高速公路瀝青路面水損害的防治措施

粱　軼

摘要:本文對(duì)進(jìn)入路面不同水源產(chǎn)生水損害的原因進(jìn)行分析,提出了相應(yīng)解決措施。

關(guān)鍵詞:高速公路;瀝青路面;水損害;防治措施

1 前言

近幾年來(lái),隨著國(guó)家對(duì)高速公路建設(shè)投資力度的加大,我國(guó)的公路工程建設(shè)十分迅速。瀝青混凝土路面以其力學(xué)強(qiáng)度高、行車(chē)平穩(wěn)舒適、噪音低、施工期短、維修方便等眾多優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到青睞,我國(guó)90%以上的路面為瀝青混凝土或改性瀝青混凝土路面。但大部分高速公路在建成通車(chē)后不久,短的幾個(gè)月,長(zhǎng)的不超過(guò)兩年,就出現(xiàn)了水損害破壞。瀝青路面的這種早期水損害,既是我國(guó)高速公路瀝青路面最嚴(yán)重的病害之一,也是一個(gè)世界性的難題。因此研究高速公路瀝青路面水損害機(jī)理及防治措施顯得非常必要,并具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

2 瀝青路面水損害的特點(diǎn)及形成機(jī)理

按照其形成過(guò)程的不同,可以分為自上而卞的表面層水損害和自下而上的水損害,下面分別對(duì)這兩種水損害類(lèi)型加以闡述和說(shuō)明。

2.1 自上而下表面層水損害

許多初期的路面水損害都是從上往下發(fā)生的,它往往局限于在表面層發(fā)生松散和坑槽,如果及時(shí)維修,路面性能可以很快恢復(fù)。在降雨過(guò)程中,雨水首先滲入并滯留在表面層瀝青混凝土的孔隙中。當(dāng)下層的瀝青混和料密水性好,且瀝青層層厚較大,向下滲透比較困難,在大量高速行車(chē)的作用下,反復(fù)產(chǎn)生的動(dòng)水壓力逐漸使瀝青從集料表面剝離,局部瀝青混凝土變得松散,碎石被車(chē)輪甩出,路面產(chǎn)生坑槽。

這種水損害是國(guó)際上通稱(chēng)的經(jīng)典的水損害,它是一個(gè)水使瀝青膜從集料表面脫落,失去附著力的過(guò)程。水損壞的先決條件是水的存在,同時(shí)存在外力作用環(huán)境。汽車(chē)荷載的壓應(yīng)力和高速行駛產(chǎn)生的真空吸力形成剪應(yīng)力的反復(fù)泵吸作用,使瀝青膜從剝離發(fā)展到松散、掉粒、坑槽。損壞的進(jìn)程與荷載的大小、頻度有關(guān)。在初始價(jià)段,集料與集料之間發(fā)生剪切滑移,伴有瀝青膜移動(dòng)和脫離,當(dāng)剪應(yīng)力超過(guò)瀝青與集料之間的粘附力導(dǎo)致附著力喪失,這個(gè)過(guò)程很短暫,一條公路在長(zhǎng)時(shí)間干燥少水的情況下可以穩(wěn)定的使用,一旦有充足、大量的水從裂縫和大的孔隙中迅速滲入并達(dá)到飽和,經(jīng)行車(chē)反復(fù)泵吸就很快造成瀝青膜剝離的環(huán)境,并形成表面型坑槽。

