统研究。
1 水损害现象的类型及其作用机理
1.1 松散类
沥青混合料在孔隙水压力的反复作用下, 使沥青膜从集料表面剥落, 混合料中的集料相互之间丧失粘结力而逐渐变软直至松垮, 导致路面出现麻面、松散现象;在局部松散处, 松散的集料颗粒逐渐掉粒流失, 进而形成大小不一的坑洞。
1.2 裂缝类
从路表连通孔隙及裂缝处渗下的水与半刚性基层顶面结合料混合, 在行车荷载的反复作用下, 产生的高速动水压力冲刷基层顶面形成灰浆, 并从面层裂缝中被挤压而出形成了唧浆现象;随着基层顶面结合料的逐渐流失, 面层也随着底部脱空现象而产生沉陷、网裂现象, 进而发展成坑洞病害。
1.3 变形类
在行车荷载作用下, 滞留在面层沥青混合料内的水对集料特别是粗集料表面进行不断冲刷, 造成裹覆的沥青膜逐渐剥落, 沥青混合料强度不断损失直至完全松散。行车轮迹带下不仅出现了压缩变形现象, 而且产生了严重的剪切破坏现象, 轮下松散的沥青混合料向两侧挤出并鼓起, 在轮迹带下形成车辙。辙槽内有时还伴随着唧浆和网裂现象。
1.4 冻融循环破坏
在冰冻地区或季节性冰冻地区, 由于在沥青混合料内部存在的水凝聚结冰时体积增大, 在沥青混合料内部会产生很大的膨胀力, 致使混合料内部粘结力下降;而当其融化时, 又滞留于路面面层内, 在行车荷载作用下加速沥青膜的剥落。在路表, 冰雪融水进入沥青混合料内部, 在行车荷载和冻融循环的反复作用下产生破坏。而在下面层, 当基础有较多的细粒土和孔隙时, 冬季特有的毛细水使水分逐渐积聚在基层顶面, 春融期过饱和的水进入下面层孔隙, 在荷载反复作用下产生剥落现象和基顶冲刷也会造成水损害。
总的来说, 发生水损害的根本原因在于水的作用致使沥青对集料的粘附性能丧失, 沥青膜从矿料表面脱落, 而造成这种结果的两个关键性因素是水和外力的作用。
2 水损坏产生的原因及影响沥青路面水稳定性的因素
导致沥青膜剥落产生水损害的原因可从以下几方面进行分析:
2.1 沥青与集料的粘附性能
沥青与集料的粘附性主要受自身性质的影响。如沥青与矿料的化学成分之间的作用, 沥青与矿料表面的表面张力, 沥青的粘性, 矿料的空隙率, 矿料的含水量和含泥量等。研究资料表明, 若沥青与矿料的粘附性不足4级以上时, 沥青膜容易脱离, 造成路面水损害。
2.2 沥青路面施工时的孔隙率
高等级沥青路面施工时普遍存在以下问题:现场孔隙率普遍偏大, 多分布在8%～15%的范围内;路面压实不足, 孔隙率加大;施工过程中造成的沥青混合料离析导致路面局部压实不均匀, 细集料集中的部位往往沥青含量偏多, 孔隙率过小, 而粗集料集中的部位则孔隙率过大, 这都为水的渗入提供了条件。
2.3 沥青路面结构层内部排水
在道路工程中, 人们比较重视路基和路界地表范围内的排水, 采取的措施也很多。但是对于路面结构层内部的排水则重视不够, 甚至基本没有考虑。我国高等级公路普遍采用半刚性基层, 路面设计时一般不考虑路面结构层内部排水, 普遍设计了埋置式路缘石、砌筑式路肩、浆砌挡墙等, 这些都妨碍了由各种途径侵入路面结构内部的水分排出。
2.4 其它方面的原因
路面开裂老化会加速水损害的发生, 并形成恶性循环;道路交通超载严重;温度变化时产生的冻融循环作用;酸雨、车辆渗油对路面的腐蚀;在冬季、雨季气候条件下施工等等方面都会对路面造成水损害。
从以上分析可看出, 影响沥青路面水稳定性的因素有:
(1) 沥青混合料的性质:包括集料性质与沥青性质。
(2) 沥青混合料类型:密级配沥青混合料结构密实、空隙率小, 矿粉及沥青用量较大, 沥青膜较厚, 一般水损害较小。断级配和开级配沥青混合料粗颗粒较多, 沥青用量较少, 容易遭受水损害。
(3) 施工条件:沥青混凝土路面在施工时, 如天气寒冷潮湿, 建成的路面就易发生水损害;另外如压实不充分或压实不及时, 成型的路面内部存在较多的孔隙, 水分易浸入沥青路面结构而导致水损害。
