高速公路路面改建工程瀝青路面早期水損壞原因分析

 引言
高速公路瀝青路面的早期水損壞一直是困擾著研究者和建設(shè)者的問(wèn)題，交通部針對(duì)這一問(wèn)題還專(zhuān)門(mén)印發(fā)了《關(guān)于防治高速公路瀝青路面早期損壞的指導(dǎo)意見(jiàn)》，足以凸顯國(guó)家層面對(duì)這一問(wèn)題的高度重視。隨著我國(guó)高速公路新建高峰的漸漸退幕，維修養(yǎng)護(hù)高峰的到來(lái)，對(duì)高速公路路面改擴(kuò)建施工，尤其是“白加黑”施工，控制好瀝青砼路面施工質(zhì)量、減少水損害，顯得尤為重要。由于幾乎所有的高速公路維修養(yǎng)護(hù)期間仍需要保證通行，維修養(yǎng)護(hù)工作只能在封閉的半幅路面或者一個(gè)車(chē)道的情況下進(jìn)行，這就成倍地增加了另外半幅路面或者其他車(chē)道的交通量，又加上我國(guó)絕大多數(shù)高速公路都是以重載交通為主，在多雨季節(jié)瀝青路面容易導(dǎo)致水損壞，特別是在這些條件和效應(yīng)的疊加作用下，瀝青路面早期水損壞防治工作顯得任務(wù)更加艱巨。通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比分析，認(rèn)為造成瀝青路面早期水損壞的原因是多方面的。
1 瀝青路面水損壞機(jī)理
瀝青路面水損壞的發(fā)生和發(fā)展，一方面是在水或凍融循環(huán)條件下，由于汽車(chē)荷載動(dòng)態(tài)作用，進(jìn)入路面空隙中的水不斷承受動(dòng)水壓力的反復(fù)循環(huán)作用，逐漸滲入瀝青與集料的界面，使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)力，瀝青膜從集料表面脫落，瀝青混合料出現(xiàn)松散現(xiàn)象，繼而形成瀝青路面的坑槽、松散等損壞；另一方面則依賴(lài)瀝青混合料自身的水損壞抵抗能力，主要取決于礦料的性質(zhì)，瀝青與礦料之間相互作用，瀝青混合料的空隙率及瀝青膜的厚度等，如果是瀝青混合料自身的水損壞抵抗能力差則容易發(fā)生瀝青路面的水損壞。所以分析瀝青路面的水損害機(jī)理，必須從以下兩個(gè)關(guān)鍵方面予以考慮：一、水分滲入道路瀝青混合料內(nèi)部，使水分侵入到瀝青-集料界面上；二、瀝青與集料粘附性不足[1]。
2 瀝青路面水損壞原因分析
2.1 路面空隙率過(guò)大 瀝青路面滲水，混合料的空隙率過(guò)大是主要原因，雨水通過(guò)空隙滲入到瀝青路面中，在行車(chē)荷載的作用下，產(chǎn)生動(dòng)水壓力，在動(dòng)水壓力的作用下，水不斷沖刷瀝青混合料，使得瀝青從集料表面上剝落。因此防止?jié)B水，關(guān)鍵是控制空隙率。
造成瀝青路面空隙率過(guò)大的原因多方面的，例如：原材料的規(guī)格不符、混合料的級(jí)配變異、攤鋪離析、碾壓功不足、碾壓溫度不足、攤鋪機(jī)擋板缺失導(dǎo)致混合料漏灑、自卸車(chē)剩余少許尾料溫度嚴(yán)重下降后不按要求廢棄又傾倒在作業(yè)面上、芯洞處理不規(guī)范等。
2.1.1 無(wú)核密度儀均勻性檢測(cè)。采用無(wú)核密度儀這一新型檢測(cè)儀器對(duì)某高速公路改建后的瀝青路面上面層進(jìn)行均勻性檢測(cè)，檢測(cè)頻率為縱向2米一個(gè)斷面、橫向間隔每米1點(diǎn)進(jìn)行路面密度測(cè)試，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。
表1的檢測(cè)結(jié)果顯示：①路面的邊緣空隙率過(guò)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般認(rèn)為的7%這個(gè)臨界空隙率。②路面中間有局部空隙率大于7%。
2.1.2 路面坑槽調(diào)查。對(duì)某高速公路改建完成后路面坑槽病害進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表2。
