瀝青公路水損壞的特點(diǎn)與原因分析

瀝青公路水損壞的特點(diǎn)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(gè)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(qiáng)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(jìn)入路面結(jié)構(gòu),或是盡快將進(jìn)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(jì)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(shí),路面的早期破壞現(xiàn)象越來越突出,其中,高等級(jí)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(jí)公路瀝青混凝土路面水損壞現(xiàn)象

瀝青路面水破壞,實(shí)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(jìn)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(xì)集料粘結(jié)力降低,結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(yùn)輸?shù)奈ｋU(xiǎn)性,另一方面也增大了道路養(yǎng)護(hù)費(fèi)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(diǎn),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(jì)損失,延長(zhǎng)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(dòng)、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(shí)養(yǎng)護(hù),逐漸發(fā)展形成的;另外,局部區(qū)域半剛性基層的強(qiáng)度不足也會(huì)產(chǎn)生類似病害。如果早期修補(bǔ)及時(shí),路面性能可以較大程度恢復(fù);否則這些坑槽會(huì)迅速擴(kuò)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?yàn)r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(dòng)現(xiàn)象,也會(huì)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(cuò)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(cuò)、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(qiáng)度不足而引起的。主要和設(shè)計(jì)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(shí)在路肩和路面之間。后一種情況危險(xiǎn)性很大,地面橫向坡度較大時(shí),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(xì)集料減少,使越來越多的粗集料外露。麻面如果處理不及時(shí),往往會(huì)大量滲水,進(jìn)一步發(fā)展會(huì)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(rèn)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(fù)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(duì)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(chǎng)的石料,碎石的扁平狀顆粒含量、級(jí)配方面不會(huì)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(duì)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(xì)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(huì)產(chǎn)生動(dòng)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(shí),一般都采用改性瀝青,水能夠在空隙中自由流動(dòng),從而排除掉,也不容易造成水損壞。只有路面實(shí)際空隙率為一的時(shí),水容易進(jìn)入混合料內(nèi)部,且在荷載作用下易產(chǎn)生較大動(dòng)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(xiàng)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(xì)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(jì)時(shí)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(jì)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(jí)公路施工時(shí),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(hù)過冬,此后工程施工車輛、社會(huì)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(hù)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(shí),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(huì)更低,而在施工時(shí)如果攤鋪、壓實(shí)度不均勻,則易造成集料離