(4) 施工后的环境条件:施工后的环境条件包括气候及交通荷载情况, 温度、降雨量、冻融及干湿循环等, 都将影响影响路面层遭受水损害的程度;其它条件相同时, 交通荷载繁重可加速水损害的发生和发展。
(5) 路面下的排水情况:路面下排水状况不良, 进入路面的水不能及时排除, 也将加速路面水损害的发生和发展。
3 预防沥青路面水损害的技术措施
3.1 路面结构层均采用水稳定性好的密实型沥青混凝土
实践证明, 沥青路面结构层中仅有一层是密实型 (I型) 的沥青混凝土或仅设一层沥青砂来防止水损害远不能满足要求。一旦水通过各种途径进入到空隙率较大的结构层中, 便会滞留于其中, 使强度显著降低, 并随着交通量的增加, 出现水损害现象。
3.2 改善沥青与矿料之间的粘附性
为了减轻沥青路面的水损害, 改善与提高沥青混合料的水稳定性与耐久性, 需要增加沥青与矿料之间的粘附性。经验证明, 我国目前所使用的表面层石料与沥青的粘附性都比较差, 不能满足技术要求, 必须采取抗剥落措施, 以改善矿料与沥青之间的粘附性。目前我国常用的抗剥离措施主要是添加抗剥落剂。
3.3 提高沥青混凝土压实度标准, 增加现场空隙率测定指标
国内外大量研究表明, 7%的现场空隙率是沥青路面是否产生早期水损害的分水岭, 美国SHRP研究成果也提出4%的设计空隙率是最佳的选择。若仍按常规96%的压实度予以控制, 其现场空隙率将达到8%, 无法满足水稳定性的要求, 应提高压实度标准;而且在提高压实度标准的同时, 增设现场空隙率测定作为施工的控制指标。
3.4 设置路面结构内部排水系统
设置良好的路面结构内部排水系统, 迅速排除渗入路面结构内的水分, 避免自由水在路面结构层中积滞的时间过长, 从而改善路面的使用性能, 从根本上解决沥青路面的水损害问题。
参考文献
[1]JTG F80/1-2004, 公路工程质量检验评定标准[S].北京:人民交通出版社, 2004.
[2]JTG E42-2005, 公路工程集料试验规程[S].北京:人民交通出版社, 2005.
沥青路面水损害现象 篇6
1 沥青路面水损害现象的类型
1.1 松散类
麻面、松散、掉粒、坑洞的沥青面层在缝隙水压力的共同作用之下, 导致沥青膜从集料表面剥落、混合料中的集料之间丧失粘结力而渐渐变软直至松垮, 导致麻面、松散现象;在局部的有些松散的地方, 集料颗粒逐渐掉粒, 流失进而形成大小不一的坑洞。
1.2 裂缝类
唧浆、网裂、坑洞半刚性基层基顶结合料与从路表连通孔隙及裂缝处下渗的水混合, 在行车荷载的反复作用下, 产生的高速动水压力冲刷基顶形成灰浆并从裂缝中被挤压而出形成了唧浆现象;随着基层结合料的逐渐流失, 面层也随着底部脱空现象的产生而形成沉陷、网裂, 进而发展成坑洞。
1.3 变形类
辙槽在行车荷载作用下, 滞留在面层内的水使集料特别是粗集料表面裹覆的沥青膜逐渐剥落, 沥青混合料强度不断损失直至完全松散。行车轮迹带下不仅出现了压缩变形现象, 而且产生了严重的剪切破坏现象, 轮下松散的沥青混合料向两侧挤出并鼓起, 在轮迹带下形成车辙。辙槽内有时还伴随着唧浆和网裂现象。
1.4 冻融循环破坏
在冰冻地区或季节性冰冻地区, 由于水结冰时体积增大, 在沥青混合料内部会产生很大的膨胀力, 致使混合料内部粘结力下降;而当冰融化时, 水又滞留于道路面层内, 在行车荷载作用下加速了沥青膜的剥落。在路表, 当冰雪融水进入沥青混合料内部就会在行车荷载和冻融循环的反复作用下产生破坏作用, 而在下面层, 当基础有较多的细粒土和孔隙时, 冬季特有的毛细水使水分逐渐积聚在基层顶面, 到春融期, 过饱和的水进入下面层空隙后, 在荷载反复作用下产生剥落现象和对基顶的冲刷。水损害的根本原因在于水的作用致使沥青对集料的粘附性能丧失, 使沥青膜从集料表面脱落, 而造成这种后果的两个关键性因素是水和外力的作用。
