SMA路面泛油原因分析.doc

SMA路面泛油原因分析许银行1,刘国伟2,李永飞1(1.长安大学,陕西 西安 710054;2.山西省交通科学研究院,山西 太原 030006) 摘要:近年来,SMA路面在我国得到了广泛的试验与应用,取得了令人满意的效果。但是也出现了一些早期病害。阐述了SMA路面的泛油现象,同时从设计参数的选择、材料的要求、施工、行车荷载以及环境诸方面对其进行了分析,找出了SMA路面泛油存在的真正原因。关键词:公路;工程;SMA;路面;泛油中图分类号:U418.65 文献标识码:B 文章编号:1006-3528(2005)01-0032-02 SMA是由沥青玛蹄脂填充碎石骨架组成的骨架嵌挤型密实结构混合料,接近于我国的沥青碎石混合料的空隙中用丰富的沥青玛蹄脂填充的情况。它以其优良的抗车辙性能和抗滑性能闻名于世。同时在平整度,降低噪声、表面耐久性和能见度(减少车辆灯光反射、减少水雾)等方面都有不俗的表现。由于其优良的使用性能,在我国的高速公路、城市道路、桥面铺装、机场跑道都得到了广泛的应用。但在我国铺筑的试验路或实体工程既有成功的经验,也有失败的教训。由于种种原因,很多地方都出现了泛油的早期破坏,本文就SMA沥青路面的泛油现象和原因进行详细的阐述与分析,以期能给SMA沥青路面在今后的应用中提供帮助。1 泛油现象及其机理通常情况下,在泛油路段路表油亮光滑,车辆易打滑。泛油现象的产生有以下两种情况:a)沥青用量超标。过量的沥青或玛蹄脂受高温膨胀充满沥青混合料空隙后溢出到路表。b)沥青不超标。泛油只发生在轮迹带上,它由点状油斑由小到大发展直至各块油斑逐渐连通成片。在高温季节,新铺SMA路面在大量行车,特别是重型货车作用下进一步压密,而导致SMA内部的自由沥青向上移动,产生泛油现象。2 泛油原因综合分析2.1 盲目套用国外规范4,5a)盲目照搬国外要求的最小油石比。在我国引入SMA路面初期,由于对其缺乏必要的经验与资料,造成照搬国外规范的现象比较普遍。因此,许多工程即使在做配合比设计时确定的油石比较低,但在施工时唯恐沥青用量少,不敢贸然使用,纷纷将油石比调整到最小油石比以上,导致油石比偏高,为泛油留下祸根。沈大高速公路的SMA试验段泛油原因就在于此。b)低的空隙率也是造成路面泛油的原因之一。2002年发布的公路沥青玛蹄脂碎石路面技术指南将空隙率定为3%4%,且注释为:对高温稳定性要求较高的重交通路段或炎热地区,设计空隙率取高值,且允许放宽到4.5%。但是德国规定空隙率为2%4%,有些地方就盲目照搬,或者是因为受到以前所修建的沥青路面水损坏严重的影响,人为地降低空隙率,以期达到不渗水,降低水损坏。而施工之后的通车会使SMA路面再次压密致使空隙率进一步减小,从而使沥青更易挤出造成路面的油斑和泛油。c)击实功不够也会造成路面使用中的泛油。指南中依然采用马歇尔试验方法设计沥青混合料,室内试验两面各击实50次,对于集料坚硬不易击碎,通行重载交通的路段,也可将击实次数增加为双面75次。选定室内击实次数的目的是使室内产生的密度等于野外行车荷载作用下最终达到的密度。如果室内所产生的密度小于使用过程中所达到的最终密度,所选定的沥青量就会偏多。现在已有野外研究表明,两面击打50次不会产生路上达到的最终密度,势必造成油量偏大,加剧泛油。当初选定50次是为了防止石子被击碎,但SMA所要求的就是质地坚硬的石子。2.2 材料不能满足要求4SMA被称为“三多一少”,即高含量粗集料、高含量矿粉、较大沥青用量、低含量中间粒径颗粒。三多的使用不当都有可能造成路面泛油的发生。a)从SMA成型机理可知,它的高性能来自于含量甚多的粗集料之间的嵌挤作用,特别是其高温稳定性。而我国石料生产落后,与国外先进国家的水平至少有几十年差距,它在一定程度上已经成为我国路面发展的软肋。对于SMA路面,粗集料的外观形状应是或接近立方体,同时要求石料质地坚硬致密,针片状含量少,表面粗糙(这点绝对不能忽视)洁净,因此石灰岩就不适宜做SMA路面的骨料。如果针片状含量过多,高温时在车辆荷载的作用下,针片状碎石滑动,自由沥青被挤出。b)矿粉在SMA中至关重要,沥青只有吸附在矿粉的表面形成薄膜,才能对其他粗细集料产生黏附作用,所以沥青矿粉混合料才是真正的沥青结合料。而SMA特点之一是沥青用量多,但是沥青混合料内部的自由沥青不能多,都应该成为结构沥青,才能真正发挥沥青的作用。因此,如果矿粉不足以与较多的沥青相匹配,导致沥青膜太厚,将使游离的自由沥青太多,成为集料产生相对位移的润滑剂。尤其在夏季高温季节,多余的自由沥青将会引起泛油。c)我国长期习惯于表面处治和贯入式的喷洒施工工艺,要求沥青越稀越好,这导致我国的沥青使用普遍偏稀。而SMA路面的沥青用量多,如果黏度小了,将导致自由沥青偏多,这样就可能引起泛油。因此,我们推荐SMA使用的沥青比普通使用的沥青黏度要更高一些,针入度要小一个等级。当然最好使用高黏度的改性沥青或广域沥青。2.3 施工设备的不当使用a)纤维添加不均。由于SMA里添加了纤维,纤维的作用之一就是把较多的沥青矿粉均匀地分散,如果达不到理想的效果,表面将看到“油斑”。现在较为常用的是风送式的纤维送料机,它对解决纤维均匀分散起到了很好的作用。b)运输及摊铺过程中造成的离析。混合料的离析使某些小面积上较细混合料增多,而较细混合料的沥青含量较高,从而导致泛油。c)过度碾压。