瀝青混凝土路面水損害處治措施

沈訓龍

(安徽省公路工程檢測中心,安徽合肥 230022)

瀝青混凝土路面水損害處治措施

沈訓龍

(安徽省公路工程檢測中心,安徽合肥 230022)

本文簡述了瀝青混凝土路面的水損害作用機理和減少水損害的幾點建議:路面結構層均采用水穩(wěn)定性好的密實型瀝青混凝土、改善瀝青與礦料之間的粘附性、提高瀝青混凝土壓實度標準,增加現(xiàn)場空隙率指標、設置路面結構內部排水系統(tǒng)?？晒┩袇⒖?。

瀝青混凝土路面;水損害;處治措施

1 水損害作用機理及產生的原因

瀝青混凝土路面的水損害作用機理與兩種過程有關: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,從而導致混合料的強度和勁度減小;其次,水能進入瀝青薄膜和集料之問,阻斷瀝青與集料的相互粘結,由于集料表面對水的吸附力比瀝青強,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生車轍、松散、坑槽及局部的結構性破壞。病害區(qū)內的瀝青混凝土具有壓實度不足,空隙率超標、瀝青含量不夠或集料級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?，F(xiàn)在路面排水往往只重視路基范圍內的路面表面以外的水排除,對路面結構層內部的排水很不重視。事實上,由上面層滲入的水無法及時排出,大部分水分進入下面層,長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力,造成路面松散、脫落、坑槽、基層破壞等病害。

1.2 路面壓實度不足

壓實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%的空隙率就認為不透水,也就是說與水破壞無關,大多數(shù)瀝青混合料設計空隙率為3%～5%,當施工完畢,壓實度要求達到92%的最大理論密度,也就是說空隙率為8%,2～3年后,可以認為是達到設計空隙率。如果路面沒有碾壓好,空隙率的加大對路面各種使用性能都有影響。開放交通后的行車碾壓會造成混合料的壓密變形而形成不正常的車轍,更嚴重的是水進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%水不容易進入,而大于12%水很容易流動,就必須設置排水結構層。

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

表1 兩種壓實度標準合格率比較表

從表中可以看出,K1+100-K4+100段路面壓實度盡管均滿足交通部標準96%,無一不合格,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,壓實度普遍不足,這是由于馬歇爾密度控制路面壓實度所造成的。

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

實例三:合肥市外環(huán)高速公路D標段上面層采用了AK-16和SMA-16,而原路面沒有設計排水結構層,只是希望在上面層和中面層之間排水;同時在路肩上設置了碎石盲溝,通過碎石盲溝將上、中面層間的水排出。事實上,由上面層滲入的水無法從碎石肓溝排出,而長期滯留在路面中或通過中、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

對合安高速公路B段瀝青混凝土路面來說,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)幾個小坑;嚴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段路面結構為30cm干壓級配碎石墊層+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)對施工現(xiàn)場瀝青混合料離析的狀況和特點分析,發(fā)現(xiàn)其離析主要表現(xiàn)為粗細集料及瀝青含量不均勻,如在同一區(qū)域內粗細集料的不均勻,偏離了設計級配,瀝青含量與設計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大、瀝青含量偏少,防水能力差,水容易侵入路面結構內部,導致路面水損害的發(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、施工環(huán)境條件等情況有關。如瀝青混合料采用了粘附性低的瀝青或酸性集料,將嚴重影響集料與瀝青的粘結,這都為水損害埋下了隱患。同樣,寒冷、潮濕的氣候條件對施工也是很不利的,也將影響瀝青混合料的壓實和相互粘結,影響混合料的水穩(wěn)定性。在所有條件相同時,交通量快速增長及超載運輸;設計與施工:路面整體偏薄,路基強度不夠,排水設計不佳。養(yǎng)護不足與不當都會加劇路面的水損害。

2 關于減少水損害的幾點建議

2.1 路面結構層均采用水穩(wěn)定性好的密實型瀝青混凝土

實踐證明,瀝青路面結構層中僅有一層是密實型(Ⅰ型)的瀝青混凝土或僅設一層瀝青砂來防止水損害遠不能滿足要求。一旦水通過各種途徑進入到空隙率較大的結構層中,便會滯留于其中,使強度顯著降低,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計,在《公路瀝青路面設計規(guī)范》(JTJF50—2006)提供的AC—161級配基礎上,設計了改進型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%,此設計對預防路面水損害的發(fā)生取得了很好的效果,礦料級配如表2所示。

表2 改進型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)驗證明,我國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度標準,增加現(xiàn)場空隙率指標

國內外大量研究表明,7%的現(xiàn)場空隙率是瀝青路面是否產生早期水損害的分水嶺,美國SHRP研究成果也提出4%的設計空隙率是最佳的選擇。若仍按96%的壓實度予以控制,其現(xiàn)場空隙率將達到8%,無法滿足水穩(wěn)定性的要求,應提高壓實度標準;而且在提高壓實度標準的同時,增設現(xiàn)場空隙率作為施工的控制指標。

2.4 設置路面結構內部排水系統(tǒng)

設置良好的路面結構內部排水系統(tǒng),迅速排除滲入路面結構內的水分,避免自由水在路面結構層中積滯的時間過長,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題。

3 結束語

高等級公路瀝青混凝土路面水損害已被越來越多的公路建設者所重視。盡管路面水損害與諸多原因有關,但通過合理設計、認真施工、精心養(yǎng)護,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:重慶大學出版社,2005.

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

U416.217

A

1671-8275(2010)03-0024-02

2009-04-25

沈訓龍(19632),男,安徽合肥人,安徽省公路工程檢測中心高級工程師。研究方向:路橋工程檢測技術與管理。

責任編輯:文 月