高速公路沥青路面早期水损坏原因分析及对策

维普资讯 http://www.cqvip.com 第３期（总第１２７期）　２００７年６月　中圈希政Ｚ程　ＣＨＩＮＡ　ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　…＿　穗簿　一臻搿　蕊篱墨臻　＿董嚣≮　谶蕊　Ｎｏ．３（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．１２７）　Ｊｕｎ．２００７　一、　　．高速公路沥青路面早期水损坏原因分析及对策　张伟　，艾军　，朱雨林２　（１．南京航空航天大学土木工程系，江苏南京２１００１６；２．安徽马鞍山市公路管理处，安徽马鞍山２４３０００）　摘要：通过对泰州地区高速公路沥青路面早期水损坏的室外调查及数据统计，分析该地区高速公路沥青路面早期水损　坏的现象及规律。介绍了钻心取样对路面芯样进行马歇尔、抽提筛分等室内实验研究的情况，总结出该地区高速公路　沥青路面早期水损坏的原因主要是空隙率过大、施工拌和不均以及选用材料质量较差。最后提出防治早期水损坏应减　小现场空隙率、加强施工现场管理与控制、选用ＳＢＳ改性沥青。　关键词：高速公路：沥青路面；水损坏　中图分类号：Ｕ４１６．２１７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００４－４６５５（２００７）０３－０００１－０３　江苏省泰州市地处长江中下游，夏季气温高，常　年雨水多。泰州地区各条干线公路交通繁忙，很多　高速公路沥青路面通车仅ｌ　ａ多，便出现各种裂缝，　部分路段下陷、翻浆，早期水损坏现象严重。如何　防止新建沥青路面出现早期破坏并正确处治该路面　的病害，已是刻不容缓的事了。　１　高速公路路面状况调查　梧　恒　。　梧　旧　∞　∞　∞　∞　０　∞　∞　∞　∞　∞　０　Ｊ　Ｉ　坑槽　网裂　－　坑塘　松散　病害　此次高速公路路面早期损坏调查以淮江高速公路　为重点。淮江高速公路，北接沂淮高速公路，南与　宁通公路相连，全长１５２．６３０　ｋｍ，设计行车时速　１２０　ｋｍ，路基宽２８　Ｉｎ，双向４车道。淮江高速公路　作为沂淮江高速公路的一个组成部分，是江苏省交　通最繁忙的路段之一。　淮江高速公路沥青路面设计年限１５　ａ，设计弯　图１　夏季（７－９月）主要病害面积分布统计　叵受巫耍互耍团　沉　＝０．３１　ｍｍ，设计年末期一个行车道上的累计当　量轴次　＝（２．１～２．３）Ｘ　ｌ０　。　淮江高速公路２０００年ｌ１月建成通车以来，投入　运营已３　ａ多，但路面损坏严重。通过调研得到的夏　季高温期（７～９月）及冬季低温期（１２～２月）京　ｒ　１５　９　坑塘　横缝　松散　坑槽　病害　沪方向路面主要病害面积分布统计情况如图１、图２　所示。　２钻芯取样　图２冬季（１２－２月）主要病害面积分布统计　行现场取样。现场钻芯取样每组取２个，一个位置　一般取在各类破损处附近，另一个则取在对应路段　为了进一步分析路面损坏的原因，本次调查中为　的未受损坏处，作对比分析之用。课题组在刁嘶公　路路面破损调查路段一共钻取２２个芯样，其中芯样　１Ａ见图３。　了确保资料的完整性，对刁嘶公路的刁铺段和兴泰　公路各个车道都进行了调查。按照ＪＴＪ　０５９－－１９９５　《公路路基路面现场测试规程》中的“路面取样方　法”，采用钻头直径为　ｌＯ０　ｍｍ的路面取芯钻机进　收稿日期：２００６－１１－２１　芯样１Ａ的上面层层厚为２２　ｍｍ，面层表面泛油　严重，粗粒径碎石悬浮集料之中，出现大量缝隙；　下面层层厚为４５　ｍｍ，有大量细颗粒碎石风化，沥青　失去联结作用。上面层与下面层交界处有大量沥青　淤积。　第一作者简介：张伟（１９８２－），男，江苏泰州人，南京航空　航天大学土木工程系在读硕士，研究方向道路与铁道工程。　维普资讯 http://www.cqvip.com 中国希政Ｚ程　张伟，艾军，朱雨林：高速公路沥青路面早期水损坏原因分析及对策　２００７＃－第３期　图３芯样１Ａ　３芯样试验　３．