摘 要:本文对沥青路面水损害影晌因素素进行了分析,介绍了沥青混合料水稳性的评价,详细阐述了减小水损害的措施,以保证沥青路面的质量,从而延长路面的使用寿命,提高经济效益。
关键词:沥青路面,水稳性,混合料,水动力
1前言
沥青路面的破坏形式主要表现为车辙、低温开裂和疲劳破坏。近年来另外两种破坏形式即水损害和反射裂缝渐渐引起人们的重视,已形成世界性的问题。
所谓沥青路面的水损害,是指沥青路面在存在水分的条件下,经受交通荷载和温度胀缩的反复作用,一方面水分对沥青起乳化作用,导致沥青混合料强度下降,同时水分逐步侵入到沥青与集料界面上,由于水动力的作用,沥青膜渐渐的从集料表面剥离,导致集料之间的粘结力丧失而发生的路面破坏过程。
2沥青路面水损害影晌因素
2.1 沥青路面水损害概述
应该注意的是,水损害有可能是从沥青面层的下面层开始的。由于水分进入沥青路面,滞留在基层上面,造成沥青面层的下面层的空隙中往往充满着水分,并且经受比较大的水压力,给水损害提供了可乘之机。集料与沥青膜剥离、混合料松散之后,集料在荷载作用下对基层表面进行撞击,基层的粉质部分如水泥,石灰、粉煤灰以及土质部分便称为稀浆,通过路面的缝隙向上挤出,在沥青路面上可以见到白色的唧浆,面层可见局部的网裂,这是水损害最明显的标志。当路面上出现一块块泛白色的网状裂缝区的时候,实际上下面层已经成为沥青膜完全剥落的松散集料,逐渐形成坑槽。
2.2 水损害机理分析
一般认为沥青混凝土路面的水损害机理有两种:(1)粘附力的损失;(2)粘结力的损失。混合料中的空隙是水进入的最主要途径。另外,以其它形式存在的空隙和孔也会对沥青混合料的水敏感性有一定影响,例如,集料表面和内部不同尺寸和数量的空隙等。路面施工完成以后,水和空气就会通过这些相对较大的与外界的连通空隙进入混合料内部。如果这些水存留在混合料内部不能及时排出,在车辆荷载的动水压力和温度胀缩的共同作用下,循环反复,将使沥青和集料发生剥离,造成强度损失,这就是最初的水损害。如果这种损害进一步发展,就会导致其它的一系列诸如松散、离析、唧浆、车辙等更多形式的破坏。也有研究表明,沥青混凝土本身也有一定的吸水性,容许水穿透沥青膜进入集料表面。
2.3 环境因素
沥青路面施工时的气候条件对沥青路面的水稳性影响是很大的,潮湿、寒冷的气候,水敏感性破坏就容易发生。施工后,温度、冻融循环、干湿循环都会对路面水稳性产生影响。
交通荷载也是影响水稳性的重要因素。路面破坏的程度与荷载的大小、频率有关。由于超载的轮压,沥青膜与集料的界面间、集料与集料问产生剪切破坏,水分浸入,粘结力丧失,产生水损害。
2.4 施工因素
压实程度是影响水稳性的关键因素之一。压实不足的混合料,空隙率增大,水进入空隙,造成水损。试验表明,沥青混合料的空隙率为3%~5%的马歇尔残留稳定度达90%;当空隙率增至7.5%时,马歇尔残留稳定度即降至80%。所以,路面施工不能片面追求平整度而忽略压实度,要在确保压实度的前提下提高平整度。
混合料粗细集料和沥青含量的不均匀也是造成水损的重要原因。粗集料集中部位往往空隙率过大。沥青含量偏少,其混合料的拉伸强度降低,抗裂性能差,水易浸入,造成水损。
造成离析的原因很多,主要有:1)拌和过程的不均匀及材料自身的不均匀。2)运输过程中造成的集料和温度的离析。3)摊铺过程的离析。4)混合料压实不均匀。
2.5 路面排水因素
在我国,大多数路面排水往往只重视路基范围内及路表以外的水的排除,而对路面结构层内的排水则很不重视。我国路面基层普遍采用半刚性基层,近年来对半刚性基层的强度要求越来越高,混合料也越来越致密,基本是不透水的。大多数沥青路面面层本身封不住水。上面渗入的雨水及冰冻地区春融期融化的水容易积聚在基层表面,成为浮浆,造成水损。
3 改善措施
3.1 提高沥青与集料的粘附性
由沥青与矿料相互作用的基本理论可知,沥青与矿料的粘附性,取决于沥青一矿料一水三相系的平衡。各种改善措施,主要从降低在集料表面水对沥青的置换能力这一概念出发,保证在有水情况下沥青膜不发生收缩、剥离现象,仍能与矿料形成良好的化学吸附作用。例如,用一部分石灰、水泥代替矿粉,或在沥青中添加少量环烷类高分子有机酸、石油沥青与煤沥青混合等都能改善粘附性。石灰和水泥中CaCO3含量高,易形成正的吸附中心,与沥青中带有负电荷的表面活性物质可形成化学吸附层;各种液态抗剥落剂均属于表面活性物质,市场上较多的是胺类表面活性剂,一端是亲水性的胺基,与酸性石料有很强的亲和力,另一端是融于沥青的亲油性的烷基,由于它在沥青一矿料表面的形成这种定向排列可降低沥青一矿料界面张力,故能提高沥青与矿料的粘附性。
3.2 级配选优
沥青混合料的水稳定性在很大程度上取决于空隙率和空隙结构以及沥青膜厚度。根据试验研究和理论计算表明,空隙率在4% ~1 7% 之间,水易于渗入而不易自由排出。在配合比设计中级配设计是一个很重要的方面。沥青混合料的级配决定了集料的嵌锁结构及压实特性。各种级配的混合料形成的沥青混凝土的内部结构各不相同,有的是悬浮密实结构,有的是骨架密实结构,不仅空隙总量不同而且空隙的连通性及孔径分布也是有区别的;可压实性不一样导致沥青膜厚度不相同(因为配合比设计时空隙率控制范围相同),因此抗水渗透和软化能力不同。
3.3改善路面结构
改进透层油或在沥青面层的下层用沥青含量高的沥青砂作下封层,隔断地下水或毛细水的上升。上基层最好采用水泥稳定碎石,透层油宜采用煤油稀释的中凝液体沥青或非离子型乳化沥青,使透层油能渗入基层。
在沥青层的下面层或联结层使用空隙率大、集料嵌挤良好的沥青碎石或贯入式结构层,为水提供空隙,尽快排出,减小水损。
3.4 其他措施
集料保持干燥和拌和均匀是提高沥青与矿料粘附性的重要措施。对细集料一定要设置篷盖,对于矿料、石灰等粉料应建库存放。材料中带有尘土、杂质必须除去。
碾压时不得过多地向碾轮洒水,否则水被封闭在混合料空隙里,在荷载作用下,导致沥青从石料表面剥离。
施工接缝应平顺,路面开裂应及时填补,以防止加速水损害。
4结束语
沥青混合料和沥青路面的设计、施工及一些外部因素可能会导致沥青路面剥落。这些因素主要是路面排水系统不健全,路面压实度不足,集料表面粉尘太多,集料拌和时不够干燥,集料强度低易碎,沥青混台料设计采用透水的开级配类型等。引起沥青路面水损害的原因是多方面的,对水损害的研究已引起世界各国的重视。