解决沥青路面水损害早期损坏的技术途径

..一、简介1980年代至今，我国公路基础设施建设取得了快速发展，其标志是公路里程的增加，不仅体现在公路设计上，也体现在建设上。为我国国民经济发展作出了突出贡献。沥青混凝土路面在全国高速公路建设中占比较大，而沥青混凝土路面具有其他路面无法比拟的优势。例如，由于沥青路面是柔性路面，具有良好的减震效果、良好的驾驶舒适性和低噪音；柔性路面对路基不均匀沉降的适应性强；平整度好；维修方便等优良性能。随着我国经济的不断发展，高速公路的主通道作用日益凸显。但是，随着车流量的不断增加，很多沥青混凝土路面都出现了一定的早期破坏，尤其是水害比较严重。早期破坏的原因十分复杂，可归纳为沥青混合料孔隙率过大、路面渗水、排水设施建设不完善、压实不足、沥青混合料抗水破坏能力不足、厚度薄等。本文通过总结施工经验，对公路沥青路面早期水害的防治方法进行了详细的探讨。2高速公路沥青性能及路面破坏机理沥青路面应具有坚固、光滑、防滑、耐用的特性。同时还应具有抗高温车辙、抗低温开裂、抗水害、防止雨水渗入基层等功能。这就要求沥青具有高温稳定性、低温抗裂性、耐久性、防滑性、抗渗性等性能。下面简要介绍受这些因素影响的沥青路面的破坏原理。2.1沥青路面温度开裂损伤机理温度越低，沥青对混合料性能的影响越大。沥青是一种温度敏感的粘弹性材料。在正常使用条件下，沥青可以松弛路面因温度变化而产生的应力。在低温下，所有沥青不再具有粘性流动并且是纯弹性的。沥青硬度最大的温度随沥青等级、油源、年龄和应变率而变化。在考虑温度开裂时，应变率与路面的温度变化率有关，因此当沥青遭受低温和温度突变的危险组合时，温度变化引起的应变可以通过粘性缓和流动。当产生的应力超过沥青的抗拉强度时，沥青路面会开裂。对于同等级的沥青，感温性能越强，低温开裂的可能性就越大。2.2沥青路面疲劳开裂损伤机理疲劳是由沥青混凝土路面的反复加载引起的。原因是：施加的载荷超过结构设计标准；实际车流量超过设计车流量；降低每个结构层的承载力；环境因素造成的额外压力。2.3车辙对沥青路面的破坏机理车辙是路面结构各层永久变形的总和，由材料固结或塑性流动引起，在高温季节更为严重。沥青性能对车辙的影响低于沥青混合料和施工质量。在一定温度下，增加沥青混凝土的刚度会增加路面的抗车辙性能，增加沥青的粘度也会提高沥青混合料的抗车辙性能。同样，如果使用的粘合剂内容混合物在受压后有更大的弹性恢复，它也将提高其抗车辙性能。沥青的物理性质对路面车辙有一定的影响。在给定的温度和加载速率下，高粘度沥青会产生坚硬的沥青混合物，而较高的刚度会导致较高的车辙阻力。2.4沥青路面水害破坏机理在潮湿条件下，沥青和骨料之间的结合力会减弱或损坏，而这种损坏会因道路荷载和水分的共同作用而显着加剧。水渍会导致沥青路面出现车辙、剥落、油污和局部结构损坏。高粘度沥青比低粘度沥青受水的影响更小，任何改善混合料压实前沥青和骨料表面湿润状态的措施都会提高混合料的抗水破坏性。2.5沥青老化对沥青路面的破坏机理路面中沥青的老化可以通过路面的外观来判断，如干燥、颜色深，并常伴有表面矿物剥落。在大多数情况下，粘合剂的老化会导致粘度和脆性增加。高孔隙率沥青混合料加速沥青的氧化老化，而在密级配混合料中，老化主要发生在路面。三、高速公路早期损坏的类型近年来，我国高速公路建设速度非常快。到1999年底，高速公路通车里程超过1万公里。有些部分的质量很好，但有些高速公路在建成通车后的几个月或2-3年内就需要进行大规模的维修。.我国比较常见的公路路基和路面早期损伤可以归纳为以下六大常见问题：沥青面层早期破坏：车辙、油淹、松散、坑洼、水渍破坏；水泥混凝土路面碎板、拐角、接缝跳动；桥面铺装部分损坏；结构连接不顺畅，桥头、接缝跳动；路基沉降，如软土路段、高填路堤、半填半挖路段的沉降和开裂；3.1高边坡崩塌。这些损失在很大程度上是由于施工管理混乱，没有严格遵守规定造成的。