瀝青公路水損壞的特點與原因分析

瀝青公路水損壞的特點與原因分析

摘要:根據(jù)有關(guān)研究,瀝青路面的早期破壞70%以上直接或間接與路面的水穩(wěn)性有關(guān),即是由水損壞引起的。水損壞己成為我國瀝青路面最嚴(yán)重的破壞形式之一。解決水損壞主要從兩個方面著手一方面是提高瀝青混合料的抗水損壞能力即增強瀝青混合料的水穩(wěn)定性另一方面則是盡量減少或防止水進入路面結(jié)構(gòu),或是盡快將進入路面結(jié)構(gòu)的水排除。

關(guān)鍵詞:瀝青公路;水穩(wěn)定;水損壞

一、緒論

瀝青路面的早期破壞是指瀝青路面在設(shè)計壽命期的前至期間內(nèi),所發(fā)生的各種形式的路面破壞,如沉陷、開裂、擁包、車轍、冒漿、松散、坑槽等病害。在我國道路里程不斷增加的同時,路面的早期破壞現(xiàn)象越來越突出,其中,高等級公路瀝青路面早期水損壞問題,已成為影響我國公路健康發(fā)展的突出矛盾。

1.高等級公路瀝青混凝土路面水損壞現(xiàn)象

瀝青路面水破壞,實際就是滲入瀝青路面的自由水分,逐步浸入瀝青與集料的界面上,在溫度變化及車輛荷載的共同作用下,瀝青與集料之間的粘結(jié)力衰減,進而瀝青膜從集料表面剝離的過程。

瀝青混凝土路面水損壞常見形式坑洞、網(wǎng)裂、龜裂、車轍瀝青和粗細集料粘結(jié)力降低,結(jié)構(gòu)強度變小。

2.瀝青混凝土路面水損壞的破壞原理及其影響因素

水分浸入瀝青和集料表面,在瀝青和集料之間形成水膜,損壞了二者之間的粘結(jié)作用,這是瀝青混合料發(fā)生水損壞的最根本原因。礦質(zhì)集料本身就具有一定親水性,因此在有水浸入的情況下,瀝青混合料很容易發(fā)生水損壞川。[1]

3.瀝青混凝土路面水損壞的危害

瀝青面層早期的大量麻面、松散、骨料散失、坑洞、龜裂等破壞,一方面嚴(yán)重降低了瀝青路面的使用性能,縮短了其使用壽命,增加了道路運輸?shù)奈ｋU性,另一方面也增大了道路養(yǎng)護費用,擠占了大量公路建設(shè)資金,阻礙了瀝青路面結(jié)構(gòu)和應(yīng)用技術(shù)的推廣使用。

4.瀝青混凝土路面水破壞的研究意義

研究水損壞的成因及其特點,可以最大限度地減少施工質(zhì)量控制中可能存在的隨意性與人為傾向性,有效地減少路面的早期破壞,避免不必要的經(jīng)濟損失,延長路面的使用壽命。

二、瀝青路面損壞現(xiàn)象

1.松散和坑槽

松散是路面由于結(jié)合料粘性降低或消失,在行車作用下集料松動、散開的現(xiàn)象?？硬凼窃谛熊囎饔孟?路面骨料局部脫落、散失而形成的坑洼。

松散大多發(fā)生在瀝青混凝土路面使用的初期,產(chǎn)生的直接原因主要是:瀝青稠度小,粘結(jié)力差;局部瀝青用量偏少;瀝青加熱溫度過高造成瀝青老化;或者是礦料含水量較大以致和瀝青粘結(jié)不牢。

坑槽產(chǎn)生主要是裂縫類病害未及時養(yǎng)護,逐漸發(fā)展形成的;另外,局部區(qū)域半剛性基層的強度不足也會產(chǎn)生類似病害。如果早期修補及時,路面性能可以較大程度恢復(fù);否則這些坑槽會迅速擴大延伸,并最重連接成片,給道路的使用帶來更大危害。這種水損壞的本質(zhì)是:使瀝青膜從集料表面脫落失去附著作用。瀝青和集料的界面上被水飽和,經(jīng)受行車反復(fù)泵吸作用,很快造成瀝青膜剝離。其次,由于某些原因瀝青混合料產(chǎn)生了離析或者結(jié)構(gòu)層之間粘層油處理的不好,結(jié)構(gòu)層之間產(chǎn)生滑動現(xiàn)象,也會導(dǎo)致這樣的破壞。

2.龜裂和網(wǎng)裂

瀝青混凝土路面的這兩種破壞是比較常見的,數(shù)量多危害大。龜裂是在路面上成塊的不規(guī)則的、破碎性的、相互交錯的疲勞裂縫。大多形成一系列多邊形小塊組成的網(wǎng),其形狀似龜背。龜裂是行車荷載反復(fù)作用的結(jié)果,其初始形態(tài)是在沿輪跡帶出現(xiàn)單條或多條平行的縱縫。

網(wǎng)裂是相互交錯、呈網(wǎng)狀格形的疲勞裂縫,呈現(xiàn)多邊形小塊組成的網(wǎng)狀開裂,其間距大小相近,它先沿輪跡帶出現(xiàn)單條或多條平行的縱縫,此后,在縱縫間出現(xiàn)橫向和斜向連接縫,形成網(wǎng)狀。網(wǎng)裂主要是由于路面的整體強度不足而引起的。主要和設(shè)計和施工有關(guān)另外也可能是水分縱橫縫滲入下層,使基層表面被泡軟,在車輛荷載反復(fù)作用下,基層表面泥漿被擠出,形成卿漿,基層表面逐漸被淘空產(chǎn)生網(wǎng)裂。

