摘 要 論述了瀝青路面水損害的原因,介紹了美國Superpave水敏感性指標———AASHTO T283“壓實瀝青混合料水損害試驗方法”的試驗與結(jié)果,提出了改善現(xiàn)狀的幾項措施。
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)為車轍、低溫開裂和疲勞開裂三大破壞形式。近年來,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入瀝青路面的自由水在車輪荷載作用下,變成有壓水并往復運動,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)計時也采取了措施,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法及時、順利排出,長期滯留在路面,或通過中、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%的空隙率就認為是不透水的,也就是說與水損害無關(guān)。大多數(shù)瀝青混合料設(shè)計空隙率為3% ～5% ,當選用4%作為配合比設(shè)計的空隙率時,在壓實度為96%和98%,現(xiàn)場空隙率將達到8%和6%,空隙率高于8%,就易滲水,就會引起路面松散水害。
(3)瀝青路面結(jié)構(gòu)形式選用不合理:我國現(xiàn)行規(guī)范中,密級配瀝青混凝土基本類型分Ⅰ型和Ⅱ型兩大類。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到6% ～10%。如果假定現(xiàn)場壓實度都達到96% ,則Ⅰ型瀝青混凝土的現(xiàn)場空隙率最小約7% ,最大接近10%; Ⅱ瀝青混凝土現(xiàn)場空氣率可高達約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,直接導致瀝青混合料實際級配與設(shè)計的嚴重偏差,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)問題的引出:我國交通部規(guī)范《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》( JTJ032)中規(guī)定: 按水煮法試驗所有的集料與瀝青的粘附性都大于4級;按馬歇爾試驗所有的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均大于80%。這就產(chǎn)生了兩個問題: 1)為什么都滿足了交通部技術(shù)規(guī)范,仍發(fā)生了水損害; 2)規(guī)范本身的關(guān)于粘附性指標以及混合料殘留馬歇爾穩(wěn)定度的指標,與路面水損害之間的關(guān)系如何。同時,我們在許多工程實踐中也發(fā)現(xiàn),瀝青混合料的水敏感性指標,雖完全滿足我國瀝青路面施工規(guī)范的水損害技術(shù)指標,但仍不能防止水損害的破壞。這說明我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的技術(shù)標準,不能完全解決瀝青混凝土水損害的問題。
對于集料與瀝青的粘附性指標來說,部頒規(guī)范存在著三個方面的缺陷: 1)缺少不同粘附性等級與路面水損害關(guān)系的定性指標,即是否在滿足了粘附性大于等于4 級就不會產(chǎn)生水損害。2)粘附性等級用水煮法試驗評價,水煮法試驗結(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,事實上,部分細集料為砂,與瀝青粘附性較差,但并沒有評價。
75次馬歇爾擊實儀雙面擊實,試件空隙率已達到設(shè)計空隙率( 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)定度指標已經(jīng)不能真正表征瀝青混合料的抗水害能力。
美國材料與試驗協(xié)會ASTM D 3625 - 96“水煮法評定水對瀝青裹復集料影響的標準實踐”是一個值得推薦的方法。美國ASTM D3625 - 96水煮法是用廠拌混合料進行煮沸,用于現(xiàn)場肉眼判斷兩種集料與瀝青的粘附性。D3625 - 96并不是一種試驗方法,而是一種標準實踐,它本身并不產(chǎn)生試驗結(jié)果,只是直觀地展現(xiàn)一下瀝青對集料的裹復情況。
由此可見,必須有一個能夠真實反映瀝青混合料水損害特性的技術(shù)指標,才可以滿足實際需要。美國Superpave 混合料設(shè)計方法中間接抗拉強度比———TSR,就是一個比較合適的表征指標。
(2)美國Superpave關(guān)于水損害的技術(shù)指標:美國公路戰(zhàn)略研究計劃( SHRP)瀝青課題的主要研究成果———Superpave,產(chǎn)生了一個膠結(jié)料規(guī)范、一個混合料設(shè)計方法和瀝青混合料性能評估指標。Su2perpave混合料設(shè)計方法中關(guān)于瀝青混合料水敏感性評價,應(yīng)用于AASHTO T283“壓實瀝青混合料水損害試驗方法”,并要求間接抗拉強度比( TSR) ≥80%作為瀝青混合料水敏感性評價指標。
AASTHO T283的試驗方法是用SGC旋轉(zhuǎn)壓實儀成型6個試件,試件的孔隙率控制在(7 ±1) %之內(nèi)。6個試件按空隙率大致相等分成二組,每組三個,其中一組采用非條件試驗,另一組采用條件試驗。非條件試驗是將試件放在塑料袋里封好,放入25℃水浴中至少2h后進行試驗。條件試驗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后進行試驗。所有試件均采用50mm /min的加荷速率測定間接抗拉強度。當兩組試件的劈裂強度比< 80%時,便認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行上述試驗,直至TSR≥80%時為止。
在SHRP研究期間,還開發(fā)了一種凈吸附試驗方法,用來評價瀝青-集料的兼容性。SHRP研究計劃中評價瀝青-集料兼容性采用的是用紫外分光光度計來量測瀝青與集料的粘附性。此方法是基于在瀝青- 水-礦料體系中,礦料表面對瀝青有吸附作用以及遇水后水對瀝青的置換作用使瀝青薄膜剝落這一特性,將一定粒級的礦料放入瀝青- 甲苯溶液中一段時間,則會有一部分瀝青吸附在礦料表面上,之后向瀝青- 甲苯溶液中加入一定量的水,那么水就會對吸附在礦料表面上的瀝青進行置換。這一系列的過程會使瀝青甲苯溶液中瀝青的濃度改變,用分光光度計測出濃度,即可算出礦料對瀝青的吸附量及加水后瀝青的剝落量,從而可以計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)將凈吸附試驗方法簡述如下: 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測定初始吸附讀數(shù)。
將一定量的瀝青甲苯溶液加入小于4175 mm的集料中,并在振動臺上振動約6h。2)從燒瓶中倒出一部分溶液,稀釋,測定其6h吸附讀數(shù)。3)向燒瓶中加水,再振動至少8h,使其充分解吸。4)從燒瓶中取出一部分溶液,稀釋,測定水解吸后的吸附讀數(shù)。5)計算并得出凈吸附百分率。
此種評價礦料- 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的評價方法,值得推廣使用。但同時更應(yīng)注意試驗條件和試驗操作的嚴格性和統(tǒng)一性,以保證試驗結(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導致瀝青路面水損害,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)于水損害的三個指標,即粘附性大于4級強度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度大于80%,以及簡化洛特曼法間接抗拉強度比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%的試件來進行試驗,模擬剛施工好的路面空隙率,更為科學合理,真空飽水條件更為嚴密,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。
(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TSR的值,但抗剝落劑(液體和石灰添加劑)對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)通過周密的試驗設(shè)計來進行篩選。
(5)即使通過了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較小,還要有健全的排水系統(tǒng)、通過良好的壓實等其他措施來保證。
參考文獻
[1] 沙慶林. 高速公路瀝青路面早期破壞現(xiàn)象及預(yù)防.2001.