但也有其他的原因，比如：法规本身的原因，设计的原因，汽车严重超载，而且通常发生在雨季，基本上和水有关，道路损坏断面经常存在压实不足和排水不畅的问题。本文仅对沥青路面水害早期破坏的技术原因进行分析，并对防治方法提出一些肤浅的看法，以期引起反思。4公路沥青路面水害早期破坏特征现在普遍担心公路沥青路面早期破损严重，尤其是近年来，部分沥青路面出现大面积水害，雨季来临之际，更是令人担忧。这些损害具有以下特点：水害和破坏发生在雨季，也可能是冰雪融化的季节。有时一场大雨会对大面积的路面造成严重破坏；行车线破损严重，超车道一般没有破损，明显与重型车辆、超载有关；破坏之初，一般有小块网裂、白浆（挤浆），然后松散成坑；发生水害的地方一般是渗水比较严重、排水通畅的部位。如果你挖掘，你可以看到下面有死水或浮浆；一般不会同时损坏整条道路，这显然与沥青混合料不均匀有关，其中一些不平整。严重的断面可能同时发生油淹和水害。5、公路沥青路面水害早期破坏原因分析及预防措施调查表明，沥青路面早期损坏的原因十分复杂，可归因于沥青混合料孔隙率过大、路面渗水、排水设施不完善、压实度不足、抗力不足等。对沥青混合料和沥青表层的水损害。厚度薄等5.1关于表层的孔隙率和级配仔细选择表层矿石的级配非常重要，最重要的指标是混合料的设计孔隙率和路面的实际孔隙率。据研究，当沥青路面的孔隙率小于8%时（相当于压实度为96%时的设计孔隙率4%），沥青层中的水在荷载作用下一般不会产生动压，并且不容易造成水害。破坏。当排水混合料的路面孔隙率大于15%时，一般采用改性沥青，水可以在缝隙中自由流动，不易造成水害。当路面实际孔隙率在8%-15%范围内时，水很容易进入混合料部分，在荷载作用下，很容易产生很大的毛管压力变成动力水，造成水害到沥青混合料。回顾我国早期建设的京津唐高速公路，采用的是欧美、日本等多个国家常用的I型密实沥青混凝土。路面渗水少，未发生水害。但结构深度较小，担心不利于防滑。后来根据相关研究结果，将结构深度作为抗滑性能的主要指标，将摩擦系数与不小于0.55mm的要求并列。竣工后第一个夏天测，交货验收时结构深度要求进一步提高，一般达到0.7-1.0mm以上，导致面层不得不改为AK型“防-滑面层”渐变，逐渐从AK-13变成AK-16。随着结构深度的增加，空隙率也随之增加。设计空隙率常在6%以上，路面空隙率一般在10%以上，成为渗水严重的半开放结构。虽然后来对级配进行了各种调整，但一些间歇级配的混合物在理论上有很多优点，但施工难度大，而且对级配和油石比的波动比较敏感，容易造成不均匀的混合物。结果路面要么是油性的，要么是透水的，实际效果并不理想。国外一般是在路面摩擦系数下降到一定限度后才加防滑耐磨层，很少有新路面有这么厚的耐磨层。为了解决空隙率与结构深度之间的矛盾，提高耐久性，使路面具有更好的表面功能，理想的是同时使用沥青胶凝集料（SMA）和改性沥青。水损坏会很好地工作。但SMA势必会增加相当大的成本。除了少数重要项目和交通量特别大的项目外，短期内不太可能成为普遍采用的结构。为此，应重点抓好普通密级配沥青混合料的矿物级配。仔细对比现行法规的地表水平分布，充分参考美国Superpave的研究成果，是目前很多项目采用的技术手段。Superpave方法推荐的表层矿物级配如表1所示，分别命名为AC-13K和AC-16K。绘制的矿物级配曲线如图1和图2所示。