沈訓(xùn)龍

(安徽省公路工程檢測(cè)中心,安徽合肥 230022)

瀝青混凝土路面水損害處治措施

沈訓(xùn)龍

(安徽省公路工程檢測(cè)中心,安徽合肥 230022)

本文簡(jiǎn)述了瀝青混凝土路面的水損害作用機(jī)理和減少水損害的幾點(diǎn)建議:路面結(jié)構(gòu)層均采用水穩(wěn)定性好的密實(shí)型瀝青混凝土、改善瀝青與礦料之間的粘附性、提高瀝青混凝土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn),增加現(xiàn)場(chǎng)空隙率指標(biāo)、設(shè)置路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)?？晒┩袇⒖?。

瀝青混凝土路面;水損害;處治措施

1 水損害作用機(jī)理及產(chǎn)生的原因

瀝青混凝土路面的水損害作用機(jī)理與兩種過(guò)程有關(guān):首先,水能侵入瀝青混凝土中而使瀝青與集料的粘附性減小,從而導(dǎo)致混合料的強(qiáng)度和勁度減小;其次,水能進(jìn)入瀝青薄膜和集料之問(wèn),阻斷瀝青與集料的相互粘結(jié),由于集料表面對(duì)水的吸附力比瀝青強(qiáng),致使瀝青與集料表面的接觸面減小,從而使瀝青從集料表面剝落。瀝青混合料的強(qiáng)度逐漸降低,在行車荷載的聯(lián)合作用下,水損壞明顯加劇,致使瀝青混凝土路面產(chǎn)生車轍、松散、坑槽及局部的結(jié)構(gòu)性破壞。病害區(qū)內(nèi)的瀝青混凝土具有壓實(shí)度不足,空隙率超標(biāo)、瀝青含量不夠或集料級(jí)配不符并伴隨著含水量偏大甚至有明顯積水等現(xiàn)象。其主要原因分析如下[1]:

1.1 路面排水系統(tǒng)不健全

路面排水系統(tǒng)不健全是造成瀝青混凝土路面水損害的重要原因之一。現(xiàn)在路面排水往往只重視路基范圍內(nèi)的路面表面以外的水排除,對(duì)路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的排水很不重視。事實(shí)上,由上面層滲入的水無(wú)法及時(shí)排出,大部分水分進(jìn)入下面層,長(zhǎng)期滯留在半剛性基層頂面(天晴后數(shù)日,仍可看到在車輪的作用下,從路面縫中冒出的水),在車輪荷載的作用下,部分路面水變成有壓水,特別在夏季,溫水加劇了集料上瀝青膜的剝離,削弱了瀝青混凝土粘結(jié)力,造成路面松散、脫落、坑槽、基層破壞等病害。

1.2 路面壓實(shí)度不足

壓實(shí)度不足是早期水損害最普遍的原因。研究表明:熱拌瀝青混合料4%～5%的空隙率就認(rèn)為不透水,也就是說(shuō)與水破壞無(wú)關(guān),大多數(shù)瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率為3%～5%,當(dāng)施工完畢,壓實(shí)度要求達(dá)到92%的最大理論密度,也就是說(shuō)空隙率為8%,2～3年后,可以認(rèn)為是達(dá)到設(shè)計(jì)空隙率。如果路面沒(méi)有碾壓好,空隙率的加大對(duì)路面各種使用性能都有影響。開(kāi)放交通后的行車碾壓會(huì)造成混合料的壓密變形而形成不正常的車轍,更嚴(yán)重的是水進(jìn)入空隙成為水損害的禍根。研究表明:空隙率在8%～12%之間,是路面水破壞最易發(fā)生的區(qū)域,小于8%水不容易進(jìn)入,而大于12%水很容易流動(dòng),就必須設(shè)置排水結(jié)構(gòu)層。

實(shí)例一:合安高速公路B段2008年罩面工程所檢驗(yàn)的若干路段的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 兩種壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)合格率比較表