2.2 自下而上水損害

當(dāng)表面的水從裂縫和孔隙較大的裂隙中進(jìn)入路面。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孔隙,水在這些地方比其它地方更容易進(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(guò)分致密,不能迅速將水排除時(shí),水滯留在瀝青層和基層的界面上,在汽車(chē)荷載的作用下,下面層瀝青混和料的粗集料對(duì)基層造成損傷,并形成灰漿。如果基層表面存在薄弱,如鋪筑瀝青層前就有浮灰、修補(bǔ)的薄層等:遇水很快就成為灰漿,灰漿從上下連通的孔隙中被荷載擠出,成為唧漿。通過(guò)唧漿部位可見(jiàn),開(kāi)始發(fā)生唧漿的孔一般都很小,肉眼看只有1-2cm,被擠出的灰漿可能?chē)娚涞綌?shù)米以外,尤其是有重載車(chē)高速通過(guò)時(shí),這種集中的沖擊力很大。在發(fā)生唧漿的路段,兩側(cè)的護(hù)欄幾乎都被泥漿所污染。與此同時(shí),瀝青層和基層的界面條件惡化,可能很快轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)界面條件,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(shí)發(fā)生,并發(fā)生拉應(yīng)力超過(guò)極限而開(kāi)裂。下面層的公稱(chēng)最大粒徑較大,離析也比較嚴(yán)重,并存在一些孔隙較大的部位。水在孔隙中承受很大的高速汽車(chē)荷載的抽吸作用,孔隙率較大的下面層將很快出現(xiàn)瀝青從集料表面剝離,瀝青膜逐漸被水乳化而喪失,集料松散,這種情況逐漸向上發(fā)展,最后頂破表面,成為坑槽。

這種水損害多發(fā)生在雨季、季節(jié)性冰凍地區(qū)的春融季節(jié),有時(shí)一場(chǎng)幾天的大雨就導(dǎo)致嚴(yán)重破壞。水損壞之初一般都先有小塊的網(wǎng)裂、冒白漿(唧漿),然后松散成坑槽。發(fā)生水損害的地方一般是透水較嚴(yán)重且排水又不暢的部位,如挖開(kāi)可見(jiàn)下面有積水或浮漿。一般情況下行車(chē)道破壞嚴(yán)重,超車(chē)道沒(méi)有破壞,顯然與重車(chē)、超載車(chē)有關(guān)。

3 瀝青路面水損害預(yù)防措施

通過(guò)對(duì)瀝青路面水損害的機(jī)理分析,我們知道造成水損害的主要原因是水,但由于水損害產(chǎn)生的數(shù)量及速度與瀝青混凝土密實(shí)度及空隙率大小、瀝青與粗集料的粘附力大小或有無(wú)使用抗剝落劑、交通量大小及重(超)載車(chē)輛的多少也有一定的關(guān)系,所以,有效防治水損害發(fā)生,應(yīng)從以下幾方面考慮。

3.1 合理設(shè)計(jì),健全道路防、排水系統(tǒng)

降落或匯流到中央分隔帶或路肩上的雨水,會(huì)下滲進(jìn)入分隔帶或路肩部分的土體中,并會(huì)沿路面邊緣側(cè)向滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部,甚至?xí)B透侵入路基內(nèi),而影響到行車(chē)道路基路面的穩(wěn)定。另一方面,路表水和滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分,都要通過(guò)中央分隔帶或路肩向外排泄。因此,設(shè)置好分隔帶和路肩的防、排水設(shè)施,是防治高等級(jí)瀝青路面雨水侵滲破壞的一個(gè)重要方面。

設(shè)置下封層可有效阻止水分向基層及其以下侵滲。對(duì)于高等級(jí)半剛性基層瀝青路面,盡量考慮設(shè)置下封層,改變以往那種靠澆灑透層瀝青兼起防水作用的不正確的做法。由于這類(lèi)路面一般情況下采用半剛性材料穩(wěn)定碎石基層,基層頂面往往存積粉塵,很難清掃干凈而完全露出碎石。透層瀝青可以滲入碎石間隙,但在粉塵上無(wú)法牢固粘結(jié),施工車(chē)輛行駛時(shí)會(huì)出現(xiàn)起皮和卷帶,致使透層不完整,起不到防水作用。下封層可采用拌和法或?qū)愉伔ㄊ┕さ膯螌邮綖r青表面處治,也可采用乳化瀝青稀漿封層等。

