（管理科学与工程专业论文）成渝高速水损坏沥青路面维护工艺过程质量控制研究.pdf

j1-11 ， ；1； 重庆交通大学学位论文原创性声明 i i l l i l li l l1 1 1 11 1 1i i iil li y 19 019 71 。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担。 虢如钢 吼妒r 年阳产日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不限于汇编、复 制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权 学位论名：_ 闽 日期：刃年么月，归 指导教师签名： 日期：k 1 1 年6 月i 甲日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：抽 日期：7 f f 月f 咿 指导教师签名： 日期：沙l1 年6 月i 丫日 要 沥青路面已成为目前最主要的路面结构形式之一，对沥青路面的精心维护是 业内工作者的重大任务。笔者针对重庆地区高速公路水损坏极为普遍之现象，对 成渝高速沥青路面养护作业工艺过程中出现的一些典型质量问题，结合实际沥青 路面维修工程及专项课题进行研究。通过深入考查、专题试验及多角度分析，研 究针对特定水损坏成因、发展阶段、病害程度的养护对策及质量控制手段。 本文首先对沥青路面水损坏的相关评价方法与指标做了深入的分析，并据此 从沥青路面新筑与维修的工艺、方法、实施过程控制等方面提出了一些相应的质 量防治措施。 其次针对成渝高速公路路面维持修工艺过程中的一些典型问题，如混合料离 析控制、新旧路面结合位置的接缝处理、层间粘结问题等作了较深入探讨，并在 总结现有研究成果的基础上，提出一些更适合实情的旌工质量控制措施。特别针 对成渝高速沥青路面维修后水损再破坏的实情，对维护工艺过程中的质量控制措 施进行了深入研究，如针对维修过程中的原材料质量控制及沥青混合料的拌合、 运输、摊铺、碾压等各过程的典型质量控制难题，找出了其相应的质量控制要点 及可行的解决措施等，以期达到有效的解决沥青路面水损坏问题。 最后详细讨论了沥青路面浅层就地热再生修复技术。探讨了工艺过程中出现 的一些相关问题，通过深入观察、分析与实践验证，提出了一些合理实用的质量 控制措施，并比较了传统维修工艺与新引进的就地热再生工艺的各自特点及适用 性。 关键词：水损坏；沥青路面维修：工艺过程；质量控制 a b s t r a c t a s p h a l tp a v e m e n th a sb e e nt h em a i nf o r m o fp a v e m e n ts t r u c t u r e ，t h em a i n t e n a n c e o fh i g h w a yh a sb e e nt h eg r e a t e s tt a s ko fi n l i n ew o r k e r s w a t e rd a m a g ei saw i d e s p r e a d p h e n o m e n o ni nc h o n g q i n g a r e ah i g w a y n ea u t h o rs t u d i e ss o m et y p i c a lq u a l i t y p r o b l e m sa p p e a r e d i nt h em a i n t e n a n c ew o r ko fc h e n g - y ue x p r e s s w a ya s p h a l t p a v e m e n t ，c o m b i n i n gw i t ha c t u a la s p h a l tp a v e m e n tm a i n t e n c ee n g j n e e n n ga n ds p e c i a l s u b i e c tr e s e a r c h t h r o u g ht h et h o r o u g he x a m i n a t i o n ，s p e c i a lt e s t a n dt h em u l t i p l e p e r s p e c t i v e sa n a l y s i st os t u d yt h es p e c i f i cw a t e rd a m a g ec a u s e ，d e v e l o p m e n tp h a s e , d i s e a s ed e g r e eo fm a i n t e n a n c ep o l i c ya n dq u a l i t yc o n t r o lm e a s u r e s t h i sp a p e