從表中可以看出,K1+100-K4+100段路面壓實(shí)度盡管均滿足交通部標(biāo)準(zhǔn)96%,無(wú)一不合格,但如果用最大理論密度92%去衡量,有67%的密度不合格;若要用93%的最大理論刻度去衡量,則100%不合格。從這些數(shù)據(jù)可看出,壓實(shí)度普遍不足,這是由于馬歇爾密度控制路面壓實(shí)度所造成的。

實(shí)例二:合徐高速公路安徽段 H標(biāo)段瀝青路面上面層級(jí)配采用AC-16Ⅱ型,其級(jí)配比部頒規(guī)范中AC-16Ⅰ型粗,上面層空隙率大,易滲水。合徐高速公路安徽段 H標(biāo)段路面壓實(shí)度按馬歇爾密度控制,從所檢驗(yàn)的若干試驗(yàn)段的數(shù)據(jù)可以看出,壓實(shí)度普遍不足,這是由于馬歇爾密度控制路面壓實(shí)度所造成的。除此之外,在合徐高速公路瀝青混凝土路面性能試驗(yàn)段研究中,專家認(rèn)為合徐高速公路安徽段H標(biāo)段瀝青混合料的水敏感性指標(biāo)雖然完全滿足我國(guó)瀝青路面施工規(guī)范中關(guān)于水損害技術(shù)指標(biāo)的要求,但仍不能防止水損害。

實(shí)例三:合肥市外環(huán)高速公路D標(biāo)段上面層采用了AK-16和SMA-16,而原路面沒(méi)有設(shè)計(jì)排水結(jié)構(gòu)層,只是希望在上面層和中面層之間排水;同時(shí)在路肩上設(shè)置了碎石盲溝,通過(guò)碎石盲溝將上、中面層間的水排出。事實(shí)上,由上面層滲入的水無(wú)法從碎石肓溝排出,而長(zhǎng)期滯留在路面中或通過(guò)中、下面層空隙以及裂縫滲到中、下面層。在車輪荷載作用下,部分路面水變成有壓水,特別在夏季,溫水加劇了集料上瀝青膜的剝離,造成路面松散脫落。

1.3 路面離析

對(duì)合安高速公路B段瀝青混凝土路面來(lái)說(shuō),路面的水損害都是局部發(fā)生的。這里所指的“局部”,輕微的情況是在路面上偶爾出現(xiàn)幾個(gè)小坑;嚴(yán)重的情況是在行車道有一段一段的損壞,甚至有的連續(xù)幾公里損壞,而瀝青混合料的離析便是造成路面局部水損壞的另一原因。

合安高速公路B段路面結(jié)構(gòu)為30cm干壓級(jí)配碎石墊層+20cm水泥粉煤灰穩(wěn)定碎石基層+6cm瀝青碎石下面層+4cm中粒式瀝青混凝土上面層,根據(jù)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)瀝青混合料離析的狀況和特點(diǎn)分析,發(fā)現(xiàn)其離析主要表現(xiàn)為粗細(xì)集料及瀝青含量不均勻,如在同一區(qū)域內(nèi)粗細(xì)集料的不均勻,偏離了設(shè)計(jì)級(jí)配,瀝青含量與設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量不一致等。粗集料集中的部位往往孔隙率過(guò)大、瀝青含量偏少,防水能力差,水容易侵入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部,導(dǎo)致路面水損害的發(fā)生。1.4 其它原因

瀝青混凝土路面發(fā)生水損害的原因還與原材料的性質(zhì)、施工環(huán)境條件等情況有關(guān)。如瀝青混合料采用了粘附性低的瀝青或酸性集料,將嚴(yán)重影響集料與瀝青的粘結(jié),這都為水損害埋下了隱患。同樣,寒冷、潮濕的氣候條件對(duì)施工也是很不利的,也將影響瀝青混合料的壓實(shí)和相互粘結(jié),影響混合料的水穩(wěn)定性。在所有條件相同時(shí),交通量快速增長(zhǎng)及超載運(yùn)輸;設(shè)計(jì)與施工:路面整體偏薄,路基強(qiáng)度不夠,排水設(shè)計(jì)不佳。養(yǎng)護(hù)不足與不當(dāng)都會(huì)加劇路面的水損害。