3.2 控制瀝青路面空隙率,防止或減少水分進(jìn)入內(nèi)部

據(jù)有關(guān)研究表明,當(dāng)路面實(shí)際空隙率為7% 一14%時(shí),水容易滲入瀝青混合料內(nèi)部,并在行車(chē)荷載作用下產(chǎn)生較大毛細(xì)壓力而形成動(dòng)力水,是發(fā)生水損害的最危險(xiǎn)孔隙率,而4%5%的空隙率就認(rèn)為是不透水的,也就是說(shuō)與水損害無(wú)關(guān);大于12%的空隙率,水很容易流走,但必須要設(shè)置排水的結(jié)構(gòu)層。據(jù)美國(guó)戰(zhàn)略公路研究計(jì)劃的調(diào)查,瀝青路面最合理的殘留空隙率為4%。所以必須提高對(duì)空隙率重要性的認(rèn)識(shí),迅速改變因片面追求平整度和擔(dān)心構(gòu)造深度而忽視對(duì)空隙率控制的現(xiàn)象。

3.3 提高瀝青與集料的粘附性,提高集料之間的粘結(jié)力

提高瀝青與集料的粘附性和抗剝離性能,是很久以來(lái)道路和瀝青制造部門(mén)共同研究的課題。例如用一部分石灰、水泥代替礦粉,或在瀝青中添加少量環(huán)烷類(lèi)高分子有機(jī)酸,可以改善瀝青與集料的粘附性。尤其是添加鈣、鉛、錳等各種類(lèi)型的金屬皂,能夠有效地提高瀝青與集料的粘附性。近年來(lái),隨著表面化學(xué)科學(xué)的發(fā)展,各種表面活性材料的開(kāi)發(fā),使各種抗剝落劑應(yīng)運(yùn)而生。添加抗剝落劑能改善和提高瀝青混合料抗水損害能力,但抗剝落劑(液體和石灰添加劑)對(duì)集料和瀝青有選擇性。因此,不能輕易得出某種抗剝落劑不好或是劣質(zhì)產(chǎn)品的結(jié)論,應(yīng)通過(guò)周密的試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行篩選。石灰是一種很有效的抗剝落劑,但使用比較困難。

3.4 提高施工質(zhì)量

施工前原材料的選用必須規(guī)格、均勻,配合比設(shè)計(jì)必須嚴(yán)密,而且注意防止集料的污染。在施工過(guò)程中必須注意瀝青混凝土拌合的均勻性以及攤鋪的寬度,防止粗細(xì)集料離析。嚴(yán)格控制瀝青混合料拌合溫度、出場(chǎng)溫度和碾壓溫度,混合料拌合溫度過(guò)高容易造成瀝青老化,瀝青與集料的粘附性也會(huì)明顯降低,嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成面層局部色澤不一致或路面過(guò)早老化破壞等現(xiàn)象。據(jù)國(guó)外有關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,瀝青混合料的溫度低于90℃,實(shí)際上已不可能再被進(jìn)一步壓實(shí)。再者,盡量通過(guò)使用高效配套的碾壓設(shè)備、增加碾壓遍數(shù)等提高壓實(shí)度以減小空隙率,空隙率大的位置滯留水越多破壞現(xiàn)象越嚴(yán)重。

3.5 嚴(yán)格控制超載車(chē)輛

公路管理部門(mén)應(yīng)該按照《公路法》及交通部《超限運(yùn)輸車(chē)輛行駛公路規(guī)定》的要求對(duì)超載車(chē)輛進(jìn)行強(qiáng)制卸載,并在入口處設(shè)卡不讓超載車(chē)輛進(jìn)入高速公路。

4 結(jié)束語(yǔ)

高速公路瀝青路面早期水損害的產(chǎn)生原因很多,分析和防治相當(dāng)困難。我國(guó)對(duì)路面水損害的研究還比較落后,應(yīng)該努力借鑒國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn),認(rèn)真找出瀝青路面水損害的確切原因,因地制宜地采取處治措施。

參考文獻(xiàn)

[1]沈金安.瀝青及瀝青混合料的路用性能[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]沙慶林.公路壓實(shí)與壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:人民交通出版社.2001.

[3]沙慶林.高速公路瀝青混凝土路面的水破壞及防治措施[J].國(guó)外公路,2000,20(3):

[4]東南大學(xué)交通學(xué)院.高等級(jí)公路柔性路面設(shè)計(jì)優(yōu)化研究報(bào)告[R].1994.