沥青路面水损害的研究(一)

1、沥青路面水损害的研究 一 1、概述沥青路面的破坏形式主要表现为车辙、低温开裂和疲劳开裂，从 60 年代以来，几乎大多数 与沥青路面研究有关的课题也集中在这三大破坏形式上。 近年来， 另外两种破坏形式 水 损害和反射裂缝也逐渐引起人们的注意， 也已形成世界性范围的问题。 我国在这方面的研究 还很少， 还没有引起人们足够的重视。 直至最近， 一些高等级公路发生了较为严重的水损害 问题，也到了重视水损害问题的时候了。沪宁高速公路自 1996 年 9 月通车， 1998 年有些路段出现了泛油现象，开始时颜色较浅，并 拌有轻微沉陷。 随着时间的推移，特别是长期下雨后，路面的颜色愈来愈黑，并出现轮迹处 路

2、面向两边推挤而隆起， 轮迹处继续沉陷，再开展，靠近轮迹的隆起局部破损，很快就出现 松散、坑洞。松散的集料外表光溜溜的，沥青膜已剥落贻尽。这是典型水损害现象。 通常水损害产生的原因有以下几种： 路面排水系统不健全；路面压实度缺乏；路面离析；其它：集料外表粉尘太多。沪宁高速公路江苏段沥青路面上面层级配采用AC-16B型，其级配比部颁标准中 AC-16I型粗，上面层空隙率大， 易渗水。 而原路面没有设计排水结构层， 只是希望在上面层和中面层之间 排水，同时在路肩上设置了碎石盲沟，通过碎石盲沟将上、中面层间的水排出。事实上，由 上面层渗入的水，无法从碎石盲沟排出， 而长期滞留在路面中 天晴后数日，仍可

3、看到在车 轮的作用下，从路面缝中冒出水或通过中、下面层空隙以及裂缝渗到中、下面层。在车轮 荷载作用下，局部路面水变成有压水，特别在夏季，温水加剧了集料上沥青膜的剥离，造成路面松散脱落。压实度缺乏是早期水损害最普遍的原因。研究说明，热拌沥青混合料4%5%的空隙率就认为是不透水的，也就是说与水损害无关。大多数沥青混合料设计空隙率为3%5%,当施工完毕，大多数要求到达 92%的最大理论密度，也就是说，空隙率为 8%， 23年后，可以认 为是到达了设计空隙率。路面没有压好,空隙率高于 8%,就易渗水,就会引起路面松散。 研究说明：空隙率在 8%12%之间的路面是水损害最容易发生的区域,小于8%水不容易

4、进去,而大于 12%水很容易流走,但必须要设置排水的结构层。沪宁路路面压实度按马歇尔密度控制, 所检验的假设干试验段的数据如表 1 所示。 从这些数据 可看出,压实度普遍缺乏,这是由于马歇尔密度控制路面压实度所造成的。两种压实度标准合格率比拟表表 1马歇尔密度96%最大理论密度92%马歇尔密度97%最大理论密度93%常州段上面层 1003300 苏州 A 标一上面层 1001004343 苏州 A 标二上面层 80805050 苏州A标三上面层100804020南京G标下面层南京G标中面层镇江F标上面层83501717镇江F标下面层100949444从表 1 中可以看出, 常州段路面压实度尽管

5、均满足交通部标准 96%,无一不合格, 但如果用 最大理论密度 92%去衡量,有 67%的密度不合格；假设要用93%的最大理论密度去衡量,那么100%不合格。表1中苏州A标第三试铺段也说明，96%的马歇尔密度无一不合格； 假设用92%的最大理论密 度作标准, 仍有 20%的路段密度不合格； 如用 93%的最大理论密度作标准, 那么有 80%的路段 不合格。除了上述原因外，我们在 “沪宁高速公路沥青和沥青混合料路用性能评估课题研究中发现，沪宁路沥青混合料的水敏感性指标，虽完全满足我国沥青路面施工标准JTJ032 的关于水损害技术指标，但满足不了美国 Superpave 标准的要求，仍不能防止水损

6、害的破坏。现将研究 的主要内容介绍给大家，希望能引起注意。2、我国现行标准 关于沥青混合料水损害的技术指标我国沥青混合料技术指标缺乏以防止水损害， 沪宁路在施 工时，严格按照交通部行业标准?公路沥青路面施工技术标准?JTJ032执行，即：1按水煮法试验所有的集料与沥青的粘附性都大于4 级； 2按马歇尔试验所有的沥青混合料残留稳定度均大于80%.为什么都满足了交通部技术标准， 仍发生了水损害， 除了上面论述的一些原因之外， 还有一 个原因是标准本身的关于粘附性指标以及混合料残留马歇尔稳定度的指标，与路面水损害并没有建立起很好的关系。对于集料与沥青的粘附性指标来说，这个指标存在着三个致命的缺陷：