2 沥青路面水损害的主要影响因素
从统计数据来看, 沥青路面水损害多出现于雨季或冻融循一环期, 排水不畅、面层透水路段的病害现象尤为严重。究其成因, 大致可归纳为以下几点:
2.1 外部因素
一是路面排水系统设计不健全。目前市政道路建设排水系统设计多集中于路基、路界地表范围。对于采用半刚性基层的沥青路面结构层内部排水欠缺考虑, 如砌筑式路肩、埋置式路缘石等都对水分排出产生了较大阻碍, 致使水分、空气由孔隙侵入矿质集料, 并在表面张力、路面间的真空吸附及车辆荷载作用下加速了沥青路面早期水损害的产生发展。二是行车荷载对路面结构层内水分所产生的动水压力。这就间接加剧了水分对沥青膜的剥离速度, 使水损坏病害更加恶化, 行车道与超车道路面水损害程度的明显差别, 就是此作用的明证。三是施工碾压的影响。沥青混合料的水稳定性在施工工艺上主要体现为压实度, 空隙率处于8%~12%范围内的沥青路面水损害最易发生, 由于混合料压实不充分、不及时或局部压实不均匀, 致使成型路面孔隙率较大, 在行车荷载的反复作用下, 极易造成混合料压密变形, 导致路面材料松散解体并引发路面的早期水损坏。此外, 诸如地区降雨量、干湿循环也都是沥青路面老化、开裂等水损害产生的外在诱因。
2.2 内部因素
影响沥青路面水损害的内部因素主要包括以下几点:一是集料性质。组成集料的各类矿物质均具有其独特化学性质与晶体结构, 集料属于亲水性材料或憎水性材料, 对水的吸附能力的大小对沥青膜剥落会产生关键性作用。且集料表面积、化学性质及孔隙大小也会对沥青混合料稳定性产生一定影响。二是沥青性质。粘性强的沥青含较多的极性物质, 其对于抵抗的置换通常优于粘性弱的沥青, 抗水性能相对较好。三是沥青混合料的孔隙率。其设计、实际孔隙率是决定沥青混合料抗水能力的主要因素。通常而言, 孔隙率处于8%~15%间的沥青路面, 极易使水分侵入混合料内部, 在荷载作用下产生动水压力并造成水损害。此外, 集料离析与温度离析也是导致沥青路面压实度不均匀、产生局部水损害的重要原因。
3 市政道路沥青路面水损害的有效防治
3.1 从结构设计层面有效控制路面水损害
在沥青路面的结构设计中我们应合理采用组合式或柔性基层, 令路面水分从级配的碎石基层内有效排出, 同时该环节中的沥青层具有较大厚度, 导致渗入基层水分因路径增多得到有效削弱, 令自由水不会在路面的结构层中由于滞留时间过长导致水损害现象的发生, 可有效防范路面因自下而上产生的水损害现象, 同时对改善市政道路路面的结构性能有明显作用。在路面的半刚性基层以下我们可有效设置级配碎石, 令其作为过渡层, 令排出水在到达半刚性基层之间便可通过匹配碎石的过滤层呈横向趋势排出, 减少对基层表面的损伤。再者布设级配碎石层可对半刚性基层起到有效隔断作用, 防止其产生收缩开裂导致不良反射裂缝。基于路面半刚性基层的刚度及强度过密或过大容易导致沥青路面产生水损害现象, 因此我们应合理调整矿料的级配及相应的强度设计要求, 有针对性降低石灰及粉煤灰等抗干燥材料的用量, 合理提升粗集料比例, 并在一定程度上控制基层的刚度及强度。另外我们应主力确保基层的结构层厚度应达到18厘米之上, 并尽量选择具有强抗冲刷力、良好水温性能的施工材料, 依据刚度及强度标准由高至低呈逐步递减的规律布设路面结构, 切实提升基层的抗变形性能、强度, 从而有效缓解路面产生裂缝病害并最终导致水损害现象。
3.2 提高施工质量
市政道路沥青路面在施工前所选用的原材料等都必须按照规格和经过严密的配合比设计后才能使用, 尤其要注意防止集料的污染。在施工时要对沥青混凝土拌合的均匀性加强控制.对沥青混合料的拌合温度和出场温度都要加强控制。施工时要尽量选用高效配套的碾压设备。然后再通过增加碾压遍数等方法来提高压实度以减小空隙率.