建议的级配呈扁平S形，具有5个特征：表1建议表层矿物材料级配与现行标准级配比较沥青下列筛孔的百分比/%(mm)191613.29.54.752.361.180.60.30.150.075AC-13I型AC-13IIAK-13A型AK-13B型推荐AC-13K10010010010010095-10090-10090-10085-10095-10070-8860-8060-8050-7062-7648-6834-5230-5318-404-5536-5322-3820-4010-3028-4024-4114-2815-308-2215-2518-308-2010-235-1510-1912-225-147-183-127-158-103-105-103-96-124-82-64-82-64-8AC-16IAC-16IIAK-16AAK-16B推荐AC-16KAK-16C10010010010010010095-10090-10090-10090-10095-10093-10075-9065-8570-9060-8270-8476-8658-7850-7050-7045-7058-7261-7342-6330-9030-5025-4540-5440-5032-5018-3522-3715-3527-3728-3622-3712-2616-2810-2516-2418-2616-287-1912-238-1810-1513-1911-214-148-186-137-1410-167-153-96-134-106-127-124-82-54-93-74-84-84.75mm以上接近Superpave的最大密度线，与原I型基本相似；0.3mm-2.36mm位于Superpave禁区下方，Superpave内容但不建议在禁区上方混合级配；Superpave控制区通过率2.36mm；由于生产水平的提高，分级圆周比现行规定更窄，粗骨料主筛孔通过率由20%降低到14%。在考虑不同的最大粒径时，图中绘制了两条最大密度线以供参考。美国AC-13最大粒径为19mm，欧洲AC-16最大粒径为22.4mm。让16mm和19mm为最大粒径。但需要注意的是，由于这个推荐的分级并没有在实践中得到验证，所以应该谨慎使用。确定评分圈的标准是一项严肃的工作。不宜随意设置渐变，在工程中大面积使用。建议想尝试项目的人先建一条测试路，确认是否可行。同时，将作为防滑面层的马歇尔设计指标改为标准I型标准，压实75次，空隙率控制在4%左右。该省实际上已经采用了这种做法，表1列出了该省建议的AK-C型分级，与建议的AC-16K非常相似。在修改表层配置时，结构的深度与现行规定肯定会出现矛盾。建议在调整高速公路沥青面层防滑指标、铺装后行驶时，重点保证面层骨料的抛光值。以过程中的摩擦系数作为综合指标，就足够了。对结构深度的要求应适中。过大的结构深度将不可避免地增加空隙率并牺牲耐用性。高速公路与一般高速公路的交通事故特点有显着差异。高速公路上的交通事故大多发生在恶劣的天气条件下，如冰雾和疲劳驾驶、爆胎等，是雨天常见的湿滑事故。高速行驶的水漂主要是车辙堆积造成的，沥青路面的初始压实很快就会引起超过结构深度的变形。结构深度主要对水雾和水膜的厚度有显着影响，结构深度应以路面不被水破坏为宜。过高的结构深度要求可能会影响路面的压实度。5.2加强压实，降低孔隙率一些单位对压实的重要性认识不足，压实不足是比较突出的问题。例如：(1)对平整度的追求和对结构深度的关注会影响压实。压实度的测量数据尽可能是合格的，但真实性值得怀疑。部分工程未按规定要求的方法测量压实度（标准密度值不合适），或随意调整标准密度；由于功利思想和相互比较的影响，提出了一些不切实际的平整度要求和奖惩措施，导致片面追求平整度，放松压实控制。这些工程的共同点是通车后平整度衰减迅速，表层压实变形明显。一些工程单位担心振动压路机的滚动会影响平整度和结构深度，轮胎压路机吨位太轻。应该清楚，平整度很重要，但压实更重要，必须在保证压实的前提下提高平整度。(2)现行法规对压实度的要求存在缺陷。例如，在美国，要求满足三个或一个压实度标准：a)96%的实验室马歇尔密度；b)92%的实际测量的相对密度%；c)99%的试验道路钻孔密度。事实上，前两个标准可以相互转换。