沥青路面早期水破坏病害分析及预防
1、前言
近年来,国家对高速公路建设投资力度加大,使我国的公路工程建设得到了飞速发展由于沥青路面具有无接缝、低噪音、 易维修等优点,因此在已建成的高速公路中有９０％以上采用的是沥青混凝土路面。但是,随着一条条高速公路的建成并投入运营,沥青路面早期病害现象也引起了人们的普遍关注。目前,沥青混凝土路面最常见的早期病害现象有:裂缝、水破坏、松散、泛油、推移等,这些病害基本上也是公路工程质量的通病,对新建公路的正常使用形成了严重的威胁。本文就其中水破坏病害的成因进行分析并提出相应的预防措施。
2、沥青混凝土路面早期水破坏病害成因分析
所谓水破坏是指沥青路面在存在水份的条件下, 经过交通荷载和温度胀缩的反复作用, 致使沥青的粘结力丧失, 强度下降,使水透入路面结构层后使路面产生早期破坏的现象,它是目前沥青混凝土路面早期病害中最常见也是破坏力最大的一种病害。水破坏的主要破坏形式有:网裂、坑洞、唧浆、辙槽等,其破坏的典型特征就是沥青路面出现麻面、剥离、掉粒松散、坑槽、唧泥、网裂、龟裂等。水破坏的产生往往是由于施工中沥青混凝土配合比控制不严、沥青混合料拌合不均、 碾压效果不良等导致的沥青路面空隙率过大所造成的。
水透过沥青面层滞留在基层顶面,在大量高速行车作用下,自由水产生很大的压力并冲刷基层和面层的沥青混合料,造成集料和沥青
膜剥离,发生松散,从而使得沥青混合料不再成为一个整体,集料在车辆荷载作用下对基层表面产生撞击,基层中的粉质部分如水泥、石灰、粉煤灰以及土质部分便形成稀浆,通过路面的缝隙向上挤出,这样就会在沥青混凝土路面看到白色的唧浆,同时在面层可见到局部的龟甲状的网状裂缝。
坑洞是最典型的水破坏现象。在行车荷载作用下,特别在降雨过程中和雨后行车道上的局部网裂会逐渐松散,松散的石料被车轮甩出形成坑洞。由于沥青混凝土的不均匀性,坑洞总是先在沥青混凝土空隙率较大处产生,随着时间推移,将会造成路面大面积破损。形成水破坏的原因除沥青混合料不均匀、空隙率过大有关外,还与沥青和碎石间的粘结性能或有无抗剥落剂、交通量大小、 重载车比重及公路沿线降雨量等因素有关。在我国南方潮湿地区,沥青路面的水破坏数量及速度比北方干旱地区严重的多。近年来我国部分高速公路开始采用改性沥青或加抗剥落剂的SMA 路面,虽然产生水破坏的数量和速度明显改观,但只要混凝土不均匀自由水能够进入并滞留的地方也不同程度的产生了水破坏。
3、沥青混凝土路面早期水破坏病害预防措施
沥青路面的水破坏是由于沥青膜从集料表面的剥离,其条件是水分介入到沥青与集料界面上,改变了沥青、集料与水分的关系所造成的。其产生数量及速度与沥青混凝土密实性及空隙率大小、沥青与粗集料的粘结力大小或有无抗剥落剂、交通量大小及重（超）载车辆的多少有关。所以,有效预防水破坏发生,应从以下几个方面着手:
3.1 沥青混合的优化设计
沥青面层层间应使用防水材料,无论是何种沥青混合料,必然有一定的空隙率存在,就会遭受一定的水破坏。在沥青面层表面涂上防水材料,形成一种不透水的薄膜封层,能使沥青面层中因降雨而聚集的水大大减少。
3.2 选择合适的混凝土类型
沥青面层各层应尽量使用空隙率≯5%的密实型沥青混凝土。从当前的技术水平看,密实式粗集料断级配沥青混凝土既具有良好的不透水性,又具有明显优于连续级配沥青混凝土（如AC-16I、AC-20I、AC-25I）的高温抗永久形变能力,用前者作为表面层时,还具有良好的抗滑性能。SMA 路面的广泛应用是最好的例证。
3.3 使用优质沥青及抗剥落剂以增强沥青与碎石的粘附性
一般情况下,酸性石料（花岩、玄武岩等）与沥青的粘附性较差,所以在高等级公路中,用于沥青路面的碎石应具有良好的颗粒形状,针片状含量少,并保持洁净、干燥无风化、无杂质, 加工的石料规格质量稳定,变异性小,并具有足够的强度和耐磨耗性能, 石料与沥青的粘附性不小于５级,使用针入度较小的沥青并采用抗剥落剂。严格控制细集料含泥量也是提高沥青与碎石的粘附性的有力措施。
3.4 提高施工质量
施工前原材料的选用必须规格、均匀、合理,配合比设计必须严密。沥青混合料的足够拌和时间对保证其均匀性非常重要,拌和时间偏短,沥青混凝土就不均匀,在施工中我们要求间歇式拌和机拌和时间不小于45Ｓ,其中干拌时间不得小于５Ｓ,而且不包括混合料排出时间（大约５Ｓ）,使得和料应均匀一致,无花白料、无团块、无粗、细集料离析。严格控制沥青混合料拌合温度、出场温度及碾压温度,混合料拌合温度过高会容易造成沥青老化,与集料的粘附性也会明显降低,严重时会造成面层局部色泽不一致等现象。据国外有关试验数据表明,沥青混合料的温度低于90℃,实际上已不可能再被进一步压实。压实是沥青路面施工的最后一道工序,良好的路面质量最终要通过辗压来实现,辗压中的任何质量缺陷特别是温度的缺陷,必将导致前功尽弃。 保证压实温度,提高压实标准。再者,尽量通过使用高效配套的碾压设备、 增加碾压遍数等提高压实度以减小空隙率,空隙率大的位置越多水破坏现象越严重。设法加强沥青面层间粘结力也是有效防治水破坏的措施之一。
3.5 严格控制超载车辆
公路管理部门应该按照《公路法》及交通部《超限运输车辆行驶公路规定》的要求对超载车辆进行强制卸载,并在入口处设卡不得让超载车辆进入高速公路。
3.6 做好路面排水
１）切实做好中央分隔带的排水,避免绿化浇水横向渗水路基;２）路面设计必须考虑混合料内部层间不和缝隙水的排水问题,保证渗入路面内部的水能排出路外;３）改进透层油或在沥青面层的下层用沥青含量较高的沥青砂作下封层,以隔断地下水或毛细水的上升;４）加强排水的处理,一是封,即防止水进入沥青层的内部。二是排,即将进入到路面内的水排除出去。
4、结论
综上所述,要解决沥青路面的水破坏问题应在优化设计的同时,进行材料性能要求设计、沥青混合料级配设计以及沥青路面综合设计,包括排水设计、路面结构综合设计等,更为重要的是应该加强施工管理,提高现场施工质量,规范施工。沥青路面的水破坏问题应该从多个环节考虑,才能从根本上预防沥青路面的水破坏。
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