１　测定计算芯样空隙率　依据ＪＴＪ　０５２－－２０００《公路工程沥青及沥青混合　料试验规程》，采用水中重法检测沥青混合料密度，　得出芯样表观相对密度　：　＝—　一　（１）　ｌｌｒｌ　ａ—ｌｌｒｌ　ｐ　＝—旦　—ｐ　（２）　／Ｉ／ａ一／Ｉ／　上两式中：ｐ　为芯样的表观密度，ｇ／ｃｍ　；／Ｔ／　为干　燥沥青混合料芯样的空气中质量，ｇ；／１＂／　为芯样的水　中质量，ｇ；ｐ　为常温水的密度，取１　ｇ／ｃｍ。　然后用真空法检测沥青混合料理论最大相对密度　ｔ：　。＝——　一　（３）　／１＂／ａ十／１＂／ｂ一／１＂／　式中：／１／＂　为装满２５℃水的负压容器的质量，ｇ；／１／＂　为２５℃时芯样、水与负压容器的总质量，ｇ。　根据水中重法检测沥青混合料密度和真空法检测　沥青混合料理论最大相对密度　可计算芯样空隙率　ｙｙ：　ＶＶ＝（１一　土）Ｘ　１００％　（４）　对部分芯样测定计算得到的空隙率见表１。　表１　部分芯样空隙率　芯样　试件表观相对密度　。　理论最大相对密度　空隙率　Ｗ％　芯样０６Ａ　２．３７６　２．６９２　ｌ１．７５　芯样０６Ｂ　２．３４４　２．５４８　８．Ｏ３　芯样ｏ９Ａ　２．５０１　２．７２５　８－２ｌ　芯样０９Ｂ　２．３０７　２．６１４　ｌ１．７ｌ　芯样１６Ａ　２－３２４　２．５４ｌ　８．５４　芯样１６Ｂ　２－３００　２．５６０　ｌ０．１４　芯样ｌ８Ａ　２．３４２　２．５６９　８．８３　芯样１８Ｂ　２．２３０　２．５２２　Ｈ．５６　２　３．２芯样马歇尔试验　沥青混合料的水稳定性是指抵抗受水侵蚀后逐渐　产生的沥青膜剥落、掉粒、坑槽等破坏的能力。沥　青混合料在泡水的情况下强度降低越小说明水稳定　性越好。依据ＪＴＪ　０５２－－２０００，采用浸水马歇尔试验　评价沥青混合料的水稳定性。对部分芯样的试验结　果如表２所示。　表２　部分芯样马歇尔试验结果　芯样　稳定度，ｌ【Ｎ　流值／ｍｍ　芯样０６Ａ　１．４５　ｌ１．１　　ｌ芯样ｏ６Ｂ　１．Ｏ８　ｌ３－３　芯样Ｏ９Ａ　Ｏ．８５　９．１　芯样０９Ｂ　Ｏ．８７　９．９　芯样ｌ６Ａ　Ｏ．９２　８．５　芯样１６Ｂ　１．１Ｏ　２９．９　芯样ｌ８Ａ　０．４９　２４．１　芯样ｌ８Ｂ　４．９６　８４．３　３．３　芯样抽提筛分实验　首先将芯样烘干成松散状态，注入三氯乙烯溶　剂，将其浸泡３０　ｍｉｎ。将混合料及溶液倒人离心分离　器。称取洁净的圆环形滤纸质量，精确至０．０１　ｇ。　然后将滤纸垫在分离器边缘上，加盖紧固，在分　离器出口处放上回收瓶。开动离心机，沥青溶液通　过排出口注入回收瓶中，待流出停止后停机。从上　盖的孔中加入新溶剂，数量大体相同，稍停３～５　ｍｉｎ　后，重复上述动作，　如此数次直至流出的抽提液成清澈的浅黄色为　止。卸下上盖，取下圆环形滤纸，在通风橱中蒸发干　燥，然后放人１０５　ｏＣ±５　ｏＣ的烘箱中干燥，称取质　量，其增重部分（／１＂／　）为矿粉的一部分。将容器中的　集料仔细取出，在通风橱中蒸发后放人１０５　ｏＣ±５　ｏＣ　的烘箱中干燥，然后放人大干燥器中冷却至室温，　称取集料质量／１＂／．。用三氯乙烯回收仪回收瓶中的沥　青溶液，由滤纸的增重／１＂／　得出泄漏人滤液中矿粉。　沥青混合料中矿料的总质量ｍ　为：　／１／，８－－／１＂／Ｉ＋／１，／２＋／１＇／３　（５）　式中：／１＂／。为容器中留下的集料干燥质量，ｇ；／１＇／　为　圆环形滤纸在试验前后的增重，ｇ；／１／＂　为泄漏入抽提　液中的矿粉质量，ｇ。　然后对抽提的芯样进行筛分试验，分析其级配及　沥青含量，结果见表３。　维普资讯 http://www.cqvip.com 中国布篮工程　张伟，艾军，朱雨林：高速公路沥青路面早期水损坏原因分析及对策　２００７年第３期　表３部分芯样筛分试验结果　芯样密度／　油石比／　４．７５　ｍｍ筛　０．０７５　ｍｍ筛　心件　ｇ・ｃｍ　％　孔通过量／％　孔通过量／％　芯样０６Ａ　’　２．４０２　４．６７　５５．９４　５－３　芯样０６Ｂ　２．４２８　１．３４　４７．３７　８．５　芯样０９Ａ　２．５０１　１０．５ｌ　３７．９０　３．８　芯样１６Ａ　２．