沥青路面水损害成因及防治新技术.doc

路基路面课程实习调研书 沥青路面水损害成因及防治新技术 摘要：随着近几年道路建设的突飞猛进, 沥青路面作为高等级路面被广泛采用, 然而, 沥青路面极易出现早期损害现象,水损害是其中首要的也是最严重的现象之一应引起关注。本文通过分析沥青路面水损害的特点, 针对其产生原因, 提出防治措施, 以期通过科学的方法避免或减轻沥青混凝土路面的水损害。引言：沥青路面的破坏形式主要表现为车辙、低温开裂和疲劳开裂，从60年代以来，几乎大多数与沥青路面研究有关的课题也集中在这三大破坏形式上。近年来，另外两种破坏形式水损害和反射裂缝也逐渐引起人们的注意，也已形成世界性范围的问题。我国在这方面的研究还很少，还没有引起人们足够的重视。直至最近，一些高等级公路发生了较为严重的水损害问题，也到了重视水损害问题的时候了。 一、沥青路面水损害的概念沥青路面损害的原因相当复杂，其中水损害是一个不容忽视的重要问题。所谓沥青路面的水损害，是指沥青路面在水分存在的条件下，受交通荷载和温度胀缩的反复作用，一方面水分逐渐侵入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用，沥青膜渐渐地从集料表面剥离，导致集料之间的粘结力丧失而发生的路面破坏过程。二、沥青路面的主要水损害表现(1)地下毛细水的上移，侵人 沥青混合料内部造成沥青面层的损害。(2)地面水下渗后，若未能及时排出，一部分会沉积在沥青面层的空隙中，在荷载的反复作用下由下而上渗入混合料内部破坏沥青与集料的黏结，一部分会通过面层下渗至路面基层，造成基层的软化，导致路面面层出现裂缝、断裂、龟裂、剥离、松散、唧浆等多种病害。三、水损害造成路面破坏的机理(1) 在开始阶段，水分侵入沥青与集料的界面，以水膜或水气的形式存在，影响沥青与集料的黏附性；(2)在荷载的反复作用下，沥青膜与集料开始剥离；(3)渐渐地，集料开始松散、脱落；(4)最后形成一系列病害。四、沥青路面水损害的原因1、结构原因水分通过孔隙(或其他途径)进入沥青路面结构层内，并浸入矿质集料内，由于表面张力(和其他化学力)的作用，使沥青与石料间的联结被削弱或完全剥离，汽车轮胎对路面挤压搓揉作用及与路面间的真空吸附作用加速了剥离的进程。致使路面很快损坏。1.1沥青混合料离析湖北高科交通工程咨询有限公司等单位对沥青混合料离析进行了专门研究，研究结论表明离析是水损坏的重要原因之一，降低了沥青路面的物理力学性能，引起沥青路面空隙率增加，由于积留在路面中的水不能迅速排出，在夏季高温时水温可能达到60e以上，引起沥青膜软化，在车辆荷载作用下，水不断冲刷沥青膜使其逐步剥落；在冬季低温时，积留在路面中的水由于结冰而体积膨胀，引起沥青路面内部出现微裂缝，经过反复的冻胀和车辆荷载作用，使沥青路面发生松散，形成坑槽。1.2路面排水系统不完善水是沥青路面水损坏的诱因，滞留在沥青路面结构中的水不能及时排出，也会导致沥青路面水损坏。桥面铺装损坏往往从铺装下层开始，由于下层结构破坏，强度降低，引起桥面翻浆、沉陷、网裂、拥包，这种损坏经常发生在车道线上，而且是成片发生。在局部的路基地段也会发生此类损坏，但是数量较少。2、材料原因采用二氧化硅含量高的石料(俗称酸性石料)，与沥青的裹覆能力差；沥青与集料间的联结力是影响沥青路面寿命的一个重要因素，联结力的丧失会导致沥青路面的破坏。作为压实沥青混合料的强度指标，一般认为，沥青混合料内聚力指标能否是得到满足，一定程度上取决于沥青膜与集料间是否有足够的联结力，同时也受到沥青膜粘度等因素的影响。2.1集料与沥青粘性不良虽然我国规范明确规定用于高速公路沥青路面的粗集料的粘附等级不低于4级，潮湿区不低于5级，但是按此标准进行控制的沥青路面，水损坏现象依然存在。我认为对沥青粘附性的检测方法存在一定的局限性。首先，试验方法要求粗集料必须洗净烘干，实际施工时集料表面不可能十分干净；其次，对粘附等级的划分跟据沥青剥离面积来评定，其实对不规则的集料，沥青剥离面积很难测算准确。