rf i r s t l ya n a l y z e st h er e l e v a n te v a l u a t i o nm e t h o d sa n di n d e xo fw a t e r d a m a g eo fa s p h a l tp a v e m e n t a n da c c o r d i n gt ot h a t ，f r o mt h en e wb u i l d i n ga s p h a l t p a v e m e n ta n dt h er e p a i rt e c h n o l o g y , m e t h o da n dt h ei m p l e m e n t a t i o no fp r o c e s sc o n t r o l e c t ，t op u tf o r w a r ds o m ec o r r e s p o n d i n gq u a l i t yc o n t r o l m e a s u r e s s e c o n d l yd i s c u s s e ss o m et y p i c a lp r o b l e m so fc h e n g 。y ue x p r e s s w a yp a v e m e n t d u r i n gm a i n t e n a n c ep r o c e s s ，s u c ha s t h em i x t u r eo fs e g r e g a t i o nc o n t r o l ，n e wo l d p a v e m e n tc o m b i n i n gp o s i t i o ns e a mp r o c e s s i n g ，i n t e r l a y e rc o m b i n a t i o np r o b l e m s a n d p u tf o r w a r dq u a l i t yc o n t r o lm e a s u r e so nt h eb a s i so fc u r r e n tr e s e a r c ha c h i e v e m e n t s e s p e c i a l l y , a c c o r d i n g t ot h et r u t ho fc h e n g - y ue x p r e s s w a ya s p h a l tp a v e m e n t m a i n t e n a n c ea f t e rw a t e rl o s sl o n g e rd e s t r o y , s t u d i e sq u a l i t yc o n t r o lm e a s u r e sd u r i n g t h em a i n t a i n i n gp r o c e s s ，s u c ha sa c c o r d i n gt ot h er a wm a t e r i a lf o rm a i n t e n a n c e p r o c e s s q u a l i t yc o n t r o la n da s p h a l tm i x t u r eo fw h i t e ，t r a n s p o r t a t i o n ，p a v i n g ，r o l l i n ga n ds oo n v a r i o u sp r o c e s sq u a l i t yc o n t r o lp r o b l e mo ft y p i c a l ，t of i n do u tt h ec o r r e s p o n d i n g q u a l i t yc o n t r o lp o i n t sa n df e a s i b l em e a s u r e ss oa st os o l v et h ea s p h a l tp a v e m e n t w a t e r d a m a g ep r o b l e me f f e c t i v e i y f i n a l l ys t u d i e ss o m ep r o b l e m sa p p e a r e di n t h ep r o c e s so nt h eb a s i so fd e t a i l i n t r o d u c t i o nt h ea c t i v i t yp r o c e s so ft h ea s p h a l tp a v e m e n ti sg e o t h e r m a lr e n e w a b l e r e p a i rt e c h n o l o