沥青混凝土路面水损害处治措施

沈训龙

(安徽省公路工程检测中心,安徽合肥 230022)

沥青混凝土路面水损害处治措施

沈训龙

(安徽省公路工程检测中心,安徽合肥 230022)

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。

沥青混凝土路面;水损害;处治措施

1 水损害作用机理及产生的原因

沥青混凝土路面的水损害作用机理与两种过程有关:首先,水能侵入沥青混凝土中而使沥青与集料的粘附性减小,从而导致混合料的强度和劲度减小;其次,水能进入沥青薄膜和集料之问,阻断沥青与集料的相互粘结,由于集料表面对水的吸附力比沥青强,致使沥青与集料表面的接触面减小,从而使沥青从集料表面剥落。沥青混合料的强度逐渐降低,在行车荷载的联合作用下,水损坏明显加剧,致使沥青混凝土路面产生车辙、松散、坑槽及局部的结构性破坏。病害区内的沥青混凝土具有压实度不足,空隙率超标、沥青含量不够或集料级配不符并伴随着含水量偏大甚至有明显积水等现象。其主要原因分析如下[1]:

1.1 路面排水系统不健全

路面排水系统不健全是造成沥青混凝土路面水损害的重要原因之一。现在路面排水往往只重视路基范围内的路面表面以外的水排除,对路面结构层内部的排水很不重视。事实上,由上面层渗入的水无法及时排出,大部分水分进入下面层,长期滞留在半刚性基层顶面(天晴后数日,仍可看到在车轮的作用下,从路面缝中冒出的水),在车轮荷载的作用下,部分路面水变成有压水,特别在夏季,温水加剧了集料上沥青膜的剥离,削弱了沥青混凝土粘结力,造成路面松散、脱落、坑槽、基层破坏等病害。

1.2 路面压实度不足

压实度不足是早期水损害最普遍的原因。研究表明:热拌沥青混合料4%～5%的空隙率就认为不透水,也就是说与水破坏无关,大多数沥青混合料设计空隙率为3%～5%,当施工完毕,压实度要求达到92%的最大理论密度,也就是说空隙率为8%,2～3年后,可以认为是达到设计空隙率。如果路面没有碾压好,空隙率的加大对路面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密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。研究表明:空隙率在8%～12%之间,是路面水破坏最易发生的区域,小于8%水不容易进入,而大于12%水很容易流动,就必须设置排水结构层。

实例一:合安高速公路B段2008年罩面工程所检验的若干路段的数据如表1所示。

表1 两种压实度标准合格率比较表

从表中可以看出,K1+100-K4+100段路面压实度尽管均满足交通部标准96%,无一不合格,但如果用最大理论密度92%去衡量,有67%的密度不合格;若要用93%的最大理论刻度去衡量,则100%不合格。从这些数据可看出,压实度普遍不足,这是由于马歇尔密度控制路面压实度所造成的。

实例二:合徐高速公路安徽段 H标段沥青路面上面层级配采用AC-16Ⅱ型,其级配比部颁规范中AC-16Ⅰ型粗,上面层空隙率大,易渗水。合徐高速公路安徽段 H标段路面压实度按马歇尔密度控制,从所检验的若干试验段的数据可以看出,压实度普遍不足,这是由于马歇尔密度控制路面压实度所造成的。除此之外,在合徐高速公路沥青混凝土路面性能试验段研究中,专家认为合徐高速公路安徽段H标段沥青混合料的水敏感性指标虽然完全满足我国沥青路面施工规范中关于水损害技术指标的要求,但仍不能防止水损害。

实例三:合肥市外环高速公路D标段上面层采用了AK-16和SMA-16,而原路面没有设计排水结构层,只是希望在上面层和中面层之间排水;同时在路肩上设置了碎石盲沟,通过碎石盲沟将上、中面层间的水排出。事实上,由上面层渗入的水无法从碎石肓沟排出,而长期滞留在路面中或通过中、下面层空隙以及裂缝渗到中、下面层。在车轮荷载作用下,部分路面水变成有压水,特别在夏季,温水加剧了集料上沥青膜的剥离,造成路面松散脱落。

1.3 路面离析

对合安高速公路B段沥青混凝土路面来说,路面的水损害都是局部发生的。这里所指的“局部”,轻微的情况是在路面上偶尔出现几个小坑;严重的情况是在行车道有一段一段的损坏,甚至有的连续几公里损坏,而沥青混合料的离析便是造成路面局部水损坏的另一原因。

合安高速公路B段路面结构为30cm干压级配碎石垫层+20cm水泥粉煤灰稳定碎石基层+6cm沥青碎石下面层+4cm中粒式沥青混凝土上面层,根据对施工现场沥青混合料离析的状况和特点分析,发现其离析主要表现为粗细集料及沥青含量不均匀,如在同一区域内粗细集料的不均匀,偏离了设计级配,沥青含量与设计的最佳沥青用量不一致等。粗集料集中的部位往往孔隙率过大、沥青含量偏少,防水能力差,水容易侵入路面结构内部,导致路面水损害的发生。1.4 其它原因

沥青混凝土路面发生水损害的原因还与原材料的性质、施工环境条件等情况有关。如沥青混合料采用了粘附性低的沥青或酸性集料,将严重影响集料与沥青的粘结,这都为水损害埋下了隐患。同样,寒冷、潮湿的气候条件对施工也是很不利的,也将影响沥青混合料的压实和相互粘结,影响混合料的水稳定性。在所有条件相同时,交通量快速增长及超载运输;设计与施工:路面整体偏薄,路基强度不够,排水设计不佳。养护不足与不当都会加剧路面的水损害。

2 关于减少水损害的几点建议

2.1 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。芜宣高速公路B段路面沥青混合料的组成设计,在《公路沥青路面设计规范》(JTJF50—2006)提供的AC—161级配基础上,设计了改进型DAC—16A的表面层,并在沥青中掺入0.3%的抗剥落剂。其孔隙率为3%～5%,此设计对预防路面水损害的发生取得了很好的效果,矿料级配如表2所示。

表2 改进型DAC-16A表

2.2 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[2]。

2.3 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。

2.4 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的措施能够从根本上解决沥青路面的水损害问题。

3 结束语

高等级公路沥青混凝土路面水损害已被越来越多的公路建设者所重视。尽管路面水损害与诸多原因有关,但通过合理设计、认真施工、精心养护,做好防排水工作,是能够有效地抑制或减少路面水损害发生的。

[1] 何兆益.路基路面工程[M].重庆:重庆大学出版社,2005.

[2] 刘明,吴立强,丁冠旭.沥青路面平整度差产生的原因分析及改善措施[J].交通科技学报,2007(6).

U416.217

A

1671-8275(2010)03-0024-02

2009-04-25

沈训龙(19632),男,安徽合肥人,安徽省公路工程检测中心高级工程师。研究方向:路桥工程检测技术与管理。

责任编辑:文 月