高速公路瀝青路面水損壞原因分析及防治措施

曹 雪

0 引言

水損害是指瀝青路面在交通荷載和水的反復作用下,一方面水分導致瀝青混合料強度下降,另一方面水分侵入瀝青與集料界面,在動力水作用下瀝青膜從集料表面剝離,導致集料間粘結力喪失。可以說水損壞嚴重削弱了瀝青路面的使用性能,大大縮短了其使用壽命。因此,研究如何解決和防止瀝青路面的水損害問題具有深遠的社會效益和重大的經濟意義。

1 瀝青路面水損壞破壞形式

1)唧漿。水透過瀝青面層并滯留在半剛性基層頂面,在快速行車作用產生的動水不斷沖刷下,基層表面的水泥、石灰、粉煤灰等結合料經過浸泡和沖刷以灰漿形式通過路表縫隙被擠出路表,這種破壞現象是水損壞最為明顯的破壞形式。2)松散。松散是由于瀝青混凝土表面層中的集料顆粒脫落,從表面向下發展的漸進過程,首先是細集料剝落,然后是粗集料,集料顆粒與裹覆瀝青之間粘結力喪失是顆粒脫落的原因。3)坑槽。坑槽是指瀝青路面由于面層或者面層和基層的集料局部脫落而產生的路面洞穴。快速行車作用產生的動水壓力將瀝青從碎石表面剝落下來,局部混凝土松散,碎石被車輪甩出使得路面產生坑洞,而且很快就從小的坑洞發展成大的坑槽。4)網裂。水分滲入路面面層并滯留在表面層和中面層內,使瀝青混凝土中部分碎石上的瀝青剝落,從而加劇路面破損,形成多邊形的塊形區域,最后發展成龜甲狀,導致上面層產生網裂、松散或坑槽等一系列破壞。

2 水損害原因分析

2.1 外因

1)降水。通常降水量大的潮濕多雨地區,水損害現象較降水量小的干旱和半干旱地區更為嚴重。降水量次數多和降水量大,水滲透進瀝青面層的量越大,水損害可能就越嚴重。2)重載交通。近幾年來,行駛在高速公路上的車輛組成發生了較大變化,重型貨車數量顯著增多,而且貨車普遍超載,這些是促使瀝青路面產生早期水破壞的重要外因。而且交通量大和載重車輛多的高速公路水損壞現象明顯較交通量小和載重車輛少的高速公路嚴重。

2.2 內因

1)瀝青混合料空隙率過大。通常瀝青路面的空隙率在8%以下時,瀝青層中的水在荷載作用下一般不會產生動水壓力,不容易造成水損壞;而路面空隙率在8%～15%之間時,雨水則更容易進入面層混合料內部,且在荷載作用下極易產生較大的動水作用,造成瀝青混合料的水損壞。因此馬歇爾設計目標孔隙率范圍可控制在3%～5%,路面的實測空隙率不得超過7%,一般應在6%左右。2)壓實度不足。有些單位或工程只重視平整度而忽視壓實度,片面追求平整度和擔心構造深度不夠而使得壓實受到影響。壓實達不到壓實度要求,瀝青混凝土面層不可避免地會產生水損害。瀝青混凝土的壓實度控制標準上面層可提高到98%,中、下面層可提高到97%。3)瀝青混合料離析。路面水損壞的主要原因是由于路面空隙率過大,而造成空隙率過大的原因有:a.壓實不足;b.瀝青混合料的離析造成局部空隙率過大。一旦混合料發生離析,一切路面結構和材料設計工作都變得徒勞了。而且路面壓實度不足,有時也是由混合料離析引起的。4)瀝青面層裂縫。隨著瀝青路面運營,路表面裂縫會深入到下面層底部,甚至引發基層在相同的位置開裂。在通車兩三年后裂縫往往已經貫穿瀝青混凝土面層,甚至進入基層。降雨時雨水則會通過裂縫流入面層底面并滯留在基層頂面,同時向縫的兩側擴散。5)路面排水系統不完善。雨水會通過路面裂縫或面層空隙下滲到路面結構內部,當地下水位高時,地下水也會通過毛細管上升進入路面結構下部。另外,道路兩側有滯水時,也有可能進入路面結構內部。而一旦路面結構排水系統不完善,滯留在路面結構內的水分則會浸濕路面結構層料,使無機穩定粒料層以及土基的強度降低。由于路床濕軟,半剛性基層承受較大的彎拉應力,在較大彎拉應力和水作用下,路面則會相繼出現龜裂、坑槽等。

3 瀝青路面水損壞機理

目前對于路面水破壞的機理的分析研究主要有以下兩點結論:

1)水進入瀝青與集料界面使瀝青膜從集料表面脫落而產生水破壞;2)由于交通荷載作用使得集料之間的剪切力破壞了瀝青膜,從而更容易使水進入瀝青與集料界面使粘結力喪失,另外行駛的車輪對空隙水形成的沖刷力使集料表面的瀝青膜逐漸減少直至剝落而產生水破壞。

4 水損壞防治措施

4.1 加強層間粘結

常見的層間處治方式為設置透層、粘層以及封層,不同的處治層適應于路面結構不同層位處層間連續的需要,不同面層層間位置常用的處治措施如表1所示。

表1 不同瀝青面層層間處治措施

4.2 使用抗剝落劑

尤其是瀝青路面上面層選用硬度更大和耐磨性能更好的酸性石料的情況下,需針對所用的集料和瀝青,事先做粘結力試驗并選擇合適的抗剝落劑。如摻加消石灰等抗剝落劑,確保最大限度地提高瀝青與集料之間的粘結力。

4.3 完善路面結構排水設計

如何快速排出路面表面層的水和防止水進入路面結構層,是設計時考慮的重要因素,排水設計首先是路面結構排水,防止中央分隔帶處水滲入路面結構層。因為僅靠提高路面結構自身的水穩性能是遠遠不夠的,還要求要有完善的路面排水系統和合理的路面結構排水體系,包括路表排水、中央分隔帶排水、路面結構層內部和邊緣排水。

4.4 對離析的控制

在施工過程中不僅要重視級配離析,更要重視溫度離析對路面造成的不利影響,應采取有效的措施來避免離析現象的發生,如自卸卡車在裝料和卸料時,應按車廂內一定的裝卸順序,從而減少材料的離析現象;同時也盡量采用高性能的攤鋪機,使其處于良好的技術狀態,并在工藝中的每個環節都必須按規定要求進行,防止施工過程中混合料出現離析。

4.5 養護維修

行車道輪跡下的局部網裂是自由水進入路面結構的通道,對路面的整體穩定性有極大的危害。維修時一定要及時,以免裂縫深度和范圍擴大,維修養護的基本原則是維修后保證路面平整和封閉裂縫,以避免降水或路面積水下滲而引發進一步的水損害。

5 結語

水損害在高速公路瀝青路面早期破壞現象中尤為突出,本文從不同角度分析了水損害的原因,一般路面裂縫、重載交通作用、防排水設施不好、瀝青混合料空隙率過大和施工過程中出現離析以及施工壓實不足等問題都不同程度地存在。要解決瀝青路面的這些水損害問題,必須針對性的采取良好的路面結構排水設計、路面結構層間結合設計、混合料施工離析控制以及增強瀝青混合料自身水穩定性等一系列防治措施。因此,做好路面設計和提高路面防水能力應是解決瀝青路面早期水損害的主要途徑。

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