g y s h a l l o wi n c h o n g q i n gm u n i c i p a l i t y t h r o u g h t h et h o r o u g h o b s e r v a t i o n ，a n a l y s i sa n dp r a c t i v ev e r i f i c a t i o n ，p u t f o r w a r ds o m er e a s o n a b l ea n d p r a c t i c a lm e a s u r e sf o rq u a l i t ya s s u r a n c e ，a n dc o m p a r e st h et r a d i t i o n a lm a i n t e n a n c e t e c h n o l o g ya n dn e wg e o t h e r m a lr e g e n e r a t i o np r o c e s s ，p u tf o r w a r dt h ed i s a d v a n t a g e s a n dt h ea p p l i c a b l es i t u a t i o n so fc h e n g y ue x p r e s s w a y k e yw o r d s ：m a i n t e n a n c eo fa s p h a l t t e c h n o l o g i c a lp r o c e s s p a v e m e n t ；w a t e rd a m a g e ；q u a l i t yc o n t r o l ； 目录 第一章绪论1 1 1 沥青路面水损坏主要表现形式及过程机理分析l 1 1 1 水损坏的定义1 1 1 2 水损坏主要表现形式及分类特点1 1 1 3 水损坏过程机理分析4 1 2 国内外研究现状6 1 2 1 沥青路面水损坏相关评价方法国内研究现状6 1 2 2 沥青路面水损坏相关评价方法国外研究现状6 1 2 3 沥青路面水损坏评价指标及相关防治质量控制措施7 1 3 本课题研究目标、内容、意义1 2 1 4 本章总结1 3 第二章成渝高速公路水损坏状况调查与分析1 4 2 1 成渝高速公路路面状况1 4 2 1 1 成渝高速公路介绍1 4 2 1 2 成渝高速维修历史及目前病害状况1 5 2 2 成渝高速水损坏状况调查分析1 7 2 3 本章总结2 2 第三章成渝高速公路沥青路面水损坏成因分析2 3 3 1 用鱼刺图分析成渝高速沥青路面水损坏的影响因素2 3 3 2 模糊综合评价法分析成渝高速沥青路面水损坏成因2 8 3 3 本章总结：3 l 第四章成渝高速水损坏沥青路面维护对策及处治工艺原理3 2 4 1 成渝高速水损坏沥青路面维护方案3 2 4 1 1 一般性维护3 2 4 1 2 大中修方案3 4 4 1 3 预防性养护3 5 4 2 成渝高速水损坏沥青路面维修工艺3 6 4 2 1 传统破碎坑补维修工艺3 6 4 2 2 传统冷铣刨热摊铺维修工艺3 7 4 2 3 现场加热维修工艺3 7 4 3 本章总结4 1 第五章工艺维修过程分析及其质量控制研究4 2 5 1 成渝高速水损坏沥青路面常用维修工艺过程及质量控制措施4 2 5 1 1 传统破碎坑补维修4 2 5 1 2 热辐射加热就地维修4 5 5 1 3 传统冷铣刨热摊铺方式维修4 7 5 1 4 成渝高速水损坏沥青路面维修工艺过程质量控制措施5 4 5 2 关于就地热再生工艺6 3 5 2 1 引言6 3 5 2 2 实验段施工概况6 4 5 2 3 实验段施工质量控制难题7 l 5 2 4 就地热再生相关质量控制措施7 2 5 3 本章总结7 5 第六章各工艺维修路面质量检测及效果评价7 6 6 1 各工艺维修路面芯样( 钻芯取样) 空隙率情况7 6 6 2 各工艺维修路面现场渗水性能情况7 7 6 3 各工艺维修路面构造深度检测7 7 6 4 混合料性能比较7 8 6 5 传统冷补工艺与就地热再生工艺对比性评价8 0 第七章结论与展望8 3 7 1 论文研究结论8 3 7 2 本研究不足之处8 3 7 3 展望8 4 致谢8 5 参考文献8 6 攻读学位期间所取得的相关科研成果及发表的论文8 8 第一章绪论 第一章绪论 1 1 沥青路面水损坏主要表现形式及过程机理分析 1 1 1 水损坏的定义 所谓水损坏是指沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于行车轮载的动荷作 用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压力抽吸的反复循环作用， 水分逐渐渗入沥青与矿料的界面，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜 从矿料表面剥离，沥青混合料变得松散、掉粒、逐渐发展成为坑槽等破坏现象n 1 。 