3.3 加强对超载车辆的控制
市政道路是城市的主要道路.不仅发挥了其服务通行能力的要求, 更是一个城市市容市貌的体现, 交通管理部门和公路管理部门应该按照《公路法》及交通部《超限运输车辆行驶公路规定》的要求对超载车辆进行强制卸载, 并且不允许超载车辆进入市政道路。要在入口处设卡严格控制超载车辆对路面的破坏。
4 结束语
路面早期水损害作为包括市政道路在内的沥青路面主要危害, 交管及施工部门应积极进行现场检测和踏勘, 有针对性地对水损害成因采取预防和改善措施, 对于缓解沥青路面水损害等早期病害现象、延长路面使用寿命均有明显的促进作用。
摘要：市政道路沥青路面的水损害不仅与材料和设计等有关。而且与沥青路面的旅工质量的关系非常大, 防治水损害必须要从施工环节进行严格控制, 从而保证路面的质量。水损害的防治是一个综合的防治过程, 要想从某一方面来防治水损害的发生是不现实的、也是不可能的, 因此必须对沥青路面水损害防治措施进行不断探究, 才能延长沥青路面的使用寿命。
关键词：市政道路,沥青路面,水损害,防治措施
参考文献
沥青路面水损害分析及防治措施 篇7
水损害是指水由沥青路面孔隙、裂缝进入路面内部后,在冻融、车辆轮胎动荷载产生的动水压力或真空负压抽吸的反复作用下,水分逐渐渗入沥青与矿料的界面或沥青内部,使沥青与矿料之间的粘附性降低并逐渐丧失粘结能力,沥青膜逐渐从矿料表面剥离,沥青混合料掉粒、松散,造成沥青路面结构整体性的破坏。
1 国内外研究现状
国外关于这方面的研究主要针对抗剥落剂与集料性质、评价方法、粘附剥落理论及混合料的均匀性等方面展开了研究。其中美国战略公路研究计划(简称SHRP)项目历时五年,耗资1.5亿美元,是公路研究史上最大的研究项目之一,取得了130多项科研成果。近几年关于水损害的研究仍在深入:2002年Anderson在沥青协会春季会议报告了沥青混合料抗水损害能力的评价方法;2003年圣地亚哥National Moisture Damage Workshop 研究了水损害对沥青胶的影响;2004年Randy C.West,Jingna Zhang,Allen Cooley Jr评价分析了沥青路面水敏感性的试验方法;2005年Rajib B Mallick等人研究了利用加速的荷载装置测热沥青混合料水敏感性;2008年Ericw Kalberer等人主要从沥青的分子结构方面考虑了水损害的影响。
在我国的高等级公路建设中,人们逐渐对排水系统设计越来越重视。设计方面主要通过路拱横坡、最小纵坡、边沟设纵坡来控制,但也没有确定的方法,对路基路面排水的研究仅限于路面排水(包括路肩排水)、中央分隔带排水和路基盲沟排水,而在路面结构内部排水材料防水方面所做的研究工作不多。1997年8月《公路排水设计规范》颁布,使排水系统的设计有据可依。然而,该规范对路面内部排水系统只是在结构和材料方面做了一些规定,没有提出具体的设计方法,需要做进一步的研究和积累修筑经验,使之细化和完善。
近几年,一些科研工作者开始将有限元分析方法运用在水稳定性研究中。同济大学道路与交通工程系和长安大学在1999年做了路面内部排水系统的相关研究,对多空隙率水泥和沥青稳定碎石排水基层的排水能力作了初步探讨,通过对实际路用性能进行长期观测,提出了水泥和沥青稳定碎石排水基层材料的建议级配,并在路面结构内部排水系统的结构设计和水力计算方面取得一定的突破。长沙理工大学公路学院对沥青路面水损害疲劳破坏过程进行了数值模拟分析,将有限元理论运用在了道路分析中,从以前局限于试验研究逐渐开始了数值模拟实验研究,数值模拟需要在不影响结果的前提下对现实的情况做一些假设,保证分析结果准确性。
