沥青路面水损害的研究

1、沥青路面水损害的研究1、概述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。沪宁高速公路自1996年9月通车，1998年有些路段出现了泛油现象，开始时颜色较浅，并拌有细微沉陷。随着时间的推移，特别是长期下雨后，路面的颜色愈来愈黑，并出现轮迹处路面向两边推挤而隆起，轮迹处继续沉陷，再开展，靠近轮迹

2、的隆起部分破损，很快就出现松散、坑洞。松散的集料外表光溜溜的，沥青膜已剥落贻荆这是典型水损害现象。通常水损害产生的原因有以下几种：路面排水系统不健全；路面压实度缺乏；路面离析；其它：集料外表粉尘太多。沪宁高速公路江苏段沥青路面上面层级配采用A-16B型，其级配比部颁标准中A-16I型粗，上面层空隙率大，易渗水。而原路面没有设计排水构造层，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，无法从碎石盲沟排出，而长期滞留在路面中天晴后数日，仍可看到在车轮的作用下，从路面缝中冒出水或通过中、下面层空隙以及裂缝渗到中、下面层。在

3、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。压实度缺乏是早期水损害最普遍的原因。研究说明，热拌沥青混合料4%5%的空隙率就认为是不透水的，也就是说与水损害无关。大多数沥青混合料设计空隙率为3%5%，当施工完毕，大多数要求到达92%的最大理论密度，也就是说，空隙率为8%，23年后，可以认为是到达了设计空隙率。路面没有压好，空隙率高于8%，就易渗水，就会引起路面松散。研究说明：空隙率在8%12%之间的路面是水损害最容易发生的区域，小于8%水不容易进去，而大于12%水很容易流走，但必需要设置排水的构造层。沪宁路路面压实度按马歇尔密度控制，所检验的

4、假设干试验段的数据如表1所示。从这些数据可看出，压实度普遍缺乏，这是由于马歇尔密度控制路面压实度所造成的。两种压实度标准合格率比较表表1马歇尔密度96%最大理论密度92%马歇尔密度97%最大理论密度93%常州段上面层10033苏州A标一上面层1001004343苏州A标二上面层80805050苏州A标三上面层100804020南京G标下面层10010010093南京G标中面层100100100100镇江F标上面层83501717镇江F标下面层100949444从表1中可以看出，常州段路面压实度尽管均满足交通部标准96%，无一不合格，但假设用最大理论密度92%去衡量，有67%的密度不合格；假设要

5、用93%的最大理论密度去衡量，那么100%不合格。表1中苏州A标第三试铺段也说明，96%的马歇尔密度无一不合格；假设用92%的最大理论密度作标准，仍有20%的路段密度不合格；如用93%的最大理论密度作标准，那么有80%的路段不合格。除了上述原因外，我们在“沪宁高速公路沥青和沥青混合料路用性能评估课题研究中发现，沪宁路沥青混合料的水敏感性指标，虽完全满足我国沥青路面施工标准JTJ032的关于水损害技术指标，但满足不了美国Superpave标准的要求，仍不能防止水损害的破坏。现将研究的主要内容介绍给大家，希望能引起注意。2、我国现行标准关于沥青混合料水损害的技术指标我国沥青混合料技术指标缺乏以防止

6、水损害，沪宁路在施工时，严格按照交通部行业标准?公路沥青路面施工技术标准?JTJ032执行，即：1按水煮法试验所有的集料与沥青的粘附性都大于4级；2按马歇尔试验所有的沥青混合料残留稳定度均大于80%.为什么都满足了交通部技术标准，仍发生了水损害，除了上面阐述的一些原因之外，还有一个原因是标准本身的关于粘附性指标以及混合料残留马歇尔稳定度的指标，与路面水损害并没有建立起很好的关系。对于集料与沥青的粘附性指标来说，这个指标存在着三个致命的缺陷：1是否有不同粘附性等级与路面水损害关系的长期性能观测资料，这些资料是否已说明粘附性大于等于4级就不会产生水损害，事实上这种关系没有建立。2粘附性等级用水煮法