表2的調(diào)查結(jié)果顯示：坑槽只出現(xiàn)在行車(chē)道和路肩上。由于本條高速公路為國(guó)家高速公路網(wǎng)的主干線，在最近的一次交通量組成調(diào)查中，貨車(chē)占65.7%，中大型貨車(chē)和拖掛車(chē)比例高達(dá)42.3%。這樣的交通量組成對(duì)行車(chē)道路面的抗水損壞能力是極大的考驗(yàn)，行車(chē)道上的坑槽和重載車(chē)輛所形成的巨大的動(dòng)水壓力關(guān)系密切。結(jié)合表1，路面邊緣過(guò)大的空隙率和表2中路肩上的坑槽關(guān)系密切。
2.1.3 自卸車(chē)剩余尾料傾倒的地方壓實(shí)度檢測(cè)。在某高速公路路面改建工程的施工過(guò)程中，筆者針對(duì)承包人在進(jìn)行瀝青砼路面施工過(guò)程中隨意將自卸車(chē)車(chē)廂的角落無(wú)法全部卸完（自卸車(chē)與攤鋪機(jī)料斗之間角度導(dǎo)致）的剩余尾料傾倒在下承層上并直接攤鋪至路面中的情況，在8個(gè)傾倒尾料的地方做下了標(biāo)記，隨后取芯測(cè)試壓實(shí)度，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3的檢測(cè)結(jié)果顯示：在測(cè)試的8個(gè)點(diǎn)上有7個(gè)點(diǎn)的空隙率過(guò)大。結(jié)合表1，路面中間局部空隙率過(guò)大和尾料傾倒在下承層上并直接攤鋪至路面造成的局部離析有著密切的關(guān)系。
2.2 集料含泥量或泥塊含量過(guò)高 若集料中含有較多的泥灰，再加上堆放不規(guī)范，未采用標(biāo)準(zhǔn)化大棚覆蓋，使得土粒、泥灰雨后牢牢粘結(jié)在石料表面，雖經(jīng)干燥筒烘干吸塵器也難以排走，即便除塵效果好也難以避免粉塵含量超標(biāo)，結(jié)果影響到瀝青混合料的品質(zhì)。粉塵或者叫泥灰含量超標(biāo)后，一方面粉塵裹附集料能力強(qiáng)從而減小了瀝青與集料之間的接觸面積，降低了粘附性；另一方面集料中的泥灰阻斷了瀝青與集料的接觸，為水的滲透提供了通道，使瀝青很容易從集料上剝落。
下面通過(guò)試驗(yàn)來(lái)說(shuō)明石料中粉塵對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響。試驗(yàn)中使用的粉塵是從拌和樓熱料中篩分出來(lái)的，礦粉為石灰?guī)r礦粉，在親水系數(shù)試驗(yàn)中粉塵占填料的比例分別為0%，20%，40%，60%，100%，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。
從表4的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：0%的粉塵+100%的礦粉作為填料試驗(yàn)方案的親水系數(shù)為0.62，表明填料與瀝青結(jié)合料的粘附性能良好；40%的粉塵+60%的礦粉作為填料試驗(yàn)方案的親水系數(shù)為0.69，表明填料與瀝青結(jié)合料的粘附性能有所下降；之后，隨著粉塵含量的進(jìn)一步提高，親水系數(shù)急劇增大。
從圖1可以看出：當(dāng)拌和樓熱料的粉塵占填料的比例超過(guò)40%以后，填料與瀝青結(jié)合料的粘附性能急劇下降。也就是說(shuō)在高速公路瀝青路面施工中，應(yīng)當(dāng)把拌和樓熱料的粉塵占填料的比例控制在40%以下。按我省高速公路路面上面層瀝青砼通常配合比設(shè)計(jì)AC-13來(lái)說(shuō)，混合料的油石比一般在5%左右，根據(jù)最佳粉膠比在1.2-1.4這個(gè)范圍，礦料中0.075mm篩孔的通過(guò)率一般應(yīng)設(shè)定在6%左右，礦粉的用量應(yīng)保證在4%以上，拌和樓熱料的粉塵占礦料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)應(yīng)控制在2%以下為宜。
