摘 要 論述了瀝青路面水損害的原因,介紹了美國(guó)Superpave水敏感性指標(biāo)———AASHTO T283“壓實(shí)瀝青混合料水損害試驗(yàn)方法”的試驗(yàn)與結(jié)果,提出了改善現(xiàn)狀的幾項(xiàng)措施。
關(guān)鍵詞 瀝青路面 水損害
1 概述
瀝青路面的破壞形式很多,主要表現(xiàn)為車(chē)轍、低溫開(kāi)裂和疲勞開(kāi)裂三大破壞形式。近年來(lái),水損害和反射裂縫也逐漸引起人們的注意。水損害主要是由于進(jìn)入瀝青路面的自由水在車(chē)輪荷載作用下,變成有壓水并往復(fù)運(yùn)動(dòng),使集料上瀝青膜的逐漸剝離而造成的。水損害產(chǎn)生的原因如下。
(1)路面排水系統(tǒng)不健全,雖在工程設(shè)計(jì)時(shí)也采取了措施,但往往由于綜合考慮力度不夠,路面排水效果并不明顯。在多數(shù)路面工程中,由于上面層滲入的自由水無(wú)法及時(shí)、順利排出,長(zhǎng)期滯留在路面,或通過(guò)中、下面層空隙以及裂縫滲到中、下面層和下面層與基層的交界面上,形成水損害。
(2)路面壓實(shí)度不足是早期水損害最普遍的原因。研究表明,熱拌瀝青混合料4% ～5%的空隙率就認(rèn)為是不透水的,也就是說(shuō)與水損害無(wú)關(guān)。大多數(shù)瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率為3% ～5% ,當(dāng)選用4%作為配合比設(shè)計(jì)的空隙率時(shí),在壓實(shí)度為96%和98%,現(xiàn)場(chǎng)空隙率將達(dá)到8%和6%,空隙率高于8%,就易滲水,就會(huì)引起路面松散水害。
(3)瀝青路面結(jié)構(gòu)形式選用不合理:我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中,密級(jí)配瀝青混凝土基本類(lèi)型分Ⅰ型和Ⅱ型兩大類(lèi)。其中, Ⅰ型瀝青混凝土的空隙率為3% ～6%, Ⅱ型瀝青混凝土的空氣率達(dá)到6% ～10%。如果假定現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度都達(dá)到96% ,則Ⅰ型瀝青混凝土的現(xiàn)場(chǎng)空隙率最小約7% ,最大接近10%; Ⅱ?yàn)r青混凝土現(xiàn)場(chǎng)空氣率可高達(dá)約14%?？梢钥闯?在防水滲透方面Ⅰ型要理想得多。
(4)瀝青混凝土混合料離析,直接導(dǎo)致瀝青混合料實(shí)際級(jí)配與設(shè)計(jì)的嚴(yán)重偏差,造成路面透水系數(shù)顯著增加,引發(fā)瀝青混凝土路面水損害的發(fā)生。
2 瀝青混凝土水損害的防治思路
(1)問(wèn)題的引出:我國(guó)交通部規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》( JTJ032)中規(guī)定: 按水煮法試驗(yàn)所有的集料與瀝青的粘附性都大于4級(jí);按馬歇爾試驗(yàn)所有的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均大于80%。這就產(chǎn)生了兩個(gè)問(wèn)題: 1)為什么都滿(mǎn)足了交通部技術(shù)規(guī)范,仍發(fā)生了水損害; 2)規(guī)范本身的關(guān)于粘附性指標(biāo)以及混合料殘留馬歇爾穩(wěn)定度的指標(biāo),與路面水損害之間的關(guān)系如何。同時(shí),我們?cè)谠S多工程實(shí)踐中也發(fā)現(xiàn),瀝青混合料的水敏感性指標(biāo),雖完全滿(mǎn)足我國(guó)瀝青路面施工規(guī)范的水損害技術(shù)指標(biāo),但仍不能防止水損害的破壞。這說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),不能完全解決瀝青混凝土水損害的問(wèn)題。