2 水稳定性影响因素及评价指标
对于沥青混合料水稳定性能的影响因素是多方面的,主要包括以下几方面:
1)环境条件。环境因素包括一个地区的气候降水、温度变化、季节交替等。地区降雨较多,气候潮湿,路面就容易积水,易发生水损害。在冰冻地区,冬春季节白昼温差大,容易产生冻融循环,气温降低时水由液态变为固态,体积的增大对混合料内的孔隙有膨胀挤压作用,加速混合料颗粒间的离散。
2)施工条件。沥青的拌和、运输、摊铺、碾压的过程中施工质量的保证。沥青混合料的拌和要选择最佳油石比,搅拌充分而且均匀,拌和设备、拌和时间及拌和地至施工地点的距离都要加以考虑,运输的过程中不发生离析、烧焦及粘结成块;摊铺要缓慢、均匀、而且连续不断;碾压要连续、密实。在施工的过程中,要注意温度的控制,因为沥青对于温度的变化比较敏感,温度升高时粘度降低,严重时会被烧焦。
3)酸碱度影响。集料的酸碱性是按二氧化硅的含量划分的,二氧化硅含量越多,集料酸性越强,与沥青的粘附性越弱,水稳定性越差,所以在施工时尽可能选择碱性集料,对增强集料与沥青的粘附性非常有利。
4)表面特性。集料拌和时要处于干燥状态,表面洁净不含尘土或其他杂质,集料的表面尽可能粗糙,增大沥青与集料的接触面积,增大二者的粘附力。如果含有灰尘或其他杂质,沥青与集料的粘附性会很快下降。
5)级配类型。级配类型不同组成的混合料的水稳定性也不同。密级配形式形成的结构比较密实,空隙率小,一般情况下选择密级配集料要比开级配集料的抗水损害能力强,混合料的水稳定性由密级配到开级配是逐渐降低的,因而在施工的过程中尽量选择密级配形式的集料。此外,影响混合料水稳定性的因素还有矿粉的含量、油石比、小粒径集料所占的百分含量及抗剥落剂或纤维的添加等。
6)空隙率因素。空隙率因素对于水稳性的影响不是简单的直线关系,通过研究将孔隙率划分为如下几个区间:沥青混合料空隙率小于8%时,水不容易进入混合料内部,不会造成水损害;当路面空隙率大于15%时,粒径大渗入到内部的水能够及时排出,只有在空隙率为8%～15%之间时水易进入而且不能迅速排出,所以在设计施工的过程中应该控制空隙率不要落在渗水而又不排水的区域。
7)沥青性质。沥青的性质主要有粘度、延度、针入度、表面能等自身特性。其中影响沥青混合料水稳定性能的主要因素是沥青的粘度,沥青的粘度值越大,粘性越好,与集料的粘附性越好,延度越大,抗变形能力越强。
8)其他因素。设计对水稳定性的影响主要体现在排水系统的设计方面,如路面结构层的选择,结构层厚度的拟定,沥青混合料设计孔隙率的确定及排水设施的设计(路缘石,路肩横坡,挡土墙泄水孔,盲沟,边沟纵坡等)。目前道路的结构层比较单一,结构材料形式简单,地区性不强,设计中应该考虑实际情况,灵活多变,保证道路的排水顺畅。
在特殊的路段还应注意采取必要的措施增强排水能力,杜绝积水由横坡进入道路基层,路拱横坡将水排到路缘石边,及时汇聚排出,同时路肩也应具有一定的抗水能力,在凹形竖曲线最低点处的排水设计要注意先将水汇集在边沟再通过设置管道使水依靠地势高低排出。此外,当设置的边沟达到一定的长度时,设法将沟内的水排出,避免流速随距离的增长而增大形成冲刷,对于弯道处向内侧的单坡汇聚的积水也应采取相应的措施迅速排出。