如果最大密度DmaxMarshall试件密度Dms,以小数表示的空隙率Vdesign=1-Dms/Dmax,如果钻孔试件的实测密度是D岩心样品的实测密度,则有以下关系K1=D核心样本测量值/Dms或K2=D核心样本测量值/Dmax=K1×（1-V设计）或K1=K2/（1-V设计），其中关键是混合料设计空隙率V。K1=96%，K2=92%两个标准等效条件为Vdesign=4.17%。表2比较了这两个标准。控制压实度的不同方法对比表2设计空隙率(%)马歇尔密度控制钾1(%)大多数密度标准控制K2(%)道路的实际空隙率(%)29696%/(1-0.02)=94.085.9249696%/(1-0.04)=92.167.844.179696%/(1-0.0417)=92869696%/(1-0.06)=90.249.7689696%/(1-0.08)=88.3211.68292/(1-0.02)=93.87928492/(1-0.04)=95.839284.1792/(1-0.0417)=96928692/(1-0.06)=97.87928892/(1-0.08)=100928也就是说，当孔隙度小于4.17%时，所需压实度为Marshall密度的96%，即高于控制理论密度的92%。反之，当孔隙率大于4.17%时，所需压实度为Marshall密度的96%，即低于控制密度的92%。例如，当空隙率为8%时，达到了马歇尔密度的96%，但实际上只达到了最大理论密度的88.3%。如果要求达到最大理论密度的92%，则应达到马歇尔密度的100%。因此，对于设计空隙率大于4%的层，现行法规规定96%马歇尔密度的压实标准偏低。现在省内部分高速公路已开始采用理论最大密度92%同时进行双控。还有一些项目将压实标准从96%提高到97%或98%。（3）有些工程，出于平整度的考虑，采用摊铺机全幅面摊铺方式是不现实的，容易造成离析，振动力小，压实不均匀。建议一台摊铺机的摊铺宽度不超过6-8mm，高速公路一般采用两台摊铺机梯队摊铺。5.3采用合理的骨料粒度和适当的沥青面层压实层厚度目前沥青面层的骨料粒度一般较粗，与之相匹配的压实层厚度略薄，不利于压实。美国此前规定，结构层的厚度不应小于最大粒径的2倍。NCAT认为，从施工的角度来看，最大骨料粒径不应超过松散厚度的一半。现在Superpave建议应该是标称最大粒径的3倍。澳大利亚2.5x是必需的。现在面层一般采用标称最大粒径16mm，厚度4cm，相当于2.5倍，略薄；如果是3次，应该是5cm，4cm面层如果粒径13mm可能会更好。由于骨料的产量和价格的关系，16mm粒度是我国常用的粒度。它最初是从LH-20转移而来的。按照欧洲分级系列，公称粒径16mm的最大粒径是22.4mm，不是19mm。中下层的厚度为5-6cm，比26.5mm的粒径要薄。我国建筑法规规定面层骨料最大粒径不大于层厚的1/2，中下层不大于2/3，显然不适合高速公路配套适当厚度的设计规定。集料粒径过大引起的沥青混合料离析是普遍存在的问题。不仅是表层，中下层也比较严重。底层混合料一般采用孔隙率较大的AC-30或AC-25II沥青混凝土。粗骨料粒径过大，无法避免偏析。，水和浆料积聚的地方，容易引起沥青和骨料的剥落。当然，聚合隔离还有另一个更重要的原因。建筑所用材料的可变性太大。砂石来源杂，质量不稳定，使级配变化太大，往往不能满足配合比设计要求。砂石材料占混合料总量的90%以上，要注意沥青的质量。还需要根据骨料粒度采用合理的沥青面层设计压实厚度。随着时代的发展，我们不能简单地过分追求瘦身。如果考虑验证效果，设计层厚一般不应小于公称最大粒径的3倍。例如骨料粒径为13mm，表层厚度为4cm。若骨料改为16mm粒径，面层不应小于4.5cm；中间面层为AC-20I型，厚度不小于6cm；25I型，厚度不小于8cm等。三层沥青面层的总厚度一般需要达到18cm。如果一定要减薄，也可以考虑双层结构，下层为AC-25I型，厚度可达8-10cm，也可在表面做更薄的耐磨层。