沥青路面水损害机理分析及对策研究_王强.pdf

Construction&DesignForProject工程建设与设计1引言各地自然环境不同，超车现象严重，导致路面出现车辙、坑槽等病害，对路面损害较为严重的为水损害1。水损害主要是沥青路面上的积水导致的。积水主要来自大气降水，浅层地下水通过骨料间的空隙进入沥青混合料的结构层中，因为车辆行驶产生的荷载增加了内部的水压力，这样削减了沥青和骨料间的黏结性，降低了沥青混合料的强度2。同时，车辆行驶会对路面产生挤压，加快了沥青混合料的剥离速度，使路面快速受损。水损害严重影响道路使用功能，对交通安全产生了较大影响。本文针对该病害进行研究，能有效提高道路的服务水平和使用年限。2路面水损害调查2.1水损害定义水损害的主要原因是沥青路面上的积水通过骨料间的空隙进入沥青混合料的结构层中，在行车荷载的作用下产生使沥青混凝土内部产生水压力，降低沥青与骨料间的黏结性，当荷载达到一定程度时，沥青路面开始发生剥落，加重受损程度，最终缩短路面的使用寿命3。沥青混凝土水损害主要表现为松散、坑洞、唧泥等。2.2水损害调查本文依托于某高速公路进行路面水损害程度调查，并分析病害形成原因，同时对路面结构内部情况进行了分析研究。2.2.1松散路面水通过孔隙进入混凝土内部，降低混凝土的水分透过沥青面层进入沥青结构内部，降低沥青和骨料间的黏结性，降低了沥青混合料的强度，在行车荷载的作用下发生松散。2.2.2坑洞沥青混凝土结构松散后，集料被行车的轮胎带走，使粒料减少，路面形成坑洞。2.2.3唧泥唧泥主要是路面排水不畅导致的。进入沥青混凝土内部的水分长期存积，会对基层产生冲刷作用，形成泥浆。在车辆荷载作用下，泥浆通过沥青混凝土的孔隙被压到路面上，等水分蒸发掉，带出来的基层混合料就会形成唧泥4。对高速公路进行调查发现：该道路沥青路面水损害较为严重，主要病害特征为病害面积大、延伸到整个路面结构，降雨时间较长，降雨量较大，对路面的累计破坏次数较多。沥青路面水损害机理分析及对策研究Mechanism Analysis and Countermeasures of Water Damage of Asphalt Pavement王强(中交一公局集团有限公司,北京 100000）WANG Qiang(CCCC First Highway Group Co.Ltd.,Beijing 100000,China)【摘要】沥青混凝土路面积水容易因内部集料的黏结性较低而发生离析，在行车荷载的作用下，路面易发生整体破坏。基于此，论文对水损害的成因及表现类型进行调查分析，通过马歇尔稳定度试验分对沥青混合料水敏感性进行析，结合工程案例，对抗水损害的具体措施进行探讨。【A b s t r a c t】The water in asphalt concrete pavement iseasyto segregate because of the low bonding propertyof the internal aggregate.Underthe action of driving load,the pavement is easy to be damaged as a whole.Based on this,the paper investigates and analyzes the causes andmanifestations of water damage,analyzes the water sensitivity of asphalt mixture through Marshall stability test,and discusses specificmeasurestocombatwaterdamagecombinedwithengineeringcases.