對(duì)于集料與瀝青的粘附性指標(biāo)來(lái)說(shuō),部頒規(guī)范存在著三個(gè)方面的缺陷: 1)缺少不同粘附性等級(jí)與路面水損害關(guān)系的定性指標(biāo),即是否在滿(mǎn)足了粘附性大于等于4 級(jí)就不會(huì)產(chǎn)生水損害。2)粘附性等級(jí)用水煮法試驗(yàn)評(píng)價(jià),水煮法試驗(yàn)結(jié)果受人為主觀因素影響太大,容易產(chǎn)生人為偏差。3)水煮法只使用了915～1312 的粗集料,事實(shí)上,部分細(xì)集料為砂,與瀝青粘附性較差,但并沒(méi)有評(píng)價(jià)。
75次馬歇爾擊實(shí)儀雙面擊實(shí),試件空隙率已達(dá)到設(shè)計(jì)空隙率( 3% ～5% ) ,水很難浸入,也更難浸入瀝青膜與集料之間,殘留馬歇爾穩(wěn)定度指標(biāo)已經(jīng)不能真正表征瀝青混合料的抗水害能力。
美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTM D 3625 - 96“水煮法評(píng)定水對(duì)瀝青裹復(fù)集料影響的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐”是一個(gè)值得推薦的方法。美國(guó)ASTM D3625 - 96水煮法是用廠拌混合料進(jìn)行煮沸,用于現(xiàn)場(chǎng)肉眼判斷兩種集料與瀝青的粘附性。D3625 - 96并不是一種試驗(yàn)方法,而是一種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐,它本身并不產(chǎn)生試驗(yàn)結(jié)果,只是直觀地展現(xiàn)一下瀝青對(duì)集料的裹復(fù)情況。
由此可見(jiàn),必須有一個(gè)能夠真實(shí)反映瀝青混合料水損害特性的技術(shù)指標(biāo),才可以滿(mǎn)足實(shí)際需要。美國(guó)Superpave 混合料設(shè)計(jì)方法中間接抗拉強(qiáng)度比———TSR,就是一個(gè)比較合適的表征指標(biāo)。
(2)美國(guó)Superpave關(guān)于水損害的技術(shù)指標(biāo):美國(guó)公路戰(zhàn)略研究計(jì)劃( SHRP)瀝青課題的主要研究成果———Superpave,產(chǎn)生了一個(gè)膠結(jié)料規(guī)范、一個(gè)混合料設(shè)計(jì)方法和瀝青混合料性能評(píng)估指標(biāo)。Su2perpave混合料設(shè)計(jì)方法中關(guān)于瀝青混合料水敏感性評(píng)價(jià),應(yīng)用于AASHTO T283“壓實(shí)瀝青混合料水損害試驗(yàn)方法”,并要求間接抗拉強(qiáng)度比( TSR) ≥80%作為瀝青混合料水敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)。
AASTHO T283的試驗(yàn)方法是用SGC旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀成型6個(gè)試件,試件的孔隙率控制在(7 ±1) %之內(nèi)。6個(gè)試件按空隙率大致相等分成二組,每組三個(gè),其中一組采用非條件試驗(yàn),另一組采用條件試驗(yàn)。非條件試驗(yàn)是將試件放在塑料袋里封好,放入25℃水浴中至少2h后進(jìn)行試驗(yàn)。條件試驗(yàn)是先將試件放在水中加真空(254～660mmHg) 5～10min,然后讓試件在常壓下使試件飽水率達(dá)到55%～80%,在( - 18 ±2) ℃條件下冷凍處理16h后,放在(60 ±1) ℃的水浴中24h,最后再放入25℃水浴中2h后進(jìn)行試驗(yàn)。所有試件均采用50mm /min的加荷速率測(cè)定間接抗拉強(qiáng)度。當(dāng)兩組試件的劈裂強(qiáng)度比< 80%時(shí),便認(rèn)為瀝青混合料水敏感性不合格,則應(yīng)添加抗剝落劑并重新進(jìn)行上述試驗(yàn),直至TSR≥80%時(shí)為止。
