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[摘要]水损害是公路沥青路面常见病害之一,与之相关的路面出现麻面、剥离、掉粒松散、坑槽;路面基层受到损害发生唧泥,出现网裂、龟裂;路基变形发生沉降、开裂;路基坍塌等病害严重影响着路面的服务水平和实用寿命。本文针对这些病害认真分析了其影响因素并提出了相应的防治对策。
[关键词]市政道路;沥青路面;水损害;影响因素;防治措施
一、影响沥青路面水损坏的主要因素
我国的公路建设发展非常迅速,截至目前为止,已有公路总里程约150万km。与之同时,各种道路病害也层出不穷,其中沥青路面的水损害来得快,性质较严重,是路基路面的“大敌”。水损害有以下特点:①水损害破坏发生在雨季,也可能是梅雨季节或冰雪融化的季节。②路面破坏之初一般都先有小块的网裂、唧浆,然后松散成坑槽。③行车道破坏严重,且与重车、超载交通有关。④发生水损害的地方一般是透水较严重且排水不畅的部位。
沥青路面水损害问题所涉及的因素是十分复杂的。简而言之,可分为内因与外因。内因包括:集料的性质与表面污染,沥青的性质和老化,混合料的类型、孔隙率(透水性)、离析与水稳定性,路面渗水、排水设施不完善等等。外因包括:气候条件(降水量、酸雨、昼夜温度变化、冻融循环等)、交通量和交通组成、行车速度以及路面施工(压实等)和养护。尽管水损害的机理至今仍不十分明确,但在已有认识的基础上,采取正确、合理的沥青路面水损害防治措施,可以有效地延长我国沥青路面的使用寿命,降低路面维护成本,提高路面服务能力,同时也可以推动现有沥青路面路用材料设计、施工方法的发展,以便更好地服务于我国公路建设。
二、公路水损害的危害性成因及现象
1.表面产生坑洞
由于沥青砼的不均匀性,坑洞总是在局部沥青砼空隙率较大处首先产生。通常采用半开式(Ⅱ型)沥青砼表面层时,产生的水破坏更为严重,只要自由水侵入并滞留在沥青砼的孔隙中,不管是传统纯沥青砼,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和水破坏。
2.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,自由水产生很大压力并冲刷基层混合料表层的细料,形成灰浆。在行车压力作用下,灰浆通过各种裂缝达到路表面。如果灰浆数量较大,可能立即产生坑洞;而数量小的情况下,则导致网裂或变形。在南方潮湿多雨地区,这种破坏更为严重,有些高速公路,每次下雨,都产生唧浆与坑洞,而且唧出的常是底基层石灰土浆。
3.表面层和中面层同时产生坑洞
如果表面层和中面层是由空隙率较大的半开级沥青砼组成的,而底面层为空隙率较小的密实沥青砼时,遇上降水,则自由水易渗入并滞留在表面层和中面层内。而当表面层是半开级配、中面层是密实式沥青砼时,在历时较长的降水过程中,自由水透入表面层后,从中面层的薄弱处进入中面层,并滞留在表面层和中面层内。大量快速行车使这两层内沥青砼中部分碎石上的沥青剥落,导致表面产生网裂、下降和向外侧推挤,或产生坑洞。即使表面层和中面层都是密实式沥青砼,如果沥青砼的不均匀性较大,局部小面积沥青砼的实际空隙率较大,自由水也能逐渐透入并使路面产生水破坏。
4.辙槽
自由水侵入沥青面层后,使沥青与碎石的粘结力减弱。在行车荷载作用下,沥青砼的强度逐渐损失,直至完全松散。在行车轮迹下不但产生压缩变形,更严重的是产生剪切变形,轮下的沥青砼向外侧挤出,使轮迹带下陷,同时其两侧鼓起,形成严重的辙槽,槽深一般达30~40mm,如不及时处理,降雨后,辙槽内积有雨水,在雨水长时间作用下,造成更严重的水损害。
三、加强路面水损坏的有效防治措施
1.空隙率是沥青路面使用性能最重要的
采用合理的设计空隙率一般为3%~5%,对重载交通是4%~6%。沥青混合料的残余空隙率大是引起渗水和路面水损坏的最主要的原因之一,与配合比设计、压实度不足、混合料的离析等多方面有关。另外,路面空隙率大也加速了沥青混合料的老化,也会导致路面损坏。因此施工过程中加强渗水性检验,提高密水性。根据有关研究,空隙率8%是渗水程度的分界点,大于8%以后渗水性急剧增大。
2.优先推荐轮胎压路机搓揉碾压
(1)进行渗水性试验,提高水密性。沥青路面的水损害来源于水,只有水能渗入路面才有可能引发沥青膜和集料剥离,因此渗水性是沥青路面不会产生水损害的关键硬性指标。(2)加强沥青路面的压实,沥青路面施工中最重要的一个环节是压实,加强施工过程中控制,杜绝压实度测定中数据的虚假问题。优先考虑推荐轮胎压路机搓揉碾压,提高水密性,采用胶轮压路机进行搓揉碾压对降低路面的渗水系数特别有效。
