沥青公路水损坏的特点与原因分析

沥青公路水损坏的特点与原因分析

摘要:根据有关研究,沥青路面的早期破坏70%以上直接或间接与路面的水稳性有关,即是由水损坏引起的。水损坏己成为我国沥青路面最严重的破坏形式之一。解决水损坏主要从两个方面着手一方面是提高沥青混合料的抗水损坏能力即增强沥青混合料的水稳定性另一方面则是尽量减少或防止水进入路面结构,或是尽快将进入路面结构的水排除。

关键词:沥青公路;水稳定;水损坏

一、绪论

沥青路面的早期破坏是指沥青路面在设计寿命期的前至期间内,所发生的各种形式的路面破坏,如沉陷、开裂、拥包、车辙、冒浆、松散、坑槽等病害。在我国道路里程不断增加的同时,路面的早期破坏现象越来越突出,其中,高等级公路沥青路面早期水损坏问题,已成为影响我国公路健康发展的突出矛盾。

1.高等级公路沥青混凝土路面水损坏现象

沥青路面水破坏,实际就是渗入沥青路面的自由水分,逐步浸入沥青与集料的界面上,在温度变化及车辆荷载的共同作用下,沥青与集料之间的粘结力衰减,进而沥青膜从集料表面剥离的过程。

沥青混凝土路面水损坏常见形式坑洞、网裂、龟裂、车辙沥青和粗细集料粘结力降低,结构强度变小。

2.沥青混凝土路面水损坏的破坏原理及其影响因素

水分浸入沥青和集料表面,在沥青和集料之间形成水膜,损坏了二者之间的粘结作用,这是沥青混合料发生水损坏的最根本原因。矿质集料本身就具有一定亲水性,因此在有水浸入的情况下,沥青混合料很容易发生水损坏川。[1]

3.沥青混凝土路面水损坏的危害

沥青面层早期的大量麻面、松散、骨料散失、坑洞、龟裂等破坏,一方面严重降低了沥青路面的使用性能,缩短了其使用寿命,增加了道路运输的危险性,另一方面也增大了道路养护费用,挤占了大量公路建设资金,阻碍了沥青路面结构和应用技术的推广使用。

4.沥青混凝土路面水破坏的研究意义

研究水损坏的成因及其特点,可以最大限度地减少施工质量控制中可能存在的随意性与人为倾向性,有效地减少路面的早期破坏,避免不必要的经济损失,延长路面的使用寿命。

二、沥青路面损坏现象

1.松散和坑槽

松散是路面由于结合料粘性降低或消失,在行车作用下集料松动、散开的现象。坑槽是在行车作用下,路面骨料局部脱落、散失而形成的坑洼。

松散大多发生在沥青混凝土路面使用的初期,产生的直接原因主要是:沥青稠度小,粘结力差;局部沥青用量偏少;沥青加热温度过高造成沥青老化;或者是矿料含水量较大以致和沥青粘结不牢。

坑槽产生主要是裂缝类病害未及时养护,逐渐发展形成的;另外,局部区域半刚性基层的强度不足也会产生类似病害。如果早期修补及时,路面性能可以较大程度恢复;否则这些坑槽会迅速扩大延伸,并最重连接成片,给道路的使用带来更大危害。这种水损坏的本质是:使沥青膜从集料表面脱落失去附着作用。沥青和集料的界面上被水饱和,经受行车反复泵吸作用,很快造成沥青膜剥离。其次,由于某些原因沥青混合料产生了离析或者结构层之间粘层油处理的不好,结构层之间产生滑动现象,也会导致这样的破坏。

2.龟裂和网裂

沥青混凝土路面的这两种破坏是比较常见的,数量多危害大。龟裂是在路面上成块的不规则的、破碎性的、相互交错的疲劳裂缝。大多形成一系列多边形小块组成的网,其形状似龟背。龟裂是行车荷载反复作用的结果,其初始形态是在沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝。

网裂是相互交错、呈网状格形的疲劳裂缝,呈现多边形小块组成的网状开裂,其间距大小相近,它先沿轮迹带出现单条或多条平行的纵缝,此后,在纵缝间出现横向和斜向连接缝,形成网状。网裂主要是由于路面的整体强度不足而引起的。主要和设计和施工有关另外也可能是水分纵横缝渗入下层,使基层表面被泡软,在车辆荷载反复作用下,基层表面泥浆被挤出,形成卿浆,基层表面逐渐被淘空产生网裂。