另一方面，既然有沥青剥落，说明沥青与集料粘附性并不好，实际使用时沥青剥落是迟早的问题；第三，试验方法与水渚时间和沥青膜厚度有很大关系，当沥青温度低时，沥青膜厚度大，水很难渗入到沥青和集料的界面，因此沥青膜在水渚的3 min内有可能不剥落，但是并不能说明沥青与集料粘附性就好。评价沥青混合料水稳定性好坏最好采用汉堡车辙试验、冻融劈裂试验和残留稳定度试验进行检验。为提高沥青混合料的水稳定性，现行规范提高了残留稳定度和冻融劈裂指标，无疑对提高沥青路面的抗水损坏能力具有重要意义。2.2集料含泥量偏高集料含泥量偏高将会降低沥青与集料的粘附能力，拌和过程中沥青难以均匀裹覆在集料表面，往往出现花白料的现象。一旦混合料施工以后，在行车荷载和水的作用下，由于泥浆乳化，使沥青膜从集料表面剥落，从而使混合料出现松散等病害。从已经通车的沥青路面中经常可以发现连片的坑槽。这往往是工程最后收尾底脚集料，其含泥量偏高，同时颗粒圆滑，无丰富棱角，虽然经过烘干、筛分、除尘，但是难以排除干净，在集料表面存在粉尘，隔离了沥青与集料的粘接。2.3沥青混合料中细集料偏多当细集料偏多时，沥青混合料不易拌和均匀，同时减小了沥青膜厚度，从而降低了沥青路面的耐久性，引起沥青路面过早地出现开裂，如果不及时进行封缝，水会逐步渗透到基层表面，导致翻浆唧泥。细集料过多，特别是0.075mm以下的粉料难免吸附在粗集料表面，隔离了沥青与粗集料之间的胶结作用，降低了沥青路面的水稳定性。有的拌和机是在先加入矿粉干拌后，再喷入沥青进行湿拌，加剧了粉料隔离的危害。3、施工和设计原因沥青混合料设计孔隙率过大或沥青路面施工过分强调平整度，忽略密实度，致使路面碾压不足，孔隙率过大，或因为沥青路面摊铺时混合料离析，造成局部孔隙率过大而出现透水。3.1沥青混合料拌和不均匀沥青混合料拌和不均匀引起沥青路面损坏的特征是表面沥青膜剥落，露出集料并逐步出现掉粒和松散现象，最后形成坑槽。这种病害往往是成片发生的，而不是孤立的坑槽。拌和不均匀表现为集料表面不能完全被沥青膜裹覆，出现花白料或沥青膜厚度不均匀，沥青不能发挥有效的胶结作用，主要原因是拌和时间太短，沥青温度偏低，沥青含量不足，细集料偏多等方面。沥青混合料拌和必须有充足的时间，有时施工单位为了提高产量而缩短拌和时间，这种方法是不妥的，需要注意的是拌和时间也不宜太长，否则在高温状态下沥青会老化而影响其使用性能。3.2油污染柴油和汽油对沥青有溶解作用，沥青路面施工和使用过程中的油污染也会引起水损坏。这类损坏的表现形式是出现孤立的坑槽，其周边的沥青路面是完好的，一般不会迅速扩大，而且这类坑槽通常发生在通车后不久，短则3个月，长则2年。笔者通过对早期坑槽的调查发现，发生坑槽的部位有明显的废柴油或废机油的气味，大部分油污染是施工造成的，也有一部分是使用过程中车辆漏油造成的。 四、沥青路面水损害的防治新技术 要解决沥青路面水损害问题, 根据其损害特点和和损害原因, 考虑从以下几方面采取措施。 1.对于结构原因引起的水损害所采取的措施:1.1路面结构层孔隙率设计沥青面层的各层采用设计孔隙率不大于5%的密级配沥青混合料， 并适当增加直径为2. 36mm 的集料用量。防止面层本身透水， 既可以减轻水损害， 又可以减少辙槽。1.2提高沥青路面水稳定性为提高高速公路沥青路面水稳定性，可采取以下措施:集料与沥青的粘附等级应达到5级，允许沥青膜有移动，但是不能有裸露的石料；必须对沥青混合料进行水稳定性检验，要求残留稳定度不小于85%，冻融劈裂残留强度比不小于80%；如果集料抗剥离能力不足，可掺入一定剂量的抗剥离剂或石灰，以提高沥青与集料的粘附能力；可采用改性沥青，以提高胶结料的粘附能力。1.3防止沥青混合料离析离析贯穿沥青路面施工全过程，主要有材料离析、温度离析和碾压离析3种形式，离析程度与施工工艺紧密相关，沥青混合料装卸、运输、摊铺、碾压过程中应采取合适的工艺措施。