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瀝青路面水損害的研究

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標簽:市政道路工程, 瀝青路面水損害的研究,http://www.nvlbio.live
瀝青路面水損害的研究
賈 渝          張全庚
【江蘇省交通科學研究院 南京 210017】  【江蘇寧滬高速公路股份有限公司 南京 210004】
摘 要:本文根據"滬寧路瀝青和瀝青混合料路用性能研究"課題的研究成果,論述了瀝青路面水損害的原因,指出了我國瀝青路面規范的不足,介紹了Superpave水敏感性指標--AASHTO T283"壓實瀝青混合料水損害試驗方法"的試驗與結果。
關鍵詞:瀝青路面 水損害 試驗 研究
1 概述
  瀝青路面的破壞形式主要表現為車轍、低溫開裂和疲勞開裂,從60年代以來,幾乎大多數與瀝青路面研究有關的課題也集中在這三大破壞形式上。近年來,另外兩種破壞形式——水損害和反射裂縫也逐漸引起人們的注意,也已形成世界性范圍的問題。我國在這方面的研究還很少,還沒有引起人們足夠的重視。直至最近,一些高等級公路發生了較為嚴重的水損害問題,也到了重視水損害問題的時候了。
  滬寧高速公路自1996年9月通車,1998年有些路段出現了泛油現象,開始時顏色較淺,并拌有輕微沉陷。隨著時間的推移,特別是長期下雨后,路面的顏色愈來愈黑,并出現輪跡處路面向兩邊推擠而隆起,輪跡處繼續沉陷,再發展,靠近輪跡的隆起部分破損,很快就出現松散、坑洞。松散的集料表面光溜溜的,瀝青膜已剝落貽盡。這是典型水損害現象。
  通常水損害產生的原因有下列幾種:
  ——路面排水系統不健全;
  ——路面壓實度不足;
  ——路面離析;
  ——其它:集料表面粉塵太多。
  滬寧高速公路江蘇段瀝青路面上面層級配采用AC-16B型,其級配比部頒規范中AC-16I型粗,上面層空隙率大,易滲水。而原路面沒有設計排水結構層,只是希望在上面層和中面層之間排水,同時在路肩上設置了碎石盲溝,通過碎石盲溝將上、中面層間的水排出。事實上,由上面層滲入的水,無法從碎石盲溝排出,而長期滯留在路面中(天晴后數日,仍可看到在車輪的作用下,從路面縫中冒出水)或通過中、下面層空隙以及裂縫滲到中、下面層。在車輪荷載作用下,部分路面水變成有壓水,特別在夏季,溫水加劇了集料上瀝青膜的剝離,造成路面松散脫落。
  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。大多數瀝青混合料設計空隙率為3%~5%,當施工完畢,大多數要求達到92%的最大理論密度,也就是說,空隙率為8%,2~3年后,可以認為是達到了設計空隙率。路面沒有壓好,空隙率高于8%,就易滲水,就會引起路面松散。研究表明:空隙率在8%~12%之間的路面是水損害最容易發生的區域,小于8%水不容易進去,而大于12%水很容易流走,但必須要設置排水的結構層。
滬寧路路面壓實度按馬歇爾密度控制,所檢驗的若干試驗段的數據如表1所示。從這些
數據可看出,壓實度普遍不足,這是由于馬歇爾密度控制路面壓實度所造成的。
兩種壓實度標準合格率比較表      表1
  馬歇爾密度
96% 最大理論密度
92% 馬歇爾密度
97% 最大理論密度
93%
常州段上面層 100 33 0 0
蘇州A標(一) 上面層 100 100 43 43
蘇州A標(二) 上面層 80 80 50 50
蘇州A標(三) 上面層 100 80 40 20
南京G標下面層 100 100 100 93
南京G標中面層 100 100 100 100
鎮江F標上面層 83 50 17 17
鎮江F標下面層 100 94 94 44
  從表1中可以看出,常州段路面壓實度盡管均滿足交通部標準96%,無一不合格,但如果用最大理論密度92%去衡量,有67%的密度不合格;若要用93%的最大理論密度去衡量,則100%不合格。
  表1中蘇州A標第三試鋪段也表明,96%的馬歇爾密度無一不合格;若用92%的最大理論密度作標準,仍有20%的路段密度不合格;如用93%的最大理論密度作標準,則有80%的路段不合格。
  除了上述原因外,我們在"滬寧高速公路瀝青和瀝青混合料路用性能評估"課題研究中發現,滬寧路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范JTJ032的關于水損害技術指標,但滿足不了美國Superpave規范的要求,仍不能防止水損害的破壞,F將研究的主要內容介紹給大家,希望能引起注意。
2 我國現行規范關于瀝青混合料水損害的技術指標
  我國瀝青混合料技術指標不足以防止水損害,滬寧路在施工時,嚴格按照交通部行業標準《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ032)執行,即:
 。1)按水煮法試驗所有的集料與瀝青的粘附性都大于4級;
 。2)按馬歇爾試驗所有的瀝青混合料殘留穩定度均大于80%。
  為什么都滿足了交通部技術規范,仍發生了水損害,除了上面論述的一些原因之外,還有一個原因是規范本身的關于粘附性指標以及混合料殘留馬歇爾穩定度的指標,與路面水損害并沒有建立起很好的關系。
  對于集料與瀝青的粘附性指標來說,這個指標存在著三個致命的缺陷:
 。1)是否有不同粘附性等級與路面水損害關系的長期性能觀測資料,這些資料是否已表明粘附性大于等于4級就不會產生水損害,事實上這種關系沒有建立。
 。2)粘附性等級用水煮法試驗評價,水煮法試驗結果受人為主觀因素影響太大,省高速公路指揮部曾請兩家較為權威的單位測試玄武巖,結果是一個3級,一個5級,充分說明這種試驗結果作為規范技術指標是不科學的。
 。3)水煮法只使用了9.5~13.2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。
  美國材料與試驗協會 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, ASTM D 3625-91名稱為"水煮法評定水對瀝青裹復集料影響的標準試驗方法",而ASTM D3625-96則改成"水煮法評定水對瀝青裹復集料影響的標準實踐"。 這里有重要差別,試驗方法是對一種材料、一個產品、 一個體系或一種服務的一個或多個性質、特征的確認、測量與評價,會產生試驗結果。 而實踐就不同了,它是對一種操作、一種功能給出一種明確的方法,并不產生試驗結果。從標準試驗方法改變成標準實踐,對水煮法的作用也更明確了,它不產生定量試驗結果,ASTM D3625-91"水煮法評定水對瀝青裹復集料影響的標準試驗方法",將裹復程度與標準剝落率相比較分為0-100% 10等,業主們有的將95%、有的將90%作為接收標準,新版方法已去掉這些敘述。因而也不能作為拒絕或接收混合料的標準。
  美國ASTM D3625-95水