亦有其他形式的定义，但内涵基本相似，概括起来沥青路面水损坏一般是指沥青 路面结构层透入水后，在水和环境的共同作用下使路面产生的早期破坏现象，如 松散、掉粒、唧浆、坑槽、沉陷等。 1 1 2 水损坏主要表现形式及分类特点 水损坏主要表现形式 。 总结大量沥青路面水损坏的调查研究，归纳高速公路沥青路面的水损坏主要 形式有泛油、松散、网裂、龟裂、唧浆、坑槽或沉陷等，且不同的沥青路面结构 的水损坏形式也有比较明显的差别。目前沥青路面水损坏已成为我国各地尤其是 南方高温多雨地区的高速公路沥青路面早期损坏的一种主要形式。以下对水损坏 的各种表现形式做一简单解说。 1 ) 泛油 这罩所讲的泛油是专指水损坏引起的泛油，主要是由于水存于路面结构内， 在行车荷载反复作用而产生的强大动水压力下，集料表面沥青剥落，在汽车荷载 的泵吸作用下沥青从下层向上层迁移而导致上面层局部沥青偏大。它不同于一般 因沥青面层中的自由沥青受热膨胀，直至沥青混凝土空隙无法容纳而溢出到路表 的现象，使得路表构造深度减小，抗滑性能降低的一般情况泛油。水损泛油一般 发生在车道的轮迹带上，其沥青迁移后会导致沥青内部混合料油膜损失，集料间 粘结力下降，从而造成面层内部混合料的松散，沥青路面的抗水损坏和抗疲劳性 能减弱，致使病害的进一步发展乜3 。所以说此类型泛油是水损坏的初期表现。 2 ) 松散 松散是因沥青与集料粘附性差而导致混合料水稳定性不足，致使粘结面逐渐 第一章绪论 松垮并逐渐流失的现矛分表面松散和内部松散两种类型。表面松散表现为表层 的麻面或大小不一的浅层小坑洞，其损坏一般具有整体性，主要是空隙率较大的 表面层长期暴露于自然环境中，经受车辆荷载的反复作用，极易引发沥青剥落而 松散。内部松散一般是在某个水稳定性不足的沥青结构层内发生，沥青路面各层 问脱开，中面层大部分和底面层上部分松散，主要是局部压实不够，其空隙率较 大，内存水较多时在水和车辆荷载的长期作用下局部发生，在由水损坏引起的油 斑型泛油处其下一般伴随着此种松散现象。 3 ) 网裂( 龟裂) 由于水损坏造成的网裂一般是由于水分通过空隙率大的上面层或别的途径注 入路面结构层内，随着结构层内含水量逐渐增加，如果其路面基层和土基的水稳 性差，路面强度将不断减少，在车辆荷载作用下极容易造成沥青面层内部混合料 的剥落、松散，或基层混合料的冲刷、脱空，并从下向上作用导致沥青面层产生 网裂，或逐渐扩大为龟裂。进一步发展的结果就是坑洞和沉陷，尤其是在春融季 节则更为严重，可能出现翻浆、面层大面积损坏等。 4 ) 唧浆 产生唧浆的两个必要条件是有水进入和有灰浆挤出的通道。外界水可通过多 种方式进入路面，如降雨、雪水、洒水、绿化浇水及挖方路段裂隙水等，这些水 不断渗入路面结构层并积存于基层顶面，导致基层结合料在水的长期浸泡下形成 泥浆或灰浆，在行车荷载的反复挤压和泵吸作用下，从裂隙或透水通道中冒出来， 从而在路面表现出唧浆。上述的两种情况：一种是水和泥桨在重车荷载作用下从 裂缝处泵吸出来，这种唧浆现象大多发生在是路面上已经出现的裂缝处；另一种 是在强大的有水压力作用下，基层顶面的泥浆可通过沥青层内的连通空隙，穿透 结构完整的沥层面层，到达路表面，此种唧浆现象容易发生在沥青面层的透水处， 所以松散严重而未产生裂缝的路面也有灰浆出现，就是通过这种方式造成的。 5 ) 坑槽 坑槽一般是沥青面层松散深度和面积不断加大或严重裂缝等病害，未能及时 修补发展到后期的现象，或唧浆、网裂进一步发展的结果；另外，路面检测时的 钻芯取样后如填补不良也会导致坑槽等病害。坑槽根据面积大小可以分为点状坑 槽和块状坑槽，根据形成型式可分为表面型坑槽和唧浆网裂后坑槽。 6 ) 沉陷 随唧浆、网裂的发展，基层结合料不断地被溶蚀并挤压到路表，造成基层顶 面的不断脱空，同时在有压水和有压浆体的作用下，沥青混合料更容易剥落、松 散，沥青面层随着材料的流失不断下陷，这是水损坏引起的沉陷主要过程，所以 它一般与卿浆、网裂现象同步发生。有些沉陷变形过大则导致沥青面层开裂，此 第一章绪论 3 种情况水侵入路面的途径更加通畅，使唧浆和网裂现象更加恶化，形成恶性循环。 7 ) 伴随裂缝的水损坏现象 由前面介绍唧浆可知，裂缝是水分进入路面结构层内的通道，水分通过沥青 面层内部空隙较大处进入并贮存在结构层内，在荷载作用下导致路面唧泥，从而 产生内部更大的损坏。所以诸多的纵横及不规则裂缝也是水损坏的突破口，如裂 缝未得到及时的处理，在有裂缝的行车道轮迹带部位也往往出现沉陷、网裂、唧 浆等现象。 水损坏分类及特点 以上各形式的水损坏可以按其特点可归类分为自上而下的表面层水损坏与自 下而上的水损坏两类口1 。 1 ) 自上而下的水损坏是指从水损坏从上往下发生，雨水透入空隙率较大的沥 青混凝土上面层后，由于下层比较密实，在进入上面层的水还未来得及往下层渗 透前，上面层就开始产生水破坏，如表面层发生的松散和坑槽。