7、1 是否有不同粘附性等级与路面水损害关系的长期性能观测资料，这些资料是否已说明 粘附性大于等于 4 级就不会产生水损害，事实上这种关系没有建立。 2 粘附性等级用水煮法试验评价，水煮法试验结果受人为主观因素影响太大，省高速公 路指挥部曾请两家较为权威的单位测试玄武岩， 结果是一个 3 级，一个 5 级，充分说明这种 试验结果作为标准技术指标是不科学的。3水煮法只使用了 9.513.2的粗集料，事实上，局部细集料为砂，与沥青粘附性较差， 但并没有评价。美国材料与试验协会 ASTMD3625-96水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准实践是一个值得推荐的方法， ASTMD3625-91 名称为 “水

8、煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准试验方 法，而 ASTMD3625-96 那么改成 “水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准实践 。这里有重 要差异，试验方法是对一种材料、一个产品、 一个体系或一种效劳的一个或多个性质、 特征 确实认、测量与评价，会产生试验结果。而实践就不同了，它是对一种操作、一种功能给出 一种明确的方法， 并不产生试验结果。 从标准试验方法改变成标准实践， 对水煮法的作用也 更明确了，它不产生定量试验结果，ASTMD3625-91水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准试验方法 ，将裹复程度与标准剥落率相比拟分为0-10010等，业主们有的将 95、有的将 90作为接收标准，新

9、版方法已去掉这些表达。因而也不能作为拒绝或接收混合料的 标准。美国ASTMD3625-95水煮法用厂拌混合料，进行煮沸用于现场肉眼判断两种集料与沥青的粘 附性。D3625-95并不是一种试验方法， 而是一种标准实践，它本身并不产生试验结果，D3625明确说明，水煮法与路面现场水损害的关系尚未建立。再拿沥青混合料残留浸水马歇尔稳定度技术指标来说，也存在着致命的弱点。75 次马歇尔击实仪双面击实， 试件空隙率已到达设计空隙率为 3% 5%，水很难浸入， 也更 难浸入沥青膜与集料之间， 没有足够的水， 谈何水损害？如果要用残留马歇尔稳定度技术指 标，也得让空隙率接近现场空隙率，也就是说试件空隙率应在

10、6% 8%之间。最近，在公路沥青路面设计标准 JTJ014-97中已增加了使用简化的洛特曼试验方法作为 沥青混合料水稳定性指标。水损害主要是发生在我国南方多雨潮湿地区，而气温低于-21.5 C的北方，降雨量较少，水损害不应是一个严重问题， 倒是南方多雨潮湿地区再加上冰冻的地区， 十分需要一个更能反 映混合料水损害特性的技术指标，这个指标就是用AASHTOT283试验的结果一一间接抗拉强度比来表征。3、美国Superpave关于水损害的技术指标美国公路战略研究方案 SHRP沥青课题的主要研究成果Superpave，产生了一个胶结料标准、一个混合料设计方法和沥青混合料性能评估。Superpave混

11、合料设计方法中关于沥青混合料水敏感性评价，应用于AASHTOT283压实沥青混合料水损害试验方法 ，并要求间接抗拉强度比TSR > 80唏为沥青混合料水敏感性评 价指标。事实上Superpave的指标不是新东西，它完全挪用了美国在八十年代进行的全国公路联合攻 关工程NCHRP的研究成果，虽然 AASHTOT283不是一个十全十美的方法，但在九十年代 初期已是全美国普遍接受的试验方法。初期TSR各州标准不一，有的州要求TS禺70%有的州 TSR> 80% 目前 Superpave 统一标准为 TSR> 80%.下面将AASTHOT283的试验方法简述如下：用SGC旋转压实仪成型

12、6个试件，试件的孔隙率 控制在 7±1之内。6 个试件按空隙率大致相等分成二组，每组三个，其中一组采用非条件试验，另一组采用条件试验。非条件试验是将试件放在塑料袋里封好，放入25 C水浴中至少2h后进行试验。条件试验是先将试件放在水中加真空254660mmHg 510min ,然后让试件在常压下使试件饱水率到达55 %80 %，在-18 ± 2C条件下冷冻处理16h后，放在60±1 C的水浴中24h,最后再放入 25C水浴中2h后进行试验。所有试件均采用 50mm/min的加荷速率测定间接抗拉强度。当两组试件的劈裂强度比v80%时，便认为沥青混合料水敏感性不合格，那么应添加抗剥落剂并重新进行上述试验，直至TS禺80%寸为止。采用AASHTOT283方法进行制件与试验，试验结果如表2所示。沪宁路沥青混合料抗水剥落试验结果计算表表 2 结果集 料 间 接 抗 拉 强 度 平 均 值 标 准 差 偏 差 系 数 TSR 比 东 阳 11.25001.35471.17361.25940.07425.988.821.51501.39291.34921.41900.07024.9金 坛10.52790.51590.63150.55840