沥青路面损坏病因分析及防治对策

沥青路面损坏病因分析及防治对策

结合施工经验,针对沥青路面损坏的类型与特征,从水的侵蚀作用、空隙率、沥青用量、石料质量、冻融、重车与高温等几个方面分析了病因,并从改善级配、调整厚度、提高压实度、降低空隙率、控制沥青用量和石料压碎、加强质量检测等方面对沥青路面的损坏进行防治。

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0 引言

因沥青路面相对于砼路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、施工期短、养护维修简便、适宜分期修建等优点,故获得广泛应用。施工中,不仅需要完善的施工技术规范,而且要有丰富的施工经验、健全的质保体系,要严格控制材料质量及用量。

1 沥青路面损坏的主要类型与特征

1.1 由于基层强度不足或不均匀产生的沥青路面损坏。这种损坏的主要特征是沥青路面产生网裂或沥青路面发生裂缝后产生的先冒白浆(唧浆),后成坑槽,成片破坏现象。水进入基层起了加快损坏的“催化”作用。

1.2 由于沥青与石料失去粘结力产生的沥青路面损坏。其主要损坏是沥青与石料完全失去粘结力,沥青砼从黑色转化为黄色,砼中已看不到沥青的存在,只有胶泥和石料,弯沉明显增大,车辙加速发展,继而出现连片坑槽,大面积损坏。

1.3 由于超限重车作用产生的加速损坏。沥青路面破坏都有以下共同特点:行车道破坏比超车道严重;流量多的路段比流量少的路段损坏严重。这说明超限重车交通仍是公路受到破坏的主要原因之一。

1.4 由于沥青砼热稳定性不足产生的损坏。这种损坏主要表现为沥青路面的车辙、泛油、推挤、拥包等。以上损坏类型往往是多种损坏同时产生,相互作用,加速损坏的发展。

2 病因分析

2.1 空隙率的影响研究表明当沥青砼实际空隙率小于7%时,沥青砼中孔隙基本不连通,沥青砼基本不渗水。因此,要减少水损害,沥青砼实际空隙率应控制在7%以下。然而,由于马歇尔设计空隙率一般控制在4%左右,而规范允许最小压实度为96%,所以事实上按规范要求控制的沥青路面空隙率仍有相当一部分将大于7%,沥青路面处于渗水状态,尤其是当路面压实摊铺厚度与石料最大粒径不匹配时,或铺筑桥面沥青砼时,或沥青混合料摊铺产生离析时,实际空隙率将远远大于7%。另外,试验表明,层间结合处,特别是桥面沥青砼与桥面水泥砼铺装层结合处的

空隙率要比摊铺中间的空隙率大得多,如此大的空隙率形成了层间含水层,但又没有真正形成一个是以透水的结构层。道路路面施工和营运过程中渗入空隙中的水往往含有泥砂杂物,泥砂杂物不断沉积在空隙中,导致空隙堵塞,层间不仅不能成为排水层,反而成为吸水层。有些人认为,渗入路面空隙中的水,可以通过设置纵向盲沟,通过横向渗透排出路基之外,但事实上,这是一个误区,首先是路面渗入水的空隙被泥土堵塞的情况下,垂直渗透的速度将比横向渗透速度大得多,渗水路面的水一般处于“吸附”状态,而不是流动状态,尤其是空隙被泥土堵塞时,路面水更是易进难出,在降雨量较大的地区,沥青路面长期处于“饱水”状态。实践证明,施工现场被铲除废弃的压实度不足、空隙率超过7%的路段的泥土,即使在阳光下暴晒多日铲除后,其下卧层仍是潮湿的。全幅铲除的断面,难以有层间排水的可能。水对沥青砼的侵害作用可以从沥青砼的残留稳定度试验得到验证。国外的研究表明,水的长期作用除使沥青砼的稳定度下降之外,还将使包裹在石料表面的沥青产生一定的乳化作用,导致沥青老化加剧。乳化沥青是“水包油”,而这一乳化作用的“油包水”,将使沥青与石料的粘结力下降,沥青砼失去强度。离析问题的最大害处是局部空隙率很大,强度低,由于离析周围的沥青砼可能不渗水,使离析处成为“积水窝”,往往降雨后在离析处仍有“水渍”的现象,说明该处长期受水侵蚀,这也是离析处沥青路面破坏的主要原因。

2.2 沥青用量的影响有的承包商往往为了节省工程费用,采用规范沥青用量±0.3%的低限值-0.3%,现代化的拌和设备要进行这样的控制是比较容易的,殊不知当沥青混合料的级配不稳定时,特别是当混合料中小于0.075mm的颗粒含量偏大时,采用这一低限沥青含量将使沥青砼“贫油”。经验表明,小于0.075mm颗粒含量每增加1%,沥青用量至少要增加0.1%。“贫油”的沥青砼除严重影响沥青砼强度和疲劳性能外,最主要的问题是将导致压实困难,水易于渗入结构,从而将大大降低沥青砼的抗水损害能力。

