隨著我國高等級公路的迅速發(fā)展,瀝青路面作為一種高級路面被廣泛采用,然而由于交通量的不斷增長,重車增多,大型貨車超載嚴(yán)重和渠化行車的作用,給路面帶來的明顯的早期破壞逐漸增多。在對路面破壞現(xiàn)象廣泛調(diào)查、統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上,各國道路科研工作者通過反復(fù)分析、論證發(fā)現(xiàn),瀝青路面的早期破壞現(xiàn)象大多與水有關(guān)。“在各種類型的瀝青路面早期破壞現(xiàn)象中,水損壞是最主要、危害最大的損壞類型”。
一、水損壞現(xiàn)象的類型及其作用機(jī)理
瀝青路面較為普遍的水損害現(xiàn)象有麻面、松散、掉粒、坑洞、唧漿、網(wǎng)裂、轍槽等。
1.松散類:路表麻面、松散、掉粒、坑洞
瀝青面層在孔隙水壓力的反復(fù)作用下,使瀝青膜從集料表面剝落、混合料中的集料相互之間喪失粘結(jié)力而逐漸變軟直至松垮,導(dǎo)致麻面、松散現(xiàn)象;在局部松散處,松散的集料顆粒逐漸掉粒、流失進(jìn)而形成大小不一的坑洞。
2.裂縫類:唧漿、網(wǎng)裂、坑洞
半剛性基層基頂結(jié)合料與從路表連通孔隙及裂縫處下滲的水混合,在行車荷載的反復(fù)作用下,產(chǎn)生的高速動(dòng)水壓力沖刷基頂形成灰漿并從裂縫中被擠壓而出形成了唧漿現(xiàn)象;隨著基層結(jié)合料的逐漸流失,面層也隨著底部脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生而形成沉陷、網(wǎng)裂,進(jìn)而發(fā)展成坑洞。
3.變形類:轍槽
在行車荷載作用下,滯留在面層內(nèi)的水使集料特別是粗集料表面裹覆的瀝青膜逐漸剝落,瀝青混合料強(qiáng)度不斷損失直至完全松散。行車輪跡帶下不僅出現(xiàn)了壓縮變形現(xiàn)象,而且產(chǎn)生了嚴(yán)重的剪切破壞現(xiàn)象,輪下松散的瀝青混合料向兩側(cè)擠出并鼓起,在輪跡帶下形成車轍。轍槽內(nèi)有時(shí)還伴隨著唧漿和網(wǎng)裂現(xiàn)象。
4.凍融循環(huán)破壞
在冰凍地區(qū)或季節(jié)性冰凍地區(qū),由于水凝聚結(jié)冰時(shí)體積增大,在瀝青混合料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很大的膨脹力,致使混合料內(nèi)部粘結(jié)力下降;而當(dāng)其融化時(shí),又滯留于路面層內(nèi),在行車荷載作用下加速瀝青膜的剝落。在路表,冰雪融水進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)部,在行車荷載和凍融循環(huán)的反復(fù)作用下產(chǎn)生破壞。而在下面層,當(dāng)基礎(chǔ)有較多的細(xì)粒土和孔隙時(shí),冬季特有的毛細(xì)水使水分逐漸積聚在基層頂面,春融期過飽和的水進(jìn)入下面層孔隙,在荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生剝落現(xiàn)象和基頂沖刷。
★二、水損害的原因
1.表面產(chǎn)生坑洞
由于瀝青混凝土的不均勻性,坑洞總是首先在局部瀝青混凝土空隙率較大處產(chǎn)生。通常采用半開式(ⅱ型)瀝青混凝土表層時(shí),產(chǎn)生的水損破壞更為嚴(yán)重。事實(shí)表明,只要有自由水侵入并滯留在瀝青混凝土的孔隙中,不管是傳統(tǒng)純?yōu)r青混凝土,還是改性瀝青或加抗剝落劑的sma,在大量行車作用下,都會(huì)產(chǎn)生瀝青剝落現(xiàn)象。
2.表面層和中面層同時(shí)產(chǎn)生坑洞以及局部表面產(chǎn)生網(wǎng)裂和變形
當(dāng)表面層和中面層都是空隙率較大的半開級配瀝青混凝土,而底面層為空隙率較小的密實(shí)瀝青混凝土?xí)r,降水過程中,自由水較易滲入并滯留在表面層和中面層內(nèi)。當(dāng)表面層是半開級配、中面層為密實(shí)式瀝青混凝土?xí)r,在較長時(shí)間的降水過程中,自由水透入表面層后較長時(shí)間從中面層的薄弱處浸入中面層,并滯留在表面層和中面層內(nèi)。大量快速行車使此兩層瀝青混凝土中部分碎石上的瀝青剝落,導(dǎo)致表面產(chǎn)生網(wǎng)裂、形變和向外側(cè)推擠或產(chǎn)生坑洞。
3.唧漿、網(wǎng)裂、坑洞
水透過瀝青面層滯留在半剛性基層頂面,在大量快速行車作用下,自由水產(chǎn)生很大的壓力并沖刷基層混合料表層的細(xì)料形成灰白漿。灰漿通過各種形狀裂縫被行車壓唧到路表面,可使路面產(chǎn)生網(wǎng)裂、變形或坑洞。
4.橋面唧漿或坑洞
橋梁、通道等構(gòu)造物以及水泥混凝土鋪裝層上的瀝青混凝土面層相對于路基上的面層更容易產(chǎn)生坑洞。橋面產(chǎn)生坑洞也往往是先產(chǎn)生唧漿(白漿),接著形變、網(wǎng)裂和坑洞。