【关键词】沥青路面；空隙率；沥青混凝土；水敏感性；水损害【K e y w o r d s】asphaltpavement;porosity;asphaltconcrete;watersensitivity;waterdamage【中图分类号】U418.6【文献标志码】A【文章编号】1007-9467（2023）03-0116-03【DOI】10.13616/ki.gcjsysj.2023.03.034【作者简介】王强（1986），男，江西上饶人，工程师，从事路桥技术管理研究。116MunicipalTrafficWater ResourcesEngineering Design市政 交通 水利工程设计2.3水损害原因分析通过对路面的水损害情况进行调查并分析该地的气候条件，本文认为导致路面处现水损害的原因如下。1）该地区的降水量大，因此，路面与水之间的接触面积较多，接触时间较长。降雨量集中导致水进入路面后无法及时排出，造成水损害的概率增大5。2）沥青路面在施工过程中压实度控制不满足要求，导致孔隙率不符合规定要求。当孔隙率较小时，水分进入沥青混凝土结构内部无法排出，在动水压力的作用下产生水损害现象；当孔隙率较大且不具备排水功能时，雨水进入沥青混凝土结构层内部使沥青膜剥落，形成水损害。3）沥青路面出现裂缝后，水分会沿裂缝进入结构内部，对沥青进行冲刷，造成集料减少出现唧泥、坑洞等病害。4）该地区属于山区，路基边坡级数较多，且边坡高度较高，路面水通过急流槽或拦水带进行排泄。但路拱横坡不满足要求，导致雨水在路面滞留时间较长，影响道路使用功能。3沥青混合料水敏感性分析3.1混合料设计3.1.1原材料本试验采用的沥青为SBS改性沥青，经过对沥青各个指标进行检测满足技术要求。1015 mm、510 mm粒径的集料均采用玄武岩，03 mm集料采用破碎砾石。本文采用的剥落剂为石灰、水泥和胺类（同下文中的BA）3种抗剥落剂。3.1.2配合比设计本文采用马歇尔试验确定最佳沥青用量为6.1%，最佳级 配为1015 mm集 料510 mm集 料03 mm集 料矿 粉=52241311，拌和温度为170175，击实温度为160165。水泥抗剥落剂添加量占混合料比重的1%、1.5%、2%的试件定义为试件A、B、C；石灰抗剥落剂添加量占混合料比重的1%、1.5%、2%的试件定义为试件D、E、F；胺类抗剥落剂添加量占混合料比重的0.2%、0.4%、0.6%试件定义为试件G、H、I。对各类试件进行冻融劈裂试验和马歇尔稳定度试验。3.2马歇尔稳定度试验结果分析3.2.1浸水残留稳定度分析添加水泥抗剥落剂的试件的抗剥落能力排序为：ABC；添加石灰抗剥落剂的试件的抗剥落能力排序为：EDF；添加胺类抗剥落剂的试件的抗剥落能力排序为：GHI；与对照组相比较发现：添加抗剥落剂的试件的浸水残留稳定度指标均有所提高，水泥提高了14.6%、石灰提高了11.9%、胺类提高了8.3%。结果如图1所示。98.9091.3886.6390.2192.6785.2196.7393.0187.72120.00100.0080.0060.0040.0020.000.0081.39原样水泥 1%水泥 1.5%石灰 1.5%水泥 2%石灰 1%石灰 2%BA0.2%BA0.4%BA0.6%浸水残留稳定度/%图 1浸水残留稳定度分析图通过对图1进行分析可知：试件抗剥落能力试件排序为：AGHEBDICF。3.2.2稳定度分析通过对稳定度的数据进行整理得到结果如图2和图3所示。稳定度/kN14.0012.0010.008.006.004.002.000.0012.82 12.6612.1613.75 13.8310.9811.8611.8310.9810.62原样水泥 1%水泥 1.5%石灰 1.5%水泥 2%石灰 1%石灰 2%BA0.2%BA0.4%BA0.6%图 2马歇尔稳定度试验图原样水泥 1%水泥 1.5%石灰 1.5%水泥 2%石灰 1%石灰 2%BA0.2%BA0.4%BA0.6%14.0012.0010.008.006.004.002.000.00稳定度/kN8.5110.7411.8510.8011.1112.8611.668.7810.7410.22图 3浸水马歇尔稳定度试验图通过图2和图3对比发现：添加抗剥落剂的试件的稳定度指标均有所提高，水泥提高了14.5%、石灰提高了11.9%、胺类提高了5.4%。