2.3 石料质量的影响研究表明,沥青与石料的粘结性不仅与石料的酸碱性有关,而且与石料表面的微观结构(粗糙度)有关。一般而言,碱性石料比酸性石料与沥青的粘附性强,但也有例外,如石灰岩中夹杂的方解石与沥青的粘附性只能达到2级,而部分酸性石料,由于有比较粗糙的微观表面,与沥青的粘附性也达到4-5级,显然选择与沥青粘附性强的石料,有利于提高沥青砼的抗水损害能力。方解石含量规范许用值为不大于5%,显得较宽,拟从紧控制,有利于提高沥青砼总体质量。沥青砼在摊铺和碾压过程中石料的压碎程度除与碾压功能和碾压工艺有关外,一般还与石料的压碎值有关。规范规定,沥青路面石料压碎值不大于28,经验表明当石料压碎值接近28时,在进行沥青混合料摊铺碾压时往往易于压碎。对沥青路面早期损坏的调查资料表明,相当一部分沥青路面的早期损坏与石料的压碎有关,这可以从钻孔取芯芯样表面石料的破碎情况以及碾压前和碾压后沥青混合料级配的变化反映出来。沥青砼中石料压碎后,某种意义上讲比“花白料”更糟,水易于沿着破裂面进入石料内部,并从石料内部进入沥青与石料的界面,使沥青与石料产生分离,加速了沥青路面的破坏。近年来还多次发现,某些石料在常温和高温作用下以及在干燥和潮湿状态下的压碎值不一样。曾经出现过沥青路面尚未通车,沥青与石料在水的作用下与沥青完全分离而失去强度的情况。

石料的含泥量对沥青路面的质量至关重要,规范规定沥青路面用石料的含泥

量应该小于1%。在这里,含泥量往往指小于0.075mm颗粒的含量,而且主要是针对1#-3#料,而对于4#料规范规定0.075mm颗粒的含量应小于15%,问题是要弄清楚这小于0.075mm含量到底是石粉还是泥土。对于1#-3#料,这1%的允许含泥量如果主要是石粉,可能对沥青混合料的性能影响不大,但如果是泥的话,将裹覆于石料的表面,大大降低沥青与石料的粘结性能,使本来与沥青粘附性达到4-5级的石料实际粘附性可能小于2级,从而使沥青砼抗水损害能力下降。特别是对于1#料,以1%的含泥量控制,如果这1%是泥浆的话,这样的石料看起来已很脏了。对了4#料,如果石料场不采用吸尘装置,即使是15%的允许量,要不超过已是很不容易了,加之集料在拌和场又极易受“二次污染”,很难说不超标,沥青路面施工承包商往往会有这样的想法,即4#料中小于0.075mm颗粒含量多一些没关系,可以通过拌和楼的吸尘装置把粉尘吸出来,甚至把回收粉料当矿粉使用,而事实上,吸尘装置并不能把粉尘吸干净,一般约有1%-2%,甚至更多的粉尘吸不干净,裹覆于石料表面的泥浆更是无法吸出,当保留在混合料中的粉尘中的含泥量较大时,将对沥青混合料的使用性能产生十分不利的影响,所以对于4#料,应该严格进行砂当量试验。

2.4 冻融的影响在空隙率较大、石料被压碎、沥青用量不恰当、石料与沥青粘附性较差等条件下,当水进入沥青路面时,冻融将对沥青砼的使用性能产生致命的伤害。在冬季,由于沥青砼的强度和刚度较大,这一伤害可能不易察觉,但到了夏季,已形成的潜在伤害在高温和重载交通的作用下,由于沥青砼的移动变形,极易导致沥青砼溃解。冻融对沥青砼强度及抗水损害性能的影响可通过冻融劈裂强度试验和AASHTOT283试验结果反映出来。

2.5 重车和高温的影响在高温和重车作用下,正常的沥青砼路面将产生进一步的压密,并由于热稳定性不足而产生蠕变,导致车辙、拥包等病害的发生,但这种病害从产生直到路面失去服务能力将有一个较长的过程。如果这时的沥青砼内部已产生一定的缺陷或病害,如石料与沥青的粘结力下降,则压密和蠕变的过程又是沥青砼中颗粒重新分布的过程,由于水的作用已使沥青砼的强度及沥青与石料的粘结力下降,这种颗粒的重亲新分布将更进一步加剧结构的破坏,使沥青路面更易渗水,而渗水将进一步导致沥青与石料的分离,使结构层中水处于饱和状态,再加上汽车行驶时,荷载的重复作用及动水压力的不断抽吸作用,将更进一步加速沥青路面的破坏。超载车辆对有缺陷的沥青路面的破坏作用要比对正常状态的沥青路面的破坏作用大得多,这是因为结构承载能力已下降的沥青路面根本不堪重负,必将加剧沥青路面的破坏,因此超载车辆必须加以控制。据有关调查结果,部分高速公路货车超载率达70%,最大超载达额定载重的2.7倍,而美国允许超载量为额定载重的1.25倍,可见超载之严重。超载也是导致沥青路面早期损坏的主要原因之一。

3 防治沥青路面损坏的主要对策

3.1 改善沥青混合料的级配传统的AC-I型沥青混合料存在细料多、中间料少的现象,对这样的沥青混合料的普遍反映是摊铺时易产生离析。沥青砼虽然是密实型的,但不是嵌锁型的,砼中粗骨料呈悬浮状态,沥青砼热稳定性较差。因此,为减少离析,提高热稳定性,可以采用改进的AC-I型结构,主要是适当减少细集料