3.纵向裂缝、横向裂缝

纵向裂缝多为纵向条带状,一般出现在行车道部分,有时在路肩和路面之间。后一种情况危险性很大,地面横向坡度较大时,这种裂缝容易使路基发生滑移。

横向裂缝是与路面中线近于垂直的裂缝,裂缝起初大多出现于路面两侧的硬路肩,逐渐发展而贯通全路幅。贯通裂缝沿路面纵向大致呈均匀分布。

4.车辙

车辙是在行车荷载重复作用下,由于道路的面层、基层、路基逐渐被压密,产生沉降,路面产生永久性变形积累,形成沿轮迹的带状凹槽,在车道横断面方向多呈现形。

5.麻面

麻面是粒料从路面表面散失,细集料减少,使越来越多的粗集料外露。麻面如果处理不及时,往往会大量渗水,进一步发展会形成松散。三、沥青混凝土路面结构水损坏原因分析

通过调查,路面产生的破坏大多和水有关,这些破坏可认为是沥青路面的水损坏,导致沥青路面产生水损坏的原因很多,分述如下:

1.矿料方面

(1)集料化学性质

“酸性石料”以硅铝为主要成分,酸性集料其表面带负电荷,性质是亲水、憎油,与沥青粘附结性不好“碱性石料”以钙、镁为主要成分表面带正电荷,与沥青粘附结性较好,而沥青呈酸,因此,选择含量低、碱值高的集料对沥青混合料的水稳性很重要的。

(2)集料洁净程度

不同采石场的石料,碎石的扁平状颗粒含量、级配方面不会一致。石料表面被粉尘或泥土裹覆。将导致粗集料与沥青的粘附性降低,增加沥青路面发生水损坏的可能。

(3)矿粉选用不当

矿粉是沥青混合料种对水稳性性影响较大的材料。它的比表面积最大,吸附的沥青量最大,所以矿粉必须是石灰岩等碱性石料的磨细矿粉。

2.沥青混合料空隙率

有研究表明,沥青层中的水在荷载作用下一般不会产生动水压力,不容易造成水损坏破坏。而排水性沥青混合料的路面空隙率比较大时,一般都采用改性沥青,水能够在空隙中自由流动,从而排除掉,也不容易造成水损坏。只有路面实际空隙率为一的时,水容易进入混合料内部,且在荷载作用下易产生较大动水压水,易造成沥青混合料的水损坏。

3.沥青与集料的粘附性

粘附性是指沥青与集料界面上的分子、原子或电子的相互作用。界面上主要发生了的物理作用和化学作用。沥青与集料发生粘附,主要是沥青酸、沥青酸配能与集料表面的碱性物质发生化学作用生成胶凝化合物而使粘附性增加,在沥青与集料的各项指标中,沥青的酸值及集料的碱值最能反映与粘附有关的化学性质。集料碱值越大、沥青酸值越大,沥青与集料的粘附性就越好。

4.沥青混合料的离析

沥青路面局部水损坏的主要原因是沥青混合料的离析,混合料粗细集料和沥青含量的不均匀是离析的表现形式。

5.路面防排水结构设置不足

大多数路面结构,其沥青面层空隙率过大,容易造成渗水,而路面设计时很少考虑路面结构层内部的排水问题,并且为了美观、透绿,设计了分隔带绿化带、路缘石、砌筑式路肩、增加了水的来源,并且阻碍了渗入路面内部的水排出。

6.沥青结构层层间污染

高等级公路施工时,基层到面层可能不在同一年建完。前年修建半刚性基层后,为了防止开裂,多半都先铺筑完下面层以保护过冬,此后工程施工车辆、社会车辆可能通过,很容易产生污染。而且,中央分隔带、路肩、绿化、埋设电缆、安装防护栏、标志牌等等的施工都有可能造成沥青层的污染,这种情况在工程中比较常见。

7.沥青混合料施工季节

当施工季节气温低、湿度大时,铺筑的沥青混合料集料和沥青间不容易形成较好的粘结,其水稳性较差,北方季冻区的沥青混合料路面,由于受冻融循环作用,水稳定性会更低,而在施工时如果摊铺、压实度不均匀,则易造成集料离