5.4做好路面排水和封水工作水是沥青路面水害的根源，而对水的处理方法只有两种，一种是密封（堵），即阻止水进入沥青层的一部分；水的来源是雨水、地下水和毛细水，将水与沥青表面隔离是最基本的措施。首先，将水从面层密封起来，让水从地表排出道路；如果表面不能密封，则从中间层密封，让水从沥青层或层间排出；与基层表面密封，防止地下水从下面上来；水浸透半刚性基层，使水从沥青层或层间排出；如果水进入底座，底座必须能够排水。无论如何，只要沥青混合料中或基层表面长期存在水分，就很难避开泥浆和坑坑。可以说，长时间浸泡在水中的沥青路面寿命肯定不长。目前我国的沥青路面大多是沥青面层本身不能封水，基层不透水，透油或下封层不能封水。更不用说许多表面具有很大的孔隙率并且是透水的；即使具有非常密集的渐变，它们也不可避免地不会部分渗透。规定要求面层至少有一层防渗I型密级配沥青混凝土，一般布置在中间面层。但是，虽然很多高速公路使用AC-25I型，但骨料粒度大，离析严重，厚度薄，实际上不能封水。下层多为AC-30或25II型，不仅气孔率过大，而且层厚过薄，偏析严重。我国一般采用半刚性基层作为道路的基层，也是不透水的。冻区春季解冻时渗入路面并融化的水容易积聚在基层表面，成为浮浆。近年来，半刚性基层的强度标准越来越高，混合料越来越致密，特别是石灰石碎石的透水性比水泥稳定碎石差。因此，在雨季，水进入沥青层是不可避免的。不幸的是，路面设计通常不考虑路面结构层的排水。相反，嵌入式路缘石和砌石路肩通常设计用于防止渗入路面的水的排放。此外，部分路段纵坡不平整，嵌入的路缘石阻碍了地表水从边缘快速排出，导致局部积水。这个问题在桥面上尤为严重。因此，保证路面的通畅排水非常重要，排水设计应该是路面设计的重要组成部分，引起了人们的高度重视。有关部门在审查路面结构时，不仅要审查厚度和强度，还要审查排水情况。为此，建议从以下几个方面考虑排水问题：做好中央分隔带的排水，避免绿水横向渗入路基。如果不能保证排水，最好将绿化带改为水泥混凝土或沥青密封。挡水路缘石可能会导致水留在路上并变成水坑。最好把路缘弄平，或者根本不做路缘，让水流到路外，但路肩和斜坡必须经受住水的冲刷。路面设计必须考虑混合部分夹层水和缝隙水的排放，以始终保证渗入路面表面的水能够排放到路面外。有的工程在中下层边缘设置15cm宽的砾石层盲沟进行垂直排水，并在其上覆盖面层。砾石层纵向每隔5m有一个排水口，用于将路面的水排出。有的工程表层只铺行车道，不铺应急停车带。将改性乳化沥青密封层洒在中间面层上，使渗入面层的水从界面流出。埋入式路缘石会阻碍结构层排水，不宜使用；沥青路缘更好。开挖路段的排水往往是一个薄弱环节。应特别注意边沟的深度，既能排掉路面的地表水，又能排掉结构层的水，使路面的水排入边沟。当路基有地下水或裂隙水时，路基的含水量会过大，承载力会严重降低，因此开挖路段的纵向盲沟也很重要。关于基层的排水，我国几乎全部采用半刚性基层，强度越来越高，有利于整体承载力。水分会长时间停留在沥青面层与半刚性基层的界面上，在荷载作用下形成砂浆，形成泵送浆液，最终导致沥青面层水损。基层是否应考虑透水性，是否限制4.75mm以下的细料含量，是否限制基层强度上限，是一个值得研究的问题。我国非常有必要研究和应用具有透水性的级配碎石柔性基层。沥青面层下设置排水层，可以是级配砾石层，也可以是埋入良好的沥青或水泥稳定砾石层，孔隙率应达到15%以上。但在施工期间，不得污染路面，防止缝隙堵塞。如果这是不可能的，排水层将不起作用。这方面的做法在我国道路排水条例中已有规定，必须在积累经验后加以研究和推广。加强沥青层与沥青层之间的粘结。目前，很多项目的建设顺序安排不妥。沥青面层铺设过程中或铺设后，开挖中央分隔带，埋设路缘石，开挖的土壤污染沥青面层，影响上下层的粘结。和协同作用。施工规范对粘层油的要求不严也