由于SMA混合料结构特点,导致SMA特别容易出现过度碾压的毛病,除了可能压碎碎石外,还会使玛蹄脂上浮,构造深度减小,路面泛油。d)开放交通过早。当SMA路面铺筑、碾压完成后,由于其温度尚高,路面处于软弱状态,此时开放交通,面层在高速或重载车的冲击下,极易变形破坏,同时伴随着早期的泛油现象。e)施工控制不严和管理不善、拌和设备加料不准和路面养护不及时等人为因素也会为路面泛油埋下祸根。2.4 行车荷载及环境因素的作用沥青从沥青混凝土的内部和下部向上移动,使表面有过多的沥青,这是泛油的最基本现象。特别是在高温季节,新铺的沥青混凝土面层在大量行车,特别是在重型货车作用下进一步密实,更易导致沥青上移。高温季节的雨水侵入混凝土的内部,如果沥青与矿料的黏结力不足,沥青会从集料表面剥落,自由沥青增多,产生更严重的泛油现象。车辆在高速行驶时,主要有以下两种方式增加路面的泛油现象:a)车辆轮胎的泵吸作用。车辆在路面上高速行驶时,轮胎前部踏面的间隙突然改变,在轮胎与路面接触区的后部产生空气吸入作用(空气泵吸),如果是在高温季节,车辆高速行驶,所产生泵吸力足以将空隙内的自由沥青吸出,且泵吸力随车速的增加而增长。b)动水压力。SMA路面尽管说“基本不透水”,但它并不是绝对不透水。因此,从表面层下去的水会在车辆动荷的作用下,致使沥青与矿料剥落。更严重的是:雨天的路表被一层水膜覆盖,当车辆在水膜覆盖的路面行驶时,轮胎与路面之间的水不断被高速运转的轮胎挤压,产生了动水压力。动水压力随车速的增加呈几何级数增长,此压力最终使水贯穿面层后积聚在混合料内部。据研究,8%的空隙率是沥青路面动水压力急剧增长的拐点,SMA路面的空隙率一般低于此值,即使是在路面初建的时候。但是在离析位置的空隙率会大于8%。在行车荷载的揉搓下,积聚在混合料内部的水使沥青逐渐剥落,又在动水挤压和泵吸力的作用下上泛,形成油斑并逐渐扩大,甚至大面积泛油。3 结论通过分析找出了SMA路面泛油的真正原因,当然泛油并不是某一种因素作用的结果,而是若干因素综合作用的结果。(下转第36页)332005年第1期许银行,等:SMA路面泛油原因分析图1)。改建后,把长安大学门前的人行道封(见图2)。如果用早期的判断方法来判断其中的数值如干道网密度、非直线系数、可达性系数都没变,但是道路通行能力却发生了很大变化。若用本文的推荐方法可以弥补其中不足之处,并且也充分体现了交通管制对道路通行能力的影响。从而完善了早期判断方法的不足之处。图1 改建前图2 改建后4 结束语本文从城市规划的视角,讨论了城市路网与交通适应性分析方法。但由于作者水平和归纳总结能力有限,归纳前期工作存在的技术问题可能不够全面,还请读者斧正,然而粗成此文旨在抛砖引玉。TheDiscussiononCityRoadNetworkandTrafficAdaptabilityAnalysisMethodsLIHai-xi,WANGLi-zhi(ShanxiProvincialDesignInstituteofCommunications,Taiyuan,Shanxi 030012,China)Abstract:Basedontheanalysisoftrafficinfluenceandroadtrafficcapacity,thepaperproposedtheimprovementofcityroadnetworkquantitativeanalysisandtrafficadaptabilityanalysismethodssoastoserveforcityplanning.Keywords:trunkroadnetwork;density;city;roadnetwrok;adaptability;analysis(上接第33页)参考文献:1 沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及防治M.北京:人民交通出版社,2001.2 孙家驷,高建平.道路设计资料集4:路面设计M.北京:人民交通出版社,2003.3 孙立军.沥青路面结构行为理论M.上海:同济大学出版社,2003.4 沈金安,李福普.SMA路面设计与铺筑M.北京:人民交通出版社,2003.5 吕伟民.SMA路面的泛油及其空隙率J.石油沥青,2001,15(2):22-24.6 刘地成,刘云全.SMA路面泛油的探讨J.东北公路,2000,23(1):37-41.TheAnalysisofSMAPavementBleedingCausesXUYin-hang1,LiuGuo-wei2,LiYong-fei11.ChanganUniversity,Xian,Shaanxi 710054,China;2.ShanxiProvincialResearchInstituteofCommunications,Taiyuan,Shanxi 030006,China)Abstract:Recently,someinitialfailuresoccurredontheSMA(StoneMasticAsphalt)pavement,alongwithitstrialandapplicationextensively.ThispaperbringsforwardthebleedingphenomenonofSMApavement.Andalsoanalyzesthefacto