尤其在中下面层 密水性好且其层厚较大，表面层空隙内存水下渗困难的情况下最容易发生。如有 的高速公路通车不到一年，在空隙率较大的上面层就产生了不少圆坑洞，而中面 层则很完整。如果透入上面层的水能较快渗入中面层，滞留在中面层的水却来不 及透过中面层进入下面层，这样情况下中上面层沥青混凝土沥青容易剥落，甚至 松散，强度也变弱，导致在行车道的轮迹带上产生网裂，有的甚至产生明显辙槽。 其成因与过程可总结如下： 备原因导致 路西薅疆疆 动水作用 油缸剥离 路面开始产生麻蕊、 搏粒等现象 雨水冲刷、行车荷 载下动水压力等 可溶物冲走、粒料被 车轮带走或流失 图1 1 自上而下的水损坏过程描述图 f i g 1 1t h ew a t e rd a m a g ep r o c e s sd e s c r i b e df i g u r ef r o mt o pt ob o t t o m + 表层松散， 坑横等二。 ：j 薯l 此类水损坏的特点有： a 上面层或中面层空隙率大，渗水严重。 b 沥青混合料粒料或温度离析严重，局部压实不均匀。 c 或层问污染严重，上面层与中面层有脱丌现象，面层在短期内就容易损坏。 2 ) 自下而上的水损坏 引起路面水损害的水源有自然降水、路表积水、中央分隔带渗水、挖方路段 的地下水等，这些水源通过各种方式进入沥青结构层内后往往不易流出，因此在 沥青路面内部，水不同程度的存在。尤其在基层过分致密处，水不能迅速排除时， 4 第一章绪论 在汽车荷爹的作用下，下面层沥青混合料的粗集料对基层造成损伤，并形成灰浆， 灰浆从上下连通的孔隙中被荷载挤出，此为唧浆。或以上各种积水在高速行驶的 荷载车辆作用下会产生了动水压力，空隙率较大的下面层在这种抽吸作用下很快 出现沥青从集料表面剥离，且在长时间的水与沥青接触下沥青膜也会慢慢被水乳 化而离失，导致集料松散。这种情况逐渐向上发展，最后项破表面，成为坑槽。 其成因过程可总结如下： 黝群i 7 ”“。璐 黪”一”。错：o3 r q * 。；霸 作用、水作用露谥并荔 箩”透永严豢且 车辆荷载作用 龉面开始产生髓。 豇摊承不畅处一油石剥离 裂、沉陷、嚼浆等i - 。坑横戳浆等。l 貔 + 。一。么 觚_ 。帆船j 幺：搿赢。赫。石施。自咖脚耱；磁 散并逐渐向上发展 图1 2 自下而上的水损坏过程描述图 f i g 1 1t h ew a t e rd a m a g ep r o c e s sd e s c r i b e df i g u r ef r o mb o t t o mt ot o p 此类水损坏的特点是： a 多发生在雨季或春融季节，在多雨及温差较大地区特别明显。 b 多发生在行车道上，超车道基本没有或很少有，说明与重车、超载有关。 c 多为局部现像，一般不会全路同时发生，显然与结构层局部质量不佳有关。 此种水破坏现象在南方高温多雨地区居多，如在成渝高速公路上，这种路面 沉陷状况就极多，在不到1 0 0 公里的路段上多达数百个。在一些沉陷位置处钻芯 取样时，发现有的芯样面层已经碎裂，有的上面层看起来比较完整，但中下面层 己经完全松散和剥落了。 1 1 3 水损坏过程机理分析 水损坏过程的机理大概可总结如下： 首先是水分通过各种途径进入沥青路面结构层内部，侵入沥青与集料的界面， 以水膜或水气的形式存在，影响沥青与集料的黏附性。混合物料在长时间水与荷 载的反复作用下油石剥离，使沥青膜从集料表面脱落，失去附着力，随着雨水的 侵入，路面结构层及土基含水量增大，半刚性基层( 我国大多数高速公路为半刚 性) 受水侵蚀后水稳性能恶化、承载能力降低，因行车荷载的作用，积水产生动 水压力对沥青层内部和半刚性基层造成冲刷，剥离的沥青及某些溶解的可融化合 物最终流失，从而出现各种水损坏现象如表层麻面、松散、结构层唧浆和坑槽等。 水损坏的核心问题就是沥青混合料在水与荷载的作用下其沥青与集料的黏附 性强弱问题，可从多个方面来解释沥青与集料的粘附机理： 第一章绪论5 材料的物理力学特性 沥青混合料的粘附力依赖集料的特性，如其表面的纹理状况、多孔性、表面 吸附能力、表面张力、比表面积( 颗粒尺寸) 等。一般来说，表面粗糙和多孔的集 料可以使沥青更好地吸附在其表面，产生较大的范德华力。其中表面构造理论、 粘结性理论、机械粘附理论等都可用来解释沥青与集料的这一物理粘附特性1 。 沥青和集料化学反应 这方面主要依据的理论有表面能理论、极性理论、化学反应理论等。核心点 是因沥青含有有机酸，总体上程弱酸性，所以往往和碱性石料有较强的粘附力。 另外从集料表面电荷性也可为此解释，酸性集料表面带负电荷，碱性石料带正电 荷，表面带负电荷的沥青更容易吸引带带正电荷的碱性石料，而粘附了沥青的酸 性石料，遇水则容易发生剥离。此种主要依赖于沥青和集料的化学成分。 以上机理分析给了我们不少启示，从物理及化学角度来解释了有关水损坏的 本质，可引导我们去思考和解决一些相关问题。