1.4设计完善的排水系统减少水分在沥青面层中的滞留时间无疑会减少水损坏的危害，沥青路面的排水系统必须严格按照5公路排水设计规范6(JTJ018-97)进行设计。在硬路肩下面设置碎石排水层，必要时在超高段底部可以设计排水盲沟，确保层间水和表面水能迅速排出路面。另一方面在保证抗车辙能力的条件下，可减少沥青路面的空隙率，同时设置完好的层间防水粘结层，防止水分下渗。对于桥面铺装，考虑到水泥混凝土不能渗水，因此在水泥混凝土铺装层施工时宜预留泄水孔，特别是对于有超高的桥梁，在水泥混凝土铺装的低洼处应设置泄水孔，以便渗入到沥青面层下部的水分能迅速排出，减少水损坏的隐患。2. 对于材料原因引起的水损害所采取的措施：2.1材料选择对于集料， 通常使用孔隙率小于0. 5%且粗糙并洁净的集料。碱性石料比酸性石料具有更好的抗水害的能力。建议沥青上面层石料采用优质碱性岩石(如玄武岩)， 以增加沥青路面抗水损害性能， 中下面层采用石灰岩碎石。沥青与集料的黏附性与沥青的黏度有关。黏度越大， 抗剥离性越好。在选择沥青稠度时， 应选用针人度小的沥青， 以增大黏度， 增加抗水损害的性能。此外， 还要防止沥青污染。2.2掺加抗剥离剂当沥青与集料之间的黏附性不合格， 或沥青混合料的水稳定性达不到要求时， 必须掺加抗剥离剂。常用的抗剥离剂有以下3种。( 1) 消石灰。消石灰是最常用、最经济的抗剥离剂， 可提高沥青的黏性， 改善沥青混合料的抗剥落性能、水稳定性和抗老化性能。( 2)有机高分子材料抗剥离剂。最好选用高温时稳定、难分解且具有阳离子、阴离子两种极性的抗剥离剂。( 3)水泥。水泥呈碱性， 可使酸性岩石与沥青形成良好的黏结， 提高沥青路面抗水损害能力。2.3控制集料含泥量和细集料含量控制集料含泥量和细集料含量必须从集料加工源头抓起。首先，应选择干净的片块石进行破碎加工，铲运时不得粘有泥土；第二，碎石加工设备必须配备除尘装置，既可防止污染周边环境，又可以控制粉尘含量，将细集料中0.075mm以下的粉尘控制在10%以内；第三，禁止雨天加工和运输集料；第四，拌和场及进场道路必须清洁硬化，防止泥土污染；第五，控制拌和机产量，调整好除尘装置，确保不必要的粉尘能排除干净，不可一味追求拌和机产量而忽视了粉尘含量；第六，集料的下脚料应废弃不用。通过以上措施将粗集料含泥量控制在1%以内，细集料砂当量指标达到60%以上。3.对于施工和设计原因引起的水损害所采取的措施：3.1施工、养护与管理从施工角度考虑， 集料应干燥、清洁并且拌和良好。若集料潮湿， 应提高加热温度， 延长拌和时间， 并除去集料中影响沥青与石料黏结的杂质和尘土。压实度不足会使孔隙率增大， 降低抗剥离性能， 建议提高压实度标准值， 并要严格防止混合料离析引起水损害。超重车对沥青路面的损害非常大。应加强管理， 对超重车辆严格予以控制， 而且要加强养护管理， 出现水损害时， 应及时处理。3.2建议制订地方性路面设计指南制订地方性路面设计指南， 对于交通量超过104pcu /d 的高速公路， 沥青路面的上面层和中面层要求采用改性沥青； 对于上面层， 要求采用SMA 结构， 有效提高沥青路面面层强度和耐久性。3.3保证沥青混合料拌和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，拌和时间过长加速了沥青的老化，拌和时间太短就不易拌和均匀，一般拌和时间为45s左右，对于最大公称粒径13.2mm及以下的沥青混合料、改性沥青混合料、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，同时应保证沥青含量符合设计要求。3.4防止油污染汽油和柴油对沥青有溶解作用，在沥青路面施工和使用过程中应防止对沥青路面的污染。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。