5.瀝青面層空隙率過大產(chǎn)生滲水
據(jù)資料顯示:當(dāng)瀝青路面的空隙率小于8%時(shí),瀝青層中水在荷載作用下一般不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力,不容易造成水損破壞。當(dāng)排水性混合料的路面空隙率大于15%時(shí),一般都采用改性瀝青,且水能夠在空隙中自由流動(dòng),也不容易造成水損破壞。而當(dāng)路面實(shí)際空隙率在8%~15%的范圍時(shí),水容易產(chǎn)生較大的毛細(xì)壓力成為動(dòng)力水,造成瀝青混合料的水損壞。
★三、水損害的預(yù)防
1.應(yīng)該考慮如何使水不容易侵人路面結(jié)構(gòu)層。例如,防止中央分隔帶植草植樹后水侵人路面,有的高速公路將中央分隔帶封閉后,在其上擺大盆栽樹是一種值得提倡的措施;防止凸型中央分隔帶兩側(cè)緣石與面層瀝青混凝土連接處粘結(jié)不好而透水。此外,當(dāng)出現(xiàn)縱向和橫向裂縫時(shí)應(yīng)該及時(shí)封閉,防止水沿裂縫侵人結(jié)構(gòu)層。為較好的防止水侵人,可以使面層的各層都采用空隙率不大于5%的密實(shí)瀝青混凝土。實(shí)踐表明,瀝青面層中那一層空隙率大,一旦水進(jìn)人,那一層就會(huì)產(chǎn)生水損害。某高速公路瀝青面層的表層和中層都是密實(shí)的i型瀝青混凝土,但底面層是空隙率較大的ⅱ型瀝青混凝土,開放交通不久,在某些路段上產(chǎn)生了早期縱向裂縫。雨水從縱向裂縫進(jìn)人并滯留在底面層,使瀝青混凝土的強(qiáng)度顯著減弱。因此,在保證面層混合料高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性和抗滑性的基礎(chǔ)上,應(yīng)該盡量減小各層混合料的空隙率,最好全部面層結(jié)構(gòu)都采用空隙率不大于5%的密實(shí)瀝青混凝土。
2.應(yīng)該提高瀝青與礦料的粘結(jié)力。當(dāng)水進(jìn)人瀝青混合料后,在快速重載車輛作用下容易產(chǎn)生瀝青剝落現(xiàn)象。為減輕瀝青剝落,改善瀝青混凝土的水穩(wěn)定性和耐久性,需要增強(qiáng)瀝青與礦料的粘結(jié)力。有關(guān)研究建議,為加強(qiáng)粘結(jié)力應(yīng)該保證中面層和底面層的粘結(jié)力不小于4級,表面層的粘結(jié)力不小于5級。
3.應(yīng)該提高混合料壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),瀝青混凝土的壓實(shí)度不僅對瀝青混凝土的物理力學(xué)性質(zhì)有著重要的影響,而且是決定現(xiàn)場空隙率的主要因素。對于配合比設(shè)計(jì)空隙率為4%的同一種瀝青混凝土,在不同壓實(shí)度下的現(xiàn)場空隙率有明顯差別。在壓實(shí)度為96%時(shí),現(xiàn)場空隙率接近8%;在壓實(shí)度為98%時(shí),現(xiàn)場空隙率接近6%,前者的滲透系數(shù)明顯大于后者。所以在實(shí)際施工中,要嚴(yán)格保證壓實(shí)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),表面層壓實(shí)度不小于98%,中面層和底面層不小于97%。
4.應(yīng)該在路面結(jié)構(gòu)層中設(shè)置排水層和防水層。從我國瀝青路面的早期破壞來看,往往表面水還沒有滲透到中面層或下面層,表面層或中面層就已經(jīng)開始破壞。鑒于當(dāng)前我國公路建設(shè)中,很多人擔(dān)心瀝青面層薄了容易破壞,愿意用厚的瀝青面層。在這種情況下,為了防止水滲人到面層下部造成破壞,可考慮將防水層設(shè)在表面層下面。同時(shí),應(yīng)該在基層頂面設(shè)置多孔隙瀝青混合料排水層,使水能盡快排出路面結(jié)構(gòu)層。
四、結(jié)語
⑴瀝青混合料和瀝青路面施工質(zhì)量及一些外部因素可能會(huì)導(dǎo)致瀝青路面剝落,主要是:路面排水系統(tǒng)不健全,路面壓實(shí)度不足,混合料離析以及集料表面粉塵太多等。
⑵現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范關(guān)于水損害的三個(gè)指標(biāo),即粘附性大于4級強(qiáng)度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度大于80%,以及簡化洛特曼法間接抗拉強(qiáng)度比tsri≥70%,存在一些缺陷,還控制不了水損害。
⑶aashtot283利用空隙率為7%的試件來進(jìn)行試驗(yàn),模擬施工好的路面空隙率,更為科學(xué)合理,真空飽水條件更為嚴(yán)密,加上凍融循環(huán),適合作為南方多雨有冰凍地區(qū)抗水損害的指標(biāo)。