为了保证混合料水稳定性达到要求,相应的规范规程也提出了一些沥青混合料水稳定性的评价方法,常见的评价指标及方法见表1。
3 水稳定性理论分析及防治措施
3.1 理论分析
目前,关于沥青混合料粘附性的理论解释没有一个统一的说法,科研工作者针对沥青混合料水稳定性的影响因素及评价指标提出了不同理论。主要有:机械粘附理论、化学反应理论、表面能理论、极性理论,这些理论主要侧重于化学及物理方面。机械粘附理论认为粘附性是有分子间力形成的;而极性理论则认为分子间形成氢键而形成的,化学反应理论认为分子间力是由于酸碱反应形成的,在表面能理论中,表面张力之间的平衡状态是主要因素,这些理论都比较微观,从不同的方面入手,就得到了不同的解释理论。
3.2 水稳定性防治措施
根据这些理论,可以从不同的方面入手制定防治水损害的措施。在设计及施工的过程中要控制沥青路面的空隙率,使渗入混合料的水能够及时排出,必要时添加抗剥落剂,或一定比例的可耐高温的纤维提高沥青的低温抗裂能力和高温抗车辙变形能力;对车辆进行限速,因为行车速率越大,水动力作用越大;设计的过程中考虑道路的排水系统设置;选择粘性好的沥青与集料的组合;采用合理的结构层及级配形式;提高路线的平纵线性指标;施工时严把质量关,保证符合施工验收标准的要求。
4 结束语
通过对沥青路面水稳定性能的讨论,得到了提高路面抗水损害能力的方法。但还存在一些问题需要进一步研究:①水稳定性能的评价指标需要进一步改进;②混合料的水稳定性与路面的水稳定性建立直接的联系;③同时考虑多个因素对水稳性能的影响。试验的研究方法要尽量与实际状况相近,得到的结果才能更好的反应实际,才能得到进一步推广。
参考文献
[1]高小刚,孙阅兵,陈秀英.沥青路面水损害作用机理及防治对策[J].北方交通,2008(6):38-40.
[2]杨若冲,梁锡三,赖用满.沥青路面水损害典型原因与对策[J].同济大学学报,2008,36(6):749-753.
[3]张肖宁.沥青与沥青混合料的粘弹力学原理及应用[M].北京:人民交通出版社,2006.
[4]张艳,袁军,田盛鼎.沥青路面水损害分析和现有评价方法对比[J].公路工程与运输,2006(8):77-80.
[5]沈金安,李福普,陈景.JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2004.
[6]杨成忠.沥青混合料水稳定性分析[J].科技情报开发与经济,2004,14(6):137-139.
[7]张宏超,孙立军.沥青混合料水稳定性能全程评价方法研究[J].同济大学学报,2003,30(4):422-426.
沥青路面水损害的成因与防治措施 篇8
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
沥青路面的水损害是目前路面的主要危害之一。导致沥青路面水损害的原因复杂, 影响因素多, 因此为了避免或减轻沥青混凝土路面的水损害, 应从处理好路基路面排水和提高路面防水性能等多方面来综合考虑。
参考文献
[1]姜海波, 杨文婷, 洪沛.沥青路面的水损害分析.森林工程, 2004, 20 (3) .
[6]庄继德.汽车轮胎学.北京:北京理工大学出版社, 1996.