采用轮胎压路机碾压沥青路面时应对轮胎采取保温措施，防止沥青混合料粘轮，一旦出现粘轮应采用浸渍植物油的拖把擦轮胎。沥青路面使用过程中车辆出现漏油故障时，应及时用水冲洗油污，防止油污渗入沥青面层内部。综上所述， 防治沥青混合料的水损害， 必须从各个方面综合采取措施才能够达到目的。 结语：沥青路面的水损害是目前路面的主要危害之一。导致沥青路面水损害的原因复杂,影响因素多,因此为了避免或减轻沥青混凝土路面的水损害,应从处理好路基路面排水和提高路面防水性能等多方面来综合考虑。参考文献：1郭乃胜；赵颖华；谭忆秋；邓融；大连海事大学学报2011年第02期2郭亮；淮北职业技术学院学报 2009年10月 第八卷第五期3范文清；长沙铁道学院学报（社会科学版）2009年6月 第10卷第2期4张新天；高金岐；孔宪惠；北京建筑工程学院学报2003年03期5潘宝峰；邵龙潭；王哲人；武汉理工大学学报2009年02期6代印松；张红兵；齐浩松；河北交通职业技术学院学报2011年第03期7罗志刚；张志刚；山东建筑工程学院学报2006年01期8王金龙；潍坊学院学报2009年02期9王兴学；西安建筑科技大学学报 2009年第1期 总第185期10杨若冲;梁锡三;赖用满;同济大学学报（自然科学版）2008年第06期沥青混合料配合比1. 级配类型的选择选择合适的沥青混合料级配类型是确保沥青凝土路面面层质量的前提。沥青混凝土面层的计一般依据公路沥青路面施工技术规范（JTJ03294）(以下简称规范)公路沥青路面设计规范（JTJ01497）和公路工程集试验规程（JTJ0582000）。我国现行规范规定，上面层沥青混合料的最大粒径不宜超过该层厚的12，中面层沥青混合料的集料最大粒径不宜超过该层厚的23；沥青路面结构层混合料的集料最大公称尺寸不宜超过该层厚的13。 2 .原材料的选择要保证工程质量，必须对工程材料进行严格的选择和检验，这也是在沥青混合料配合比设计前必不可少的一个重要环节。选择、确定原材料应根据设计文件对路面结构和使用品质的要求，按照规范的相关规定，结合地材的供应情况，按照相关试验规程的要求进行检验，然后择优选材，使材料的各项技术指标都符合规定的技术要求。2.1选材原则组成沥青混凝土的原材料主要有：不同规格的粗集料、细集料、填充料（矿粉）、胶结料（沥青）。选择原材料按以下原则：技术性好（满足技术指标要求），经济性好，结合环保就地取材。 2.2 沥青的选择沥青是沥青混凝土的主要组成材料之一，是决定沥青混合料质量的主要因素。因此选择沥青时，除了要注意沥青自身品质的优劣以外，还要注意沥青标号对当地环境、气、气温的适应性，既要兼顾冬季的抗裂性，又要兼顾到夏季的抗塑变能力。 2.3 粗集料的选择 粗集料在沥青混凝土面层中的作用是通过颗粒间的嵌锁作用提供稳定性，通过其摩擦作用抵抗位移。其形状和表面纹理都影响沥青混凝土的稳定性，所以选择粗集料时，要严格按照粗集料的技术要求选择。即压碎值、磨光值、吸水率、粘附性、针偏状颗粒含量等均符合要求。结合本地区选用的粗集料多为石灰岩，这种耐磨性较差，但与沥青的粘结力非常好，是修筑较薄沥青路面的理想材料。主要规格有：2040mm、1020mm、510mm、36mm。 2.4细集料的选择细集料一般是指天然砂、人工砂、石屑等，在沥青混合料中增加颗粒间嵌锁作用，减少粗集料间的孔隙，从而增加混合料的稳定性。选择细集料时，除考虑应满足规范规定的技术指标外还应考虑级配情况，与沥青的粘结力以及耐磨性和对混合料的稳定性。 2.5填料的选择 选择填料时一定要考虑能否满足亲水性和细度要求，能否改善沥青与集料的粘结力。根据集料的性质不同选择不同的填料，对于碱性集料，可选择磨细的石粉作填料；对于中性材料，可使用磨细的石灰石粉；另外，根据不同情况还可选用水泥消石灰等作填料。 3. 沥青混合料配合比设计规范规定对沥青混合料的配合比设计采用三阶段配合比设计法。这一方法的目的是为了使设计程序化和深