在早期水损害发生的过程中，各 种水源从路面空隙、裂缝、中央分隔带及周边渗入等进入路面结构层中，在水分 的长期侵蚀下，集料间产生复杂的物理化学作用，最终沥青膜从矿料颗粒表面剥 离，粘附性丧失，混合料逐渐松散，致使唧浆、坑槽等损害现象产生并逐渐扩大。 具体分析水对沥青混合料产生的破坏其实有两个过程：静水损坏和动水损坏。 静水损坏以软化和剥落为主，软化是沥青混合料浸水后强度、刚度降低，承载能 力降低；剥落指的是在水分的作用下，粘结力丧失导致沥青胶结料和集料的分离， 尤其在酸性集料的环境下，根据集料表面电荷理论可知剥离是更容易发生的事。 动水损坏则是静水损坏的路面经受快速行车荷载作用下的结果，在汽车荷载压力 下，车辆高速行驶瞬间于沥青路面有空隙处容易产生真空吸力，这种反复泵吸作 用可使沥青膜从剥离发展到松散、掉粒、坑槽。所以说行车荷载的动水压力加速 了损坏的过程，损坏度与荷载的大小、车辆速度有关，一般来说行车荷载越大， 速度越快，产生的动水压力就越强。另外也可根据表面能理论来解释h 1 ，首先是 动水压力作用下集料与集料之间开始发生剪切滑移，并伴有沥青膜移动和脱离， 当切应力超过沥青与集料的粘附力时可导致附着力丧失，而高能量的水分子与集 料的粘附力较沥青与集料粘附力大，在集料表面加速水与沥青分子的置换，使沥 青混合料的品质迅速变坏，沥青路面动水损坏的发展过程非常迅速。所以一般来 讲沥青路面的水损坏是静水损坏和动水损坏共同作用的结果。 目前南方多雨湿润地区的高速公路沥青路面水损坏特别严重，本文所涉及的 成渝高速公路其水损坏现象更是“惨不忍睹”。以上对各种水损坏的形式和特点及 水损坏的过程机理所作分析，仅为后文稍做铺垫，期望对水损坏的防治有所提示 或指导意义。 6 第一章绪论 1 2 国内外研究现状 沥青路面的早期病害问题几乎都围绕着水损坏，国内外在沥青路面水损坏的 评价方面做了大量的研究工作，得出了各种评价方法与评价指标。 1 2 1 沥青路面水损坏相关评价方法国内研究现状 如何对水损害程度进行定量分析，如何对与水损坏防治相关联的影响因素建 立合理的评价指标，及如何对路面施工与维修工艺过程中的质量控制措施建立标 准体系均是极需解决但又系难度很大且复杂的问题。目前国内对此还无一显著性 的研究成果，但也有不少相关研究：如文献 3 中提出用沥青混合料使用性能使用 体积指标作为评价手段，但实体工程芯样的空隙率变异性大，很难建立室内试验与 实体工程水损害间的定量关系；文献 5 针对我国气候条件对沥青路面水损害的影 响拟构建气候影响评价指标，但对变化无常的气候其实用性有待验证；文献 6 对 典型沥青路面水损害进行了调研与试验分析，如由构造深度试验、无损密度检测 试验及芯样空隙率实验等，试验表明沥青上面层离析严重。但钻芯样冻融劈裂试 验表明，该试验同实体工程坑槽病害相关性较差。在王富春，李峰的“沥青路面 水损害问题的探讨 一文中口1 ，还曾提出了针对南方多雨潮湿地区的一个更能反映 混合料水损害特性的技术指标间接抗拉强度比，来表征沥青混合料水敏感性 评价，其应用a a s h t ot 2 8 3 “压实沥青混合料水损害试验方法 ，并要求间接抗拉 强度比t s r 8 0 作为沥青混合料水敏感性评价指标。 1 2 2 沥青路面水损坏相关评价方法国外研究现状 沥青路面水损坏是目前世界范围内大部分地区普遍存地的问题，很多国家的 相关机构组织都曾经对沥青路面水损坏问题进行过专题研究。如文献 8 9 认为， 冻融劈裂试验同沥青路面水损害相关性较差；文献 1 0 比较了不同的试验方法来 评估水损害，在对不同空隙率及不同温度条件下调查了水损害程度的敏感性，发现 在湿润条件下三者并无明显相关性，最后认为是因样本空隙率太小水不能进入样 本及样本数量太少等原因。文献 1 l 一1 2 也对沥青混合料抗水损害室内试验方法 进行了研究，但无法得到表征现场混合料使用性能的试验方法及其指标文献 1 3 在使用s u p e r p a v e 方法设计的沥青混合料路面检测中表明，压实良好的路面也 出现渗水严重的现象，而推测可能是因混合料中粗集料较多而细集料偏少引起。 对目前已有的评估沥青路面水损害的试验方法大至可归纳为两类口副： 第一章绪论 7 对松散的沥毒混合料在常温或沸腾温度下浸水一段时间后进行的评价； 试件或提取的路面芯样在水侵蚀前后对某些指标进行客观的评价。 第一类评价方法主要以基于松散沥青混合料试验的水煮法、浸水法、n a t 试验、 示踪盐法、光电比色法等为代表的试验方法。这些试验都主要针对粗集料与沥青 的相互作用，或者说它们的评价对象都是大粒径的松散混合料，其评价指标与成 型的沥青混凝土相关性如何不是很明确，因而在实际路面检测评价中很少应用。 第二类评价主法是以基于成型后沥青混合料的试验方法，主要有浸水马歇尔 试验、洛特曼试验、t u n n i c li f f & r o o t 试验和m o d i f i e dl o t t o m a n 试验、浸水轮 辙试验以及e c s 等方法。