3.縱向裂縫、橫向裂縫

縱向裂縫多為縱向條帶狀,一般出現(xiàn)在行車道部分,有時在路肩和路面之間。后一種情況危險性很大,地面橫向坡度較大時,這種裂縫容易使路基發(fā)生滑移。

橫向裂縫是與路面中線近于垂直的裂縫,裂縫起初大多出現(xiàn)于路面兩側(cè)的硬路肩,逐漸發(fā)展而貫通全路幅。貫通裂縫沿路面縱向大致呈均勻分布。

4.車轍

車轍是在行車荷載重復(fù)作用下,由于道路的面層、基層、路基逐漸被壓密,產(chǎn)生沉降,路面產(chǎn)生永久性變形積累,形成沿輪跡的帶狀凹槽,在車道橫斷面方向多呈現(xiàn)形。

5.麻面

麻面是粒料從路面表面散失,細集料減少,使越來越多的粗集料外露。麻面如果處理不及時,往往會大量滲水,進一步發(fā)展會形成松散。三、瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)水損壞原因分析

通過調(diào)查,路面產(chǎn)生的破壞大多和水有關(guān),這些破壞可認為是瀝青路面的水損壞,導(dǎo)致瀝青路面產(chǎn)生水損壞的原因很多,分述如下:

1.礦料方面

(1)集料化學(xué)性質(zhì)

“酸性石料”以硅鋁為主要成分,酸性集料其表面帶負電荷,性質(zhì)是親水、憎油,與瀝青粘附結(jié)性不好“堿性石料”以鈣、鎂為主要成分表面帶正電荷,與瀝青粘附結(jié)性較好,而瀝青呈酸,因此,選擇含量低、堿值高的集料對瀝青混合料的水穩(wěn)性很重要的。

(2)集料潔凈程度

不同采石場的石料,碎石的扁平狀顆粒含量、級配方面不會一致。石料表面被粉塵或泥土裹覆。將導(dǎo)致粗集料與瀝青的粘附性降低,增加瀝青路面發(fā)生水損壞的可能。

(3)礦粉選用不當(dāng)

礦粉是瀝青混合料種對水穩(wěn)性性影響較大的材料。它的比表面積最大,吸附的瀝青量最大,所以礦粉必須是石灰?guī)r等堿性石料的磨細礦粉。

2.瀝青混合料空隙率

有研究表明,瀝青層中的水在荷載作用下一般不會產(chǎn)生動水壓力,不容易造成水損壞破壞。而排水性瀝青混合料的路面空隙率比較大時,一般都采用改性瀝青,水能夠在空隙中自由流動,從而排除掉,也不容易造成水損壞。只有路面實際空隙率為一的時,水容易進入混合料內(nèi)部,且在荷載作用下易產(chǎn)生較大動水壓水,易造成瀝青混合料的水損壞。

3.瀝青與集料的粘附性

粘附性是指瀝青與集料界面上的分子、原子或電子的相互作用。界面上主要發(fā)生了的物理作用和化學(xué)作用。瀝青與集料發(fā)生粘附,主要是瀝青酸、瀝青酸配能與集料表面的堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用生成膠凝化合物而使粘附性增加,在瀝青與集料的各項指標(biāo)中,瀝青的酸值及集料的堿值最能反映與粘附有關(guān)的化學(xué)性質(zhì)。集料堿值越大、瀝青酸值越大,瀝青與集料的粘附性就越好。

4.瀝青混合料的離析

瀝青路面局部水損壞的主要原因是瀝青混合料的離析,混合料粗細集料和瀝青含量的不均勻是離析的表現(xiàn)形式。

5.路面防排水結(jié)構(gòu)設(shè)置不足

大多數(shù)路面結(jié)構(gòu),其瀝青面層空隙率過大,容易造成滲水,而路面設(shè)計時很少考慮路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的排水問題,并且為了美觀、透綠,設(shè)計了分隔帶綠化帶、路緣石、砌筑式路肩、增加了水的來源,并且阻礙了滲入路面內(nèi)部的水排出。

6.瀝青結(jié)構(gòu)層層間污染

高等級公路施工時,基層到面層可能不在同一年建完。前年修建半剛性基層后,為了防止開裂,多半都先鋪筑完下面層以保護過冬,此后工程施工車輛、社會車輛可能通過,很容易產(chǎn)生污染。而且,中央分隔帶、路肩、綠化、埋設(shè)電纜、安裝防護欄、標(biāo)志牌等等的施工都有可能造成瀝青層的污染,這種情況在工程中比較常見。

7.瀝青混合料施工季節(jié)

當(dāng)施工季節(jié)氣溫低、濕度大時,鋪筑的瀝青混合料集料和瀝青間不容易形成較好的粘結(jié),其水穩(wěn)性較差,北方季凍區(qū)的瀝青混合料路面,由于受凍融循環(huán)作用,水穩(wěn)定性會更低,而在施工時如果攤鋪、壓實度不均勻,則易造成集料離