添加水泥和石灰的试件在剂量为1.5%时，浸水马歇尔稳定度最高。117Construction&DesignForProject工程建设与设计【收稿日期】2022-05-163.2.3试验结果分析沥青混合料中添加3种抗剥落剂均能提高稳定度；通过两个指标综合分析可知水泥添加量为1%时为最佳掺量，石灰添加量为1.5%时为最佳掺量，胺类添加量为0.4%时为最佳掺量；对3种剥落剂相比较可知，添加水泥和石灰的沥青混合料稳定度比添加胺类沥青混合料的稳定度提高程度大。通过对3种抗剥落剂进行询价可知，最经济有效的抗剥落剂为1.5%的石灰。4抗水损害措施4.1工程概况本文依托工程为某高速公路，设计速度为80 km/h，车道数为双向4车道，荷载等级为公路级，沥青混凝土的设计使用寿命为15 a，路面结构层组合为：上面层：SMA-13改性沥青，厚度为4 cm；中面层：AC-20中粒式改性沥青混凝土，厚度为6 cm；下面层：AC-20中粒式基质沥青混凝土，厚度为6 cm；基层：水泥稳定碎石，厚度为20 cm；底基层：水泥稳定碎石，厚度为30 cm；垫层：级配碎石，厚度为15 cm。4.2气候及地理位置概况本文依托项目位于山区，公路建设过程中存在长大纵坡，路基挖方较多，地形条件排水困难，导致山谷段公路长期积水。该地区气候特点：降水量较大且时空分布不均，夏季多雨，且存在较长汛期，年降水量大于1 000 mm5。沿线气候特点如表1所示。表 1沿线气象表地区8 月最高气温/7 d 平均最高坪村温度/年极端最低气温/年平均降雨量/mmA 市B 市C 市D 市30.330.430.831.333.033.433.534.1-2.9-3.7-2.7-1.81 295993.2947.41 015.44.3水损害预防措施4.3.1混合料设计1）集料。集料中由于二氧化硅含量不同，将集料分为酸性、碱性、中性集料。路面上面层直接承受车辆荷载作用，应具有较高的强度和抗滑性。因此，上面层粗集料采用弱酸性的玄武岩，填充的细集料采用碱性的石灰岩，能够与沥青较好地结合；浸入沥青混凝土内部的水会对沥青膜产生剥落作用，为使沥青和集料紧密结合，中下面层采用碱性的花岗岩6。2）沥青。上面层沥青采用SBS改性沥青，基质沥青采用黏度较大的90#A级沥青。3）抗剥落剂。抗剥落剂采用占混合料比重1.5%的石灰，当水分进入沥青混凝土的内部，对沥青膜产生影响时，石灰与水产生水化作用，将水吸收掉，提高沥青混凝土的抗水损害能力。4）采用合理级配。经过马歇尔试验进行配合比设计，最终得到混合料级配为：1015 mm集料510 mm集料03 mm集料矿粉=52241311，沥青最佳用量为6.1%。4.3.2路面施工相关研究表明沥青路面孔隙率7%15%时，路面的水损害最严重7。本文通过配合比试验及稳定度试验表明：上面层孔隙率在4.5%时，稳定度和冻融劈裂强度指标最优。因此，在路面施工时应采用大于11 t的钢轮压路机进行碾压，保证压实度满足设计要求8。5结语本文通过对沥青路面的水损害进行分析，得到以下结论:沥青路面水损害主要表现形式为松散、坑洞、唧泥等。通过试验对沥青路面的水敏感性进行分析结果表明：抗剥落剂应采用占沥青混凝土总质量1.5%的石灰最佳。对路面进行施工时，应保证压实度的要求。【参考文献】1钟申伯,罗娟.沥青路面早期水损害GPR无损检测技术探讨J.交通世界,2021（36）:118-119+123.2马银江.沥青路面水损害的危害及防治措施J.交通世界,2021（21）:113-114.3江桂升.基于空气耦合式探地雷达的沥青路面水损害识别方法研究D.西安:长安大学,2021.4王玉林,徐宁,卢东.提升沥青路面抗水损害能力措施综述J.中外公路,202