7、试验评价，水煮法试验结果受人为主观因素影响太大，省高速公路指挥部曾请两家较为权威的单位测试玄武岩，结果是一个3级，一个5级，充分说明这种试验结果作为标准技术指标是不科学的。3水煮法只使用了9.513.2的粗集料，事实上，部分细集料为砂，与沥青粘附性较差，但并没有评价。美国材料与试验协会ASTD3625-96“水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准理论是一个值得推荐的方法，ASTD3625-91名称为“水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准试验方法，而ASTD3625-96那么改成“水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准理论。这里有重要差异，试验方法是对一种材料、一个产品、一个体系或一种效劳的一个或多

8、个性质、特征确实认、测量与评价，会产生试验结果。而理论就不同了，它是对一种操作、一种功能给出一种明确的方法，并不产生试验结果。从标准试验方法改变成标准理论，对水煮法的作用也更明确了，它不产生定量试验结果，ASTD3625-91“水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准试验方法，将裹复程度与标准剥落率相比较分为0-10010等，业主们有的将95、有的将90作为接收标准，新版方法已去掉这些表达。因此也不能作为回绝或接收混合料的标准。美国ASTD3625-95水煮法用厂拌混合料，进展煮沸用于现场肉眼判断两种集料与沥青的粘附性。D3625-95并不是一种试验方法，而是一种标准理论，它本身并不产生试验结果，

9、D3625明确说明，水煮法与路面现场水损害的关系尚未建立。再拿沥青混合料残留浸水马歇尔稳定度技术指标来说，也存在着致命的弱点。75次马歇尔击实仪双面击实，试件空隙率已到达设计空隙率为3%5%，水很难浸入，也更难浸入沥青膜与集料之间，没有足够的水，谈何水损害？假设要用残留马歇尔稳定度技术指标，也得让空隙率接近现场空隙率，也就是说试件空隙率应在6%8%之间。最近，在“公路沥青路面设计标准JTJ014-97中已增加了使用简化的洛特曼试验方法作为沥青混合料水稳定性指标。水损害主要是发生在我国南方多雨潮湿地区，而气温低于-21.5的北方，降雨量较少，水损害不应是一个严重问题，倒是南方多雨潮湿地区再加上冰

10、冻的地区，非常需要一个更能反映混合料水损害特性的技术指标，这个指标就是用AASHTT283试验的结果间接抗拉强度比来表征。3、美国Superpave关于水损害的技术指标美国公路战略研究方案SHRP沥青课题的主要研究成果Superpave，产生了一个胶结料标准、一个混合料设计方法和沥青混合料性能评估。Superpave混合料设计方法中关于沥青混合料水敏感性评价，应用于AASHTT283“压实沥青混合料水损害试验方法，并要求间接抗拉强度比TSR80%作为沥青混合料水敏感性评价指标。事实上Superpave的指标不是新东西，它完全挪用了美国在八十年代进展的全国公路结合攻关工程NHRP的研究成果，虽然

11、AASHTT283不是一个十全十美的方法，但在九十年代初期已是全美国普遍承受的试验方法。初期TSR各州标准不一，有的州要求TSR70%，有的州TSR80%，目前Superpave统一标准为TSR80%.下面将AASTHT283的试验方法简述如下：用SG旋转压实仪成型6个试件，试件的孔隙率控制在71之内。6个试件按空隙率大致相等分成二组，每组三个，其中一组采用非条件试验，另一组采用条件试验。非条件试验是将试件放在塑料袋里封好，放入25水浴中至少2h后进展试验。条件试验是先将试件放在水中加真空254660Hg510in，然后让试件在常压下使试件饱水率到达5580，在-182条件下冷冻处理16h后，

12、放在601的水浴中24h，最后再放入25水浴中2h后进展试验。所有试件均采用50/in的加荷速率测定间接抗拉强度。当两组试件的劈裂强度比80时，便认为沥青混合料水敏感性不合格，那么应添加抗剥落剂并重新进展上述试验，直至TSR80%时为止。采用AASHTT283方法进展制件与试验，试验结果如表2所示。沪宁路沥青混合料抗水剥落试验结果计算表表2结果集料间接抗拉强度平均值标准差偏向系数TSR比东阳11.25001.35471.17361.25940.07425.988.821.51501.39291.34921.41900.07024.9金坛10.52790.51590.63150.55840.05

13、199.358.221.12780.84750.90310.95950.121212.6天王寺10.52400.53120.53120.52880.00340.691.920.57680.58750.56250.57560.01021.8*10.48210.49950.49950.49370.00821.789.420.56680.54500.54500.55220.01011.8从表2试验结果发现，一致认为质量最好的金坛玄武岩集料的抗水损害才能最差，而且不满足SuperpaveTRS80%的要求。为此，我们又重新对金坛玄武岩进展了试验，其结果如表3所示，抗水损害才能仍不合格，与净吸附试验结果