3.采用适宜的沥青面层压实厚度
集料粒径大造成沥青混合料离析是普通存在的问题,粗集料粒径偏大,离析无法避免,层厚越薄,越易形成局部区域空隙过大,成为透水、积水和积浆的场所,容易导致沥青与集料剥离。同时,空隙过大,增加了沥青与空气的接触面积,使沥青老化加剧,也会降低混合料的水稳定性。所以,沥青层必须有一定的厚度与集料粒径相匹配,一般沥青面层厚度应是集料最大公称粒径的3倍以上。
4.保证沥青混合料拌和均匀
沥青混合料拌和不均匀就不能充分发挥沥青的胶结作用,导致水稳性降低。拌和均匀性可采取外观观察的方法进行检查,拌和均匀的混合料色泽一致,粗细均匀,当发现花白料或细集料中的团块时说明混合料拌和不均匀,为确保混合料拌和均匀可以通过试拌以确定合适的拌和时间。太短就不易拌和均匀,一般拌和时间为45min左右,对于最大公颗粒径1312mm及以下的沥青混合料,该性沥青混合料加入了纤维的沥青混合料应适当延长拌和时间,拌和时间应保证沥青有足够的温度,使沥青容易分散和裹覆在集料表面,同时应保证沥青符合设计要求。
5.防止油污染
汽油和柴油对沥青有溶解作用,沥青路面施工和使用过程中的油污也会引起水损坏。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,采用轮胎式压路机碾压沥青路面时应对轮胎采取措施,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。
6.做好施工接缝,防止接缝离析
施工接缝经常是离析的重灾区,而且可能成为路面表面裂缝的发源地,这已经为国内外的实践所证实,有时不得不制作冷接缝,我国常采用切缝机切缝制作纵缝,这样做的结果是将来的接缝开裂不可避免,对高速公路沥青路面,接缝基本不允许有冷接缝,热接缝只要施工时重视应该比较容易实现。
7.提高路面施工工艺水平,控制路面压实度
雨天或寒冷、潮湿的气候条件下施工,对沥青混合料的水稳定性是不利的。碾压时不应过多地向碾轮洒水,一定要保证路面的压实度,不能因为追求平整度而牺牲压实度,因为施工工艺对混合料的水稳性影响就集中体现在压实上。
参考文献
[1]吕伟民.SMA路面的泛油及其空隙率.石油沥青.2001年(2)
[2]夏衛国.沥青路面水损害试验模拟环境及影响因素.公路与汽运.2005年(6)
[3]罗志刚、周志刚、郑健龙.沥青路面水损害问题研究现状.长沙交通学院学报.2003年(19)
[关键词]市政道路;沥青路面;水损害;影响因素;防治措施
一、影响沥青路面水损坏的主要因素
我国的公路建设发展非常迅速,截至目前为止,已有公路总里程约150万km。与之同时,各种道路病害也层出不穷,其中沥青路面的水损害来得快,性质较严重,是路基路面的“大敌”。水损害有以下特点:①水损害破坏发生在雨季,也可能是梅雨季节或冰雪融化的季节。②路面破坏之初一般都先有小块的网裂、唧浆,然后松散成坑槽。③行车道破坏严重,且与重车、超载交通有关。④发生水损害的地方一般是透水较严重且排水不畅的部位。
沥青路面水损害问题所涉及的因素是十分复杂的。简而言之,可分为内因与外因。内因包括:集料的性质与表面污染,沥青的性质和老化,混合料的类型、孔隙率(透水性)、离析与水稳定性,路面渗水、排水设施不完善等等。外因包括:气候条件(降水量、酸雨、昼夜温度变化、冻融循环等)、交通量和交通组成、行车速度以及路面施工(压实等)和养护。尽管水损害的机理至今仍不十分明确,但在已有认识的基础上,采取正确、合理的沥青路面水损害防治措施,可以有效地延长我国沥青路面的使用寿命,降低路面维护成本,提高路面服务能力,同时也可以推动现有沥青路面路用材料设计、施工方法的发展,以便更好地服务于我国公路建设。
二、公路水损害的危害性成因及现象
1.表面产生坑洞
由于沥青砼的不均匀性,坑洞总是在局部沥青砼空隙率较大处首先产生。通常采用半开式(Ⅱ型)沥青砼表面层时,产生的水破坏更为严重,只要自由水侵入并滞留在沥青砼的孔隙中,不管是传统纯沥青砼,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和水破坏。
2.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,自由水产生很大压力并冲刷基层混合料表层的细料,形成灰浆。在行车压力作用下,灰浆通过各种裂缝达到路表面。如果灰浆数量较大,可能立即产生坑洞;而数量小的情况下,则导致网裂或变形。在南方潮湿多雨地区,这种破坏更为严重,有些高速公路,每次下雨,都产生唧浆与坑洞,而且唧出的常是底基层石灰土浆。