在SHRP研究期間,還開(kāi)發(fā)了一種凈吸附試驗(yàn)方法,用來(lái)評(píng)價(jià)瀝青-集料的兼容性。SHRP研究計(jì)劃中評(píng)價(jià)瀝青-集料兼容性采用的是用紫外分光光度計(jì)來(lái)量測(cè)瀝青與集料的粘附性。此方法是基于在瀝青- 水-礦料體系中,礦料表面對(duì)瀝青有吸附作用以及遇水后水對(duì)瀝青的置換作用使瀝青薄膜剝落這一特性,將一定粒級(jí)的礦料放入瀝青- 甲苯溶液中一段時(shí)間,則會(huì)有一部分瀝青吸附在礦料表面上,之后向?yàn)r青- 甲苯溶液中加入一定量的水,那么水就會(huì)對(duì)吸附在礦料表面上的瀝青進(jìn)行置換。這一系列的過(guò)程會(huì)使瀝青甲苯溶液中瀝青的濃度改變,用分光光度計(jì)測(cè)出濃度,即可算出礦料對(duì)瀝青的吸附量及加水后瀝青的剝落量,從而可以計(jì)算出礦料表面上的瀝青的剝落率或吸附率,以表征瀝青與礦料的粘附性?，F(xiàn)將凈吸附試驗(yàn)方法簡(jiǎn)述如下: 1)瀝青膠結(jié)料甲苯溶液,分出一部分溶液,稀釋,然后用紫外分光光度計(jì)測(cè)定初始吸附讀數(shù)。
將一定量的瀝青甲苯溶液加入小于4175 mm的集料中,并在振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)約6h。2)從燒瓶中倒出一部分溶液,稀釋,測(cè)定其6h吸附讀數(shù)。3)向燒瓶中加水,再振動(dòng)至少8h,使其充分解吸。4)從燒瓶中取出一部分溶液,稀釋,測(cè)定水解吸后的吸附讀數(shù)。5)計(jì)算并得出凈吸附百分率。
此種評(píng)價(jià)礦料- 瀝青兼容性的方法是一種將兼容性量化的方法。它受外界因素干擾較小,同傳統(tǒng)的水煮法、水浸法等方法相比,更具有客觀性,因此是一種較為科學(xué)的評(píng)價(jià)方法,值得推廣使用。但同時(shí)更應(yīng)注意試驗(yàn)條件和試驗(yàn)操作的嚴(yán)格性和統(tǒng)一性,以保證試驗(yàn)結(jié)果的精確。
3 結(jié)論
(1)瀝青混合料和瀝青路面施工質(zhì)量及一些外部因素可能會(huì)導(dǎo)致瀝青路面水損害,其主要因素主要有:路面排水系統(tǒng)不健全,路面壓實(shí)度不足,瀝青路面結(jié)構(gòu)型式選用不合理,路面離析等。
(2)現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范關(guān)于水損害的三個(gè)指標(biāo),即粘附性大于4級(jí)強(qiáng)度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度大于80%,以及簡(jiǎn)化洛特曼法間接抗拉強(qiáng)度比TSR≥70%,存在一些缺陷,還控制不了水損害。
(3)AASHTO T 283利用空隙率為7%的試件來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),模擬剛施工好的路面空隙率,更為科學(xué)合理,真空飽水條件更為嚴(yán)密,加上凍融循環(huán),適合作為南方多雨有冰凍地區(qū)抗水損害的指標(biāo)。
(4)抗剝落劑能改善瀝青混合料抗水害能力,提高瀝青混合料抗水損害能力指標(biāo)TSR的值,但抗剝落劑(液體和石灰添加劑)對(duì)集料和瀝青有選擇性。因此,不能輕易得出某種抗剝落劑好或不好的結(jié)論,應(yīng)通過(guò)周密的試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)行篩選。
(5)即使通過(guò)了AASHTO T283 的TSR ≥80%的要求,也只表明這種混合料水損害潛在的危險(xiǎn)較小,還要有健全的排水系統(tǒng)、通過(guò)良好的壓實(shí)等其他措施來(lái)保證。
參考文獻(xiàn)
[1] 沙慶林. 高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防.2001.