14、比较，也是金坛玄武岩与沥青粘附性最差，其结果也是吻合的。转贴于论文联盟.ll.沪宁路和Superpave沥青混合料抗水损害试验结果计算表表3结果集料间接抗拉强度平均值标准差偏向系数TSR比金坛沪宁路10.39810.40270.37320.39130.02245.764.020.65130.55900.61970.61110.066410.9金坛Superpave10.52570.56290.50890.53250.03917.370.520.74010.78420.74130.75520.03554.7沪宁路混合料平均TSR为64%，Superpave混合料的TSR为70.5%，但也不满足要

15、求。因此，我们认为沪宁路将来可能的路面损坏主要为水损害破坏。在SHRP研究期间，开发了一种净吸附试验方法，用来评价沥青-集料的兼容性。SHRP研究方案中评价沥青-集料兼容性采用的是用紫外分光光度计来量测沥青与集料的粘附性。此方法是基于在沥青-水-矿料体系中，矿料外表对沥青有吸附作用以及遇水后水对沥青的置换作用使沥青薄膜剥落这一特性，将一定粒级的矿料放入沥青-甲苯溶液中一段时间，那么会有一部分沥青吸附在矿料外表上，之后向沥青-甲苯溶液中参加一定量的水，那么水就会对吸附在矿料外表上的沥青进展置换。这一系列的过程会使沥青甲苯溶液中沥青的浓度改变，用分光光度计测出浓度，即可算出矿料对沥青的吸附量及加水

16、后沥青的剥落量，从而可以计算出矿料外表上的沥青的剥落率或吸附率，以表征沥青与矿料的粘附性。净吸附试验方法简述如下：准备沥青胶结料甲苯溶液，分出一部分溶液，稀释，然后用紫外分光光度计测定初始吸附读数。将一定量的沥青甲苯溶液参加小于4.75的集料中，并在振动台上振动约6h.从烧瓶中倒出一部分溶液，稀释，测定其6h吸附读数。向烧瓶中加水，再振动至少8h，使其充分解吸。从烧瓶中取出一部分溶液，稀释，测定水解吸后的吸附读数。计算并得出净吸附百分率。我们对沪宁路所用的东阳、金坛、天王寺、*四种玄武岩与新加坡壳牌沥青分别进展净吸附试验，试验结果如表4所示。沪宁路不同集料净吸附试验结果计算表表4结果集料初始吸

17、附性g/g净吸附值g/g净吸附百分率%平均值标准差偏向系数东阳0.92100.805287.4387.090.350.40.85950.745586.74金坛0.62260.518483.2783.870.60.70.68190.576084.47天王寺0.79910.716189.6889.810.130.10.82980.746389.94*0.82240.706885.9485.940.00.00.82240.706885.94对于沪宁高速公路上所使用的壳牌、埃索和加德士三种沥青，用同一种玄武岩与其分别进展净吸附试验，试验结果如表5所示。沪宁路不同沥青净吸附试验结果计算表表5结果沥青初始

18、吸附性g/g净吸附值g/g净吸附百分率%平均值标准差偏向系数壳牌1.03840.920988.6988.290.400.51.06420.935487.89埃索1.22171.126092.1691.051.351.51.19611.075689.93加德士0.83250.687482.5784.091.521.80.83270.712885.61分析以上试验结果可知：沪宁高速公路所使用的沥青与矿料的粘附性均能满足净吸附百分率大于80%的要求。在四种玄武岩中净吸附百分率最大的为天王寺玄武岩，其次分别为东阳、*和金坛，也就是说天王寺玄武岩沥青-集料兼容性最好，东阳次之，金坛的沥青-集料兼容性最差。对于同一种矿料，不同沥青的净吸附百分率由大至小分别为埃索、壳牌、加德士，也就是说，埃索与此种矿料的兼容性最好，壳牌次之，加德士最差。由以上试验结果可以看出，此种评价矿料-沥青兼容性的方法是一种将兼容性量化了的方法，受外界因素干扰较小，同传统的水煮法、水浸法等方法相比，更具有客观性，因此是一种较为科学的评价方法，值得推广