这些试验方法都是在实验室内，以冻融循环或水循环等 方式模拟水侵蚀，并借用客观指标的前后变化来表征沥青混合料的水稳定性。此 类方法目前国内较常用的有残留马歇试验与冻融劈裂实验，对于前者采用的评价 指标是残留稳定度，但实践中对碱性石料用此法测得的残留稳定度很少有达不到 规定标准7 5 的，所以一般仅做经验性指标；对于后者一般以劈裂强度比t s r 为 评价指标，目前一般以普通沥青砼 7 5 ，改性沥青砼i 8 0 作为控制指标参数。但 此法不便于在不同空隙率的混合料之间进行比较。以上各类试验方法无法进行确 定性的评价，都存在各自的缺陷，如有资料表明对大量发生水损害的工程进行调 查后发现，水稳性试验结果很好，沥青与矿料的粘附性等级可达4 、5 级，残留稳 定度可达9 0 ，甚至9 8 以上，但水损害现象依然难以避免n 引。这说明现行试验 方法的试验结果与实际效果相关性还是有一定差距的，实际应用中还是要根据具 体环境与条件来选取。 还有一种是改进了的洛特曼试验方法，实际上它是洛特曼试验法与 t u n n i c l i f f & r o o t 试验方法的结合，以这两种试验法为基本框架，把洛特曼试验的 冻融循环和t u n n i c li f f & r o o t 试验的饱水率控制综合在一起来对试件进行分析， 此法有利于保证试验结果的稳定性，与路面实体情况有较好的相关性，其指标t s r 界于7 0 卜8 0 之间为水损坏临界值。 1 2 3 沥青路面水损坏评价指标及相关防治质量控制措施 以下对水损坏与各类指标及各类指标之间的相对关系进行归纳与分析，并就 相关应用特性及防治质量控制措施略作探讨。 空隙率 1 ) 空隙率与水损坏关系分析 空隙率是路面结构的重要参数，对路面性能影响较大，路面空隙率过大是造 成沥青混合料水损坏的根本原因。国外研究资料表明，空隙率和渗透之间并不呈 8 第一章绪论 直线关系。当混合料的空隙率 1 5 时，混合料也很少出现水损害，因为此时从水混合料中可以接近 自由流动，持水时间不长。而空隙率在8 - - 1 5 之间的沥青路面，水分浸入后， 水分会长时间滞留，在有快速交通荷载作用时，空隙中的水分变成有压水形成强 烈冲蚀，沥青从矿料颗粒表面剥离，矿料颗粒之间失去粘结，导致沥青混合料松 散，所以这是极可能出现水损坏的危险范围。 目前，沥青混合料设计中常用的空隙率测定方法( 水中重法、体积法等) 只能 给出混合料中空隙的总含量，无法给出混合料中空隙的尺寸、分布形状等信息。 而实际中我们发现水损坏不仅与混合料空隙率的总含量，而且与混合料中空隙的 大小、分布、连通形式紧密相关。如我们在做现场渗水试验就发现这类情况：一 些空隙连通的路面渗水速度较快，但取回芯样测定其空隙率却并不大，也在4 到 8 之间，而后跟踪调研发现此类地方很快出现松散等水损坏现象。 研究表明，大多数沥青混合料设计空隙率为3 6 被认为是不透水的。施 工完后，只要压实度能达到9 2 ( 最大理论密度) 以上，即空隙率为8 以下， 在通车一段时间( 一般是二年左右) 后，经过车辆压实可以认为达到了设计空隙 率。但如果设计空隙率偏大则有可能导致路面渗水严重，路面在通过车辆压实之 前早以破坏。 2 ) 相关防治质量控制措施 a 压实度不足是早期水损坏的主要原因，在施工中尽量避免过分强调路面平 整度，以防导致使路面碾压不足，空隙率过大。现行的施工技术规范要求沥青混 合料压实后剩余的空隙率为4 一1 0 之间，但一般最好控制在4 到8 之间，大于 8 容易造成水损。 b 控制混合料的粒料及温度离析，因为混合料离析处，其路面空隙率往往过 大。 c 沥青混合料施工时的不均匀性或混合料本身的不均匀( 与材料有关) 将成 为路面局部水损坏产生的导火索。如矿料颗粒组成发生了变化、局部离析、混合 料的摊铺厚度控制不严等，这就要求在拌料和施工过程中严格控制。 渗水系数 1 ) 渗水系数与水损害关系分析 其实沥青混合料的空隙率并不是水损坏的根本原因，其根本原因是沥青混凝 土的透水性。沥青混合料的空隙包括开孔隙和闭孔隙，造成水损坏的原因是渗水， 而真正能够渗水的路径只有开孔隙，闭孔隙一般不会引起渗水的。研究表明，渗 水系数与空隙率有密切关系，如松散脱落程度与空隙率、透水度呈相同增长方向， 第一章绪论 9 越是松教，空隙率越大，透水度越大，渗水越严重。一般8 的空隙率是沥青路面 透水性急剧增长的拐点，当空隙率小于8 时，沥青面层的透水系数非常小；而空 隙率一旦大于8 后，透水系数随着空隙率的增大而急剧增长。但渗水系数与空隙 率又有根本不同，渗水系数更能反映路面的真实情况。实践证明，已建成的高速 公路透水系数急剧变大的拐点值与具体路段的沥青混凝土结构类型、均匀程度有 关，也与空隙率计算过程中密度的取值有关，但一般都在6 一8 之间。密级配混 凝土的空隙率在大于该临界值时，路面的水损坏容易发生d 1 。 2 ) 相关防治质量控制措施 因渗水系数与空隙率的关系，一般来讲，控制好空隙率也就解决了渗水问题。 