2 關(guān)于減少水損害的幾點(diǎn)建議

2.1 路面結(jié)構(gòu)層均采用水穩(wěn)定性好的密實(shí)型瀝青混凝土

實(shí)踐證明,瀝青路面結(jié)構(gòu)層中僅有一層是密實(shí)型(Ⅰ型)的瀝青混凝土或僅設(shè)一層瀝青砂來(lái)防止水損害遠(yuǎn)不能滿足要求。一旦水通過(guò)各種途徑進(jìn)入到空隙率較大的結(jié)構(gòu)層中,便會(huì)滯留于其中,使強(qiáng)度顯著降低,并隨著交通量的增加,出現(xiàn)水損害現(xiàn)象。蕪宣高速公路B段路面瀝青混合料的組成設(shè)計(jì),在《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJF50—2006)提供的AC—161級(jí)配基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了改進(jìn)型DAC—16A的表面層,并在瀝青中摻入0.3%的抗剝落劑。其孔隙率為3%～5%,此設(shè)計(jì)對(duì)預(yù)防路面水損害的發(fā)生取得了很好的效果,礦料級(jí)配如表2所示。

表2 改進(jìn)型DAC-16A表

2.2 改善瀝青與礦料之間的粘附性

為了減輕瀝青路面的水損害,改善與提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性與耐久性,需要增加瀝青與礦料之間的粘附性。經(jīng)驗(yàn)證明,我國(guó)目前所使用的表面層石料與瀝青的粘附性都比較差,不能滿足技術(shù)要求,必須采取抗剝落措施,以改善礦料與瀝青之間的粘附性。目前我國(guó)常用的抗剝離措施主要是添加抗剝落劑[2]。

2.3 提高瀝青混凝土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn),增加現(xiàn)場(chǎng)空隙率指標(biāo)

國(guó)內(nèi)外大量研究表明,7%的現(xiàn)場(chǎng)空隙率是瀝青路面是否產(chǎn)生早期水損害的分水嶺,美國(guó)SHRP研究成果也提出4%的設(shè)計(jì)空隙率是最佳的選擇。若仍按96%的壓實(shí)度予以控制,其現(xiàn)場(chǎng)空隙率將達(dá)到8%,無(wú)法滿足水穩(wěn)定性的要求,應(yīng)提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn);而且在提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)空隙率作為施工的控制指標(biāo)。

2.4 設(shè)置路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)

設(shè)置良好的路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng),迅速排除滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分,避免自由水在路面結(jié)構(gòu)層中積滯的時(shí)間過(guò)長(zhǎng),從而改善路面的使用性能的措施能夠從根本上解決瀝青路面的水損害問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

高等級(jí)公路瀝青混凝土路面水損害已被越來(lái)越多的公路建設(shè)者所重視。盡管路面水損害與諸多原因有關(guān),但通過(guò)合理設(shè)計(jì)、認(rèn)真施工、精心養(yǎng)護(hù),做好防排水工作,是能夠有效地抑制或減少路面水損害發(fā)生的。

[1] 何兆益.路基路面工程[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2005.

[2] 劉明,吳立強(qiáng),丁冠旭.瀝青路面平整度差產(chǎn)生的原因分析及改善措施[J].交通科技學(xué)報(bào),2007(6).

U416.217

A

1671-8275(2010)03-0024-02

2009-04-25

沈訓(xùn)龍(19632),男,安徽合肥人,安徽省公路工程檢測(cè)中心高級(jí)工程師。研究方向:路橋工程檢測(cè)技術(shù)與管理。

責(zé)任編輯:文 月