3.表面层和中面层同时产生坑洞
如果表面层和中面层是由空隙率较大的半开级沥青砼组成的,而底面层为空隙率较小的密实沥青砼时,遇上降水,则自由水易渗入并滞留在表面层和中面层内。而当表面层是半开级配、中面层是密实式沥青砼时,在历时较长的降水过程中,自由水透入表面层后,从中面层的薄弱处进入中面层,并滞留在表面层和中面层内。大量快速行车使这两层内沥青砼中部分碎石上的沥青剥落,导致表面产生网裂、下降和向外侧推挤,或产生坑洞。即使表面层和中面层都是密实式沥青砼,如果沥青砼的不均匀性较大,局部小面积沥青砼的实际空隙率较大,自由水也能逐渐透入并使路面产生水破坏。
4.辙槽
自由水侵入沥青面层后,使沥青与碎石的粘结力减弱。在行车荷载作用下,沥青砼的强度逐渐损失,直至完全松散。在行车轮迹下不但产生压缩变形,更严重的是产生剪切变形,轮下的沥青砼向外侧挤出,使轮迹带下陷,同时其两侧鼓起,形成严重的辙槽,槽深一般达30~40mm,如不及时处理,降雨后,辙槽内积有雨水,在雨水长时间作用下,造成更严重的水损害。
三、加强路面水损坏的有效防治措施
1.空隙率是沥青路面使用性能最重要的
采用合理的设计空隙率一般为3%~5%,对重载交通是4%~6%。沥青混合料的残余空隙率大是引起渗水和路面水损坏的最主要的原因之一,与配合比设计、压实度不足、混合料的离析等多方面有关。另外,路面空隙率大也加速了沥青混合料的老化,也会导致路面损坏。因此施工过程中加强渗水性检验,提高密水性。根据有关研究,空隙率8%是渗水程度的分界点,大于8%以后渗水性急剧增大。
2.优先推荐轮胎压路机搓揉碾压
(1)进行渗水性试验,提高水密性。沥青路面的水损害来源于水,只有水能渗入路面才有可能引发沥青膜和集料剥离,因此渗水性是沥青路面不会产生水损害的关键硬性指标。(2)加强沥青路面的压实,沥青路面施工中最重要的一个环节是压实,加强施工过程中控制,杜绝压实度测定中数据的虚假问题。优先考虑推荐轮胎压路机搓揉碾压,提高水密性,采用胶轮压路机进行搓揉碾压对降低路面的渗水系数特别有效。
3.采用适宜的沥青面层压实厚度
集料粒径大造成沥青混合料离析是普通存在的问题,粗集料粒径偏大,离析无法避免,层厚越薄,越易形成局部区域空隙过大,成为透水、积水和积浆的场所,容易导致沥青与集料剥离。同时,空隙过大,增加了沥青与空气的接触面积,使沥青老化加剧,也会降低混合料的水稳定性。所以,沥青层必须有一定的厚度与集料粒径相匹配,一般沥青面层厚度应是集料最大公称粒径的3倍以上。
4.保证沥青混合料拌和均匀
沥青混合料拌和不均匀就不能充分发挥沥青的胶结作用,导致水稳性降低。拌和均匀性可采取外观观察的方法进行检查,拌和均匀的混合料色泽一致,粗细均匀,当发现花白料或细集料中的团块时说明混合料拌和不均匀,为确保混合料拌和均匀可以通过试拌以确定合适的拌和时间。太短就不易拌和均匀,一般拌和时间为45min左右,对于最大公颗粒径1312mm及以下的沥青混合料,该性沥青混合料加入了纤维的沥青混合料应适当延长拌和时间,拌和时间应保证沥青有足够的温度,使沥青容易分散和裹覆在集料表面,同时应保证沥青符合设计要求。
5.防止油污染
汽油和柴油对沥青有溶解作用,沥青路面施工和使用过程中的油污也会引起水损坏。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,采用轮胎式压路机碾压沥青路面时应对轮胎采取措施,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。
6.做好施工接缝,防止接缝离析
施工接缝经常是离析的重灾区,而且可能成为路面表面裂缝的发源地,这已经为国内外的实践所证实,有时不得不制作冷接缝,我国常采用切缝机切缝制作纵缝,这样做的结果是将来的接缝开裂不可避免,对高速公路沥青路面,接缝基本不允许有冷接缝,热接缝只要施工时重视应该比较容易实现。
7.提高路面施工工艺水平,控制路面压实度
雨天或寒冷、潮湿的气候条件下施工,对沥青混合料的水稳定性是不利的。碾压时不应过多地向碾轮洒水,一定要保证路面的压实度,不能因为追求平整度而牺牲压实度,因为施工工艺对混合料的水稳性影响就集中体现在压实上。
参考文献
[1]吕伟民.SMA路面的泛油及其空隙率.石油沥青.2001年(2)
[2]夏衛国.沥青路面水损害试验模拟环境及影响因素.公路与汽运.2005年(6)
[3]罗志刚、周志刚、郑健龙.沥青路面水损害问题研究现状.长沙交通学院学报.2003年(19)