沥青路面水损害现象 篇9
1 沥青路面水损害现象的特点
水损害现象多发生在雨季,特别是梅雨季节;行车道尤其是重车道比超车道破坏严重;发生水损害的地方一般是透水较为严重,排水不畅通的部位,在Y714线坪山路段挖开破坏的路面面层后,可以见到面层下面有积水和浮浆。
2 沥青路面水损害现象的类型及其形成机理
1)表面产生坑洞。
由于沥青混凝土的不均匀性,坑洞总是首先在局部沥青混凝土空隙率较大处产生。而该处所铺设的沥青路面为半开式(Ⅱ型)沥青混凝土表层,其水损破坏更为严重。事实表明,只要有自由水浸入并滞留在沥青混凝土的孔隙中,不管是传统纯沥青混凝土,还是改性沥青或加抗剥落剂的SMA,在大量行车作用下,都会产生沥青剥落现象。
2)面层和中面层同时产生坑洞以及局部表面产生网裂和变形。
当表面层和中面层都是空隙率较大的半开级配沥青混凝土,而底面层为空隙率较小的密实沥青混凝土时,在降水过程中,自由水较易渗入并滞留在表面层和中面层内。当表面层是半开级配、中面层为密实式沥青混凝土时,在较长时间的降水过程中,自由水透入表面层后较长时间从中面层的薄弱处浸入中面层,并滞留在表面层和中面层内。大量快速行车使此两层沥青混凝土中部分碎石上的沥青剥落,导致表面产生网裂、形变和向外侧推挤或产生坑洞。
3)唧浆、网裂、坑洞。
水透过沥青面层滞留在半刚性基层顶面,在大量快速行车作用下,自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表层的细料形成灰白浆。灰浆通过各种形状裂缝被行车压唧到路表面,可使路面产生网裂、变形或坑洞。
4)桥面唧浆或坑洞。
桥梁、通道等构造物以及水泥混凝土铺装层上的沥青混凝土面层相对于路基上的面层更容易产生坑洞。桥面产生坑洞也往往是先产生唧浆(白浆),接着形变、网裂和坑洞。
5)辙槽。
在行车荷载作用下,滞留在面层内的水使粗集料表面裹覆的沥青膜逐渐剥落,沥青混合料强度不断损失直至完全松散。行车轮迹带下不仅出现了压缩变形现象,而且产生了严重的剪切破坏现象,轮下松散的沥青混合料向两侧挤出并鼓起,在轮迹带下形成车辙。辙槽内有时还伴随着唧浆和网裂现象。
3 沥青路面水损坏的原因
3.1 集料与沥青粘结性不良
虽然我国规范明确规定用于高速公路沥青路面的粗集料的粘结力等级不低于4级,潮湿区不低于5级,但是按此标准进行控制的沥青粘附性的检测方法存在一定的局限性。采集用粘附性试验不能全面反映沥青与粗集料的粘附能力,评价沥青混合料水稳定性好坏最好采用车辙试验。为提高沥青混合料的水稳定性,现行规范提高了残留稳定度和冻裂指标,无疑对提高沥青路面的抗水损坏能力有重要意义。
3.2 集料含泥量偏高
集料含泥量偏高将会降低沥青与集料的粘附能力,拌和过程中沥青难以均匀裹覆在集料表面,往往出现花白料的现象。一旦混合料施工以后,在行车荷载和水的作用下,由于泥浆化,使沥青膜从集料表面剥落,从而使混合料出现松散等病害。
3.3 沥青混合料拌和不均匀
沥青混合料拌和必须有充足的时间,有时施工单位为了提高产量而缩短拌合时间,这种方法是不妥的,需要注意拌合时间也不宜太长,否则在高温状态下沥青会老化而影响其使用性能。
3.4 沥青混合料离析
广州市公路局工程研究所等单位对沥青混合料离析进行了研究,研究结论表明离析是水损坏的重要原因之一:
1)离析降低了沥青路面的物理力学性能,引起沥青路面空隙率增加;
2)离析引起路面透水,为水损坏创造了客观条件。由于积留在路面中的水不能迅速排出,在夏季高温时水稳可能达到60 ℃以上,引起沥青膜软化,在车辆荷载作用下,水不断冲刷沥青膜使其逐渐剥落。