５７３　９．０７　４９．２２　８．６　芯样１６Ｂ　２．３００　５．８Ｏ　６０．４０　４．４　芯样１８Ａ　２．３４２　３．Ｏｌ　５５．８６　２－３　芯样１８Ｂ　２．３７２　ｌ５．４ｌ　４５．９９　７．６　分析表３可以得到以下结论。　１）４．７５　ｍｍ和０．０７５　ｍｍ两个控制筛孔的通过百　分率均出现了较大的变异性；芯样１８Ａ　０．０７５　ｍｍ筛　孔通过量为２．３％，而芯样１６Ａ的通过量则达到　８．６％。　２）与混合料设计级配相比，部分芯样出现了集料　级配偏离；　３）通过表１可看出，路面没有压好，空隙率高于　８％，导致在雨天特别是梅雨季节雨水渗人表面层就　易渗水，在行车荷载的反复抽吸作用下，使得集料　表面的沥青薄膜被剥落，就会引起路面松散。　４）大部分芯样的油石比与设计值有偏差，比如　０６Ｂ号芯样下面层油石比为１．３４％，与设计值４．３％　相比明显偏小，而０９Ａ号芯样上面层ｌ０．５ｌ％的油石　比又明显偏大。由此可以看出沥青的用量不宜过多　或过少，一般以配合比设计时确定的最佳油石比为　最好；沥青混合料级配应适当提高细集料的含量以　提高其抗拉强度。　４　早期损坏原因分析　４，１　空隙率过大　从试验结果可以很明显地看出，由于施工的工艺　等原因，压实度不足，造成空隙率过大。　沥青混凝土的压实度是影响路用性能的一个很重　要的指标。它直接决定着沥青混凝土的稳定度、劲　度以及空隙率。试验分析表明：空隙率在８％　１２％　之间的路面是最容易发生水损害的区域，小于８％时　水不容易浸入，而大于１２％时浸入路面的水很容易　流走，但必须设置排水结构层。由以上分析可知，　造成目前该高速公路沥青混凝土路面早期破坏的重　要原因之一，是因压实度不当，致使面层实际空隙　率偏大，而导致在雨天特别是梅雨季节雨水渗入表　面层，一方面使沥青混凝土长期处于饱水状态，在　行车荷载的反复抽吸作用下，使得集料表面的沥青　薄膜被剥落；另一方面，雨水浸人各结构层的层间，　破坏路面结构层间接触条件，使路面结构的受力状　况恶化，最终在路面上面层表现为麻面、松散、坑　槽和唧浆等病害，直至中下面层损坏。　４．２施工拌和不均　从调查可知，施工拌和不均，会导致部分区域包　裹集料的沥青很薄，致使沥青与碎石之间的黏结力　不足。沥青混凝土在受水侵蚀后，沥青薄膜逐渐产　生剥落，造成沥青路面早期水损坏。水损坏随着沥　青用量的减少或沥青膜厚度的减少而增大。　沥青用量的大小制约着混合料抗水损能力，但抗　水损与抗车辙是两个对立体，故需要综合两者找到　最佳的结合点，才可以解决以水损坏为主的路面早　期损害问题。常规的沥青用量设计方法是基于一定　压实功、满足一定体积指标确定用量，然后进行抗　水损性能验证。　４．３　材料质量较差　泰州地区高速公路沥青路面面层存在选用碎石材　料质量较差，导致下面层细集料出现风化等问题，　从而加快路面损坏。　５　对高速公路早期水损坏的防治措施　１）减小现场空隙率。加强施工质量控制，提高压　实标准和现场空隙率指标。建议现场空隙率标准定　为：表面层≤６％；中面层或底面层６７％。　２）／ｊＩ１强施工现场管理与控制，保证施工质量。路　面材料应严格选择，尤其是上面层的沥青与石料，　应根据不同地区的不同要求，选择沥青标号与种类。　石料尽可能采用强度高、耐磨耗、抗冲击能力强的　碱性石料，严格按施工规范进行施工。　３）选用ＳＢＳ改性沥青。高速公路沥青路面早期　水损坏的主要原因之一在于沥青混合料面层的水稳　定性低。其中面层中沥青混合料的沥青水稳定性质　量偏低，沥青与集料之间的黏附性能不足等因素，　是导致沥青混凝土路面水稳定性不足的重要原因。　因此，建议采用具有优良高温稳定性、水稳定性及　抗疲劳特性的聚合物改性沥青混合料，沥青选用黏　度大的ＳＢＳ改性沥青。　参考文献　［１】沙庆林．高等级公路半刚性基层沥青路面［Ｍ】．北京：人民交通出版社．　１９９９．　［２】沙庆林．高速公路沥青路面的水破坏及其防治措施［Ｊ】．国外公路，　２０００（６）．　【３】沈金安．改性沥青与ＳＭＡ路面【Ｍ１．北京：人民交通出版社，１９９９．　３