2.3 路面油類(lèi)污染 路面施工過(guò)程中，攤鋪機(jī)、壓路機(jī)、運(yùn)料車(chē)等工程機(jī)械都可能存在柴油或者機(jī)油滴漏的情況，如機(jī)械設(shè)備加油不慎、設(shè)備損毀造成的漏油，膠輪壓路機(jī)上涂抹的隔離劑也有可能會(huì)污染路面。在橋梁伸縮縫、路面邊緣護(hù)欄的施工中，所使用的工程機(jī)械多數(shù)用大功率柴油機(jī)提供動(dòng)力，如果沒(méi)有嚴(yán)格的防范措施，即存在交叉施工中工程機(jī)械滴漏的柴油或者機(jī)油造成污染路面的情況。
2.4 攤鋪離析、芯洞處理不規(guī)范 攤鋪機(jī)熨平板在使用過(guò)程中，由于操作不當(dāng)或加熱變形易導(dǎo)致攤離析、熨平板初始加熱溫度不足會(huì)導(dǎo)致開(kāi)始攤鋪階段離析、停機(jī)待料或碾壓跟不上會(huì)導(dǎo)致溫度離析。另外，層間處理不到位，雨后下層層面未曬干而盲目施工、取芯后的芯洞處理不規(guī)范等均是誘發(fā)瀝青路面早起水損壞原因之一。
3 結(jié)論
①路面的壓實(shí)度整體不足會(huì)給瀝青砼路面的水損壞留下隱患，應(yīng)從混合料級(jí)配設(shè)計(jì)、碾壓溫度、碾壓功率等多個(gè)方面保證路面整體的壓實(shí)度，在壓實(shí)度的控制中尤其重視最大理論密度控制辦法，把路面空隙率控制在4%-6%范圍內(nèi)。
②路面局部離析或者壓實(shí)不足造成局部空隙率過(guò)大，容易引起水損壞，應(yīng)通過(guò)對(duì)攤鋪機(jī)性能的改進(jìn)（螺旋布料器增加反向葉片、攤鋪機(jī)料斗及熨平板前緣增加擋板）、溫度控制、攤鋪機(jī)收斗頻率的控制、壓實(shí)工藝控制、自卸車(chē)尾料的集中廢棄處理、加強(qiáng)路面邊緣的碾壓等保證路面局部不出現(xiàn)空隙率過(guò)大的情況，在離析的控制中可以考慮采用無(wú)核密度儀和激光紋理儀等無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。
③集料的生產(chǎn)及儲(chǔ)存造成的粉塵含量超標(biāo)、拌和樓除塵系統(tǒng)差也是引起路面出現(xiàn)水損壞的重要原因。路面用的進(jìn)場(chǎng)集料要保證清潔，粗集料的含泥量不能超過(guò)1%，機(jī)制砂0.075mm篩孔的通過(guò)率不能超過(guò)12.5%，集料儲(chǔ)存的時(shí)候要注意防水和排水，要不折不扣執(zhí)行交通部推行的標(biāo)準(zhǔn)化料場(chǎng)，不僅僅是要對(duì)機(jī)制砂實(shí)行大棚遮雨，粗集料同樣實(shí)行大棚覆蓋儲(chǔ)存，保證料場(chǎng)排水順暢，確保集料干燥清潔，拌和樓熱料倉(cāng)中的粉塵占填料的比例宜控制在40%
以下。
④工程機(jī)械的柴油、機(jī)油滴漏以及隔離劑使用不當(dāng)也是出現(xiàn)水損壞的重要原因。參建各方要加強(qiáng)管理，防止施工過(guò)程中或交叉施工時(shí)出現(xiàn)柴油、機(jī)油污染路面以及涂刷輪胎壓路機(jī)的隔離劑配制不當(dāng)（使用廢機(jī)油）造成的污染。
⑤不斷改進(jìn)施工工藝，杜絕混合料離析。加強(qiáng)對(duì)拌和、攤鋪、碾壓溫度的控制，提高攤鋪機(jī)的性能，通過(guò)料位器的調(diào)整，熨平板的調(diào)整、防漏撒擋板的增設(shè)以及實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷攤鋪嚴(yán)控離析發(fā)生，盡量減少靠人工補(bǔ)撒混合料改善或消除離析的現(xiàn)象。其次是按項(xiàng)目作業(yè)指導(dǎo)書(shū)要求進(jìn)行芯洞處理，即芯洞沖洗-烘干-內(nèi)壁涂刷乳化瀝青-混合料擊實(shí)，以有效減少離析的發(fā)生。