但这里还要着重提出来的是沥青路面的空隙率与渗水系数是两个不同的概念，空 隙率反映了混合料内部的各种空隙，即有开孔隙又有闭孔隙，而只有开孔隙才可 能渗水。在实际中我们也发现尽管空隙率差不多，但渗水情况却明显有差别，这 一点我们可以在压实作业中采用压路机搓揉压实来减少开孔隙，使开孔隙转变为 闭孔隙，收效良好。对于渗水系数规范要求是普通沥青混凝土试件应小于 1 2 0 m m i n ，s m a 路面小于8 0 m l m i n ，在实际中我们要尽量按偏小要求，尤其是多 雨潮湿地区u 刷。 混合料粘附性与水稳性 1 ) 粘附性( 水稳性) 与水损坏关系分析 沥青与集料的粘附性和沥青结合料在集料表面裹敷的沥青膜的厚度，直接影 响到沥青混合料的抗水损坏能力。目前沥青混合料中集料与沥青粘附性的试验方 法有水煮法、水浸法和动力水浸法等。这些方法是将沥青混合料或裹覆沥青的规 格颗粒放入水中并按要求加热一段时间后，取出观察集料颗粒表面沥青膜的存留 量，用此评价沥青与集料的粘附力。这些试验方法简单，但试验结果受人为因素 影响较大。而沥青与集料的粘附性是影响混合料抗水损坏最本质的性能体现，如 何完善此评价方法是亟待解决的问题。 沥青混合料的水稳定性是沥青与集料粘附性的直接表现，对混合料的水稳定 性能的测试一种方法是采用马歇尔残留稳定度，以沥青混合料浸水后强度损失来 评价其水稳定性，残余稳定度标准取8 5 一7 0 不等，要求偏低，一般情况下很少有 达不到的。另一种方法是真空饱水与冻融劈裂实验( 从s h t ot2 8 3 ) ，此法利用 空隙率为7 的试件来进行试验，模拟刚施工好的路面空隙率，较科学合理，真空 饱水条件较严格，加上冻融循环，适合作为南方多雨和有冰冻地区抗水损坏的控 制指标。实际它是改进了的洛特曼试验方法，是洛特曼试验法与t u n n i c l i f f & r o o t 试验方法的有机结合，以这两种试验法为基本框架，把洛特曼试验的冻融循环和 t u n n i c li f f & r o o t 试验的饱水率控制综合在一起来对试件进行分析，有利于保证试 1 0 第一章绪论 验结果的稳定性，与路面实际情况有更好的相关性，其指标t s r 界于7 0 9 卜- 8 0 9 6 之 间为水损坏临界值。 2 ) 相关防治质量控制措施 粘附性的双方沥青与集料都对粘附性影响很大，所以我们要注重两者对 粘附性的共同作用，同时考虑一些效果显著、经济性较好的措施来加强两者间的 粘附性，提高其水稳定性能。 沥青作为沥青混凝土的结合料，对路面的质量起着关键的作用，对沥青的选 择除按规范要求还应考虑实际情况，适当的调整，般沥青的针入度越大，沥青 粘度越小，与集料的粘附性也越差。因此，在兼顾其他性能的基础上，适当考虑 在中面层和下面层中适当采用针入度小的沥青来增强其抗水损坏能力。 除重视沥青材料质量外，对占混合料质量9 0 以上的集料的更要重视。相对于 与沥青的粘结而言，石料更亲水，因此沥青混合料用集料不仅要有良好的表面形 状和一定的强度，对其干燥、洁净状况的要求也不可忽视。在沥青混合料拌和前， 一定要确保石料的干燥，否则预先附着水膜会严重影响石料与沥青材料的裹敷， 从而大大削弱了集料的粘附力。另外对集料中泥土含量也有相应的规定，对高速 公路与一级公路，粒径0 0 7 5 m m 以下泥土含量均不得大于1 ，因为裹敷在集料表 面的大量粉尘将会影响沥青与集料的裹敷质量，造成粘附性不足，同时过多的粉 尘将会粘附大量的沥青，导致石料的沥青膜厚度降低，沥青混合料贫油，混合料 的性能下降，为后期沥青与集料的剥落留下了隐患。很多研究指出回收粉( 回收 粉中所含的物质以软弱颗粒和泥土为主) 的使用将大大降低沥青混合料的水稳定 性，也会增大沥青路面发生早期水损害。 所以我们在石料选择时除采用就地取材的原则外，尽可能采用与沥青粘附性 好的集料，优化混合料设计，全面系统的选择合适的筑路材料。重视原材料质量， 防“粉尘，尽量少用回收粉，同时加强对施工质量的各环节的控制，保证好的材 料发挥它应有的作用。这些是提高沥青混合料的水稳定性是最根本的方法。另外 推广掺加熟石灰( 可提高粘附性) 或采用具有长期使用效果的抗剥落剂材料，以 改善沥青与集料的粘附性，减轻剥落现象，提高沥青混凝土的水稳定性和耐久性。 当然健全的排水系统、合理的施工控制技术措施也不可少。 混合料级配、油石比及构造深度 之所以把这三种指标做为一组标指来分析，是因为这三者存在的紧密关系。 1 ) 混合料级配设计 沥青混合料的配合比设计是确保沥青混合料自身具有良好的抗水损坏能力的 重要因素，一方面它决定着混合料的设计空隙率与表面构造深度，另一方面它对 混合料油石比也有较大影响，所以沥青混合料的配合比设计是整个工艺过程最重 第一章绪论 要的一个环节。为了防止水损坏，沥青路面的残留空隙率应不大于8 ，尤其是空 隙率偏大的沥青混合料不适用于多雨潮湿地区路面使用。但对于密级配沥青混凝 土残留空隙率小于3 也是不利的，因为沥青混凝土空隙率过小会产生车