3.5 沥青混合料细集料偏多
当细集料偏多时,沥青混合料不宜拌和均匀,同时减少了沥青膜厚度,从而降低了沥青路面的耐久性,引起沥青路面过早地出现开裂,如果不及时进行封缝,水会逐渐渗透到基层表面,导致翻浆唧泥。细集料过多,特别是0.075 mm以下的粉料难免吸附在粗集料表面,隔离了沥青路面的水稳定性。有的拌合机是在先加入矿粉干拌后,再喷入沥青进行湿拌,加剧了粉料隔离的危害。
3.6 油污染
柴油和汽油对沥青有溶解作用,沥青路面施工和使用过程中的油污染也会引起水损坏。这类损坏的表现形式是出现孤立的坑槽,其周边的沥青路面是完好的,一般不会迅速扩大,而且这类坑槽通常发生在通车后不久,短则3个月,长则2年。通过对早期坑槽的部位有明显的废柴油或废机油的气味分析,大部分油污染是施工造成的,也有一部分是使用过程中车辆漏油造成的。
3.7 路面排水系统不完善
水是沥青路面水损坏的诱因,滞留在沥青路面结构中的水不能及时排出,也会导致沥青路面水损坏。
4 沥青路面抗水损害技术措施
4.1 路面结构层均采用水稳定性好的密实型沥青混凝土
实践证实,沥青路面结构层中仅有一层是密实型(Ⅰ型)的沥青混凝土或仅设一层沥青砂来防止水损害远不能满足要求。一旦水通过各种途径进入到空隙率较大的结构层中,便会滞留于其中,使强度显著降低,并随着交通量的增加,出现水损害现象。
4.2 改善沥青与矿料之间的粘附性
为了减轻沥青路面的水损害,改善与提高沥青混合料的水稳定性与耐久性,需要增加沥青与矿料之间的粘附性。经验证实,我国目前所使用的表面层石料与沥青的粘附性都比较差,不能满足技术要求,必须采取抗剥落措施,以改善矿料与沥青之间的粘附性。目前我国常用的抗剥离措施主要是添加抗剥落剂。
4.3 提高沥青混凝土压实度标准,增加现场空隙率指标
国内外大量研究表明,7%的现场空隙率是沥青路面是否产生早期水损害的分水岭,美国SHRP研究成果也提出4%的设计空隙率是最佳的选择。若仍按96%的压实度予以控制,其现场空隙率将达到8%,无法满足水稳定性的要求,应提高压实度标准;而且在提高压实度标准的同时,增设现场空隙率作为施工的控制指标。
4.4 设计完善的排水系统
减少水分在沥青面层中的滞留时间无疑会减少水损坏的危害,沥青路面的排水系统必须严格按照JTJ 018-97公路排水设计规范进行设计,一方面在硬路肩下面设置碎石排水层,必须时在超高段底部可以设计排水盲沟,确保层间水和表面水能迅速排出路面,另一方面在保证抗车辙能力的条件下,可减少沥青路面的空隙率,同时设置完好的层间防水粘结层,防止水分下渗。
5防止油污染
汽油和柴油对沥青有溶解作用,在沥青路面施工和使用过程中应防止对沥青路面的油污染,摊铺过程中对摊铺机滑靴不能擦过多的柴油或采用非接触式平衡梁,需要人工补料时,应尽量避免柴油对沥青混合料的侵蚀,采用轮胎压路机碾压沥青路面时应对轮胎采取保温措施。防止沥青混合料粘轮,一旦出现粘轮应采取浸渍植物油的拖把擦轮胎,沥青路面使用过程中车辆出现漏油故障时,应及时用水冲洗油污,防止油污渗入沥青面层内部。
摘要：针对沥青路面水损害这个难题,介绍了沥青路面水损害的特点,研究了沥青路面水损害的类型及其形成机理,对沥青路面水损坏的原因进行了分析,提出了沥青路面抗水损害的技术措施,以延长沥青路面的使用寿命。
关键词：沥青,路面,水损害,治理措施
参考文献
[1]JTJ 032-94,公路沥青路面施工技术规范[S].
[2]沈国平.多雨地区沥青路面渗水病害探讨[J].公路,2000(4):5.
[3]龙锦松.多雨地区混凝土路面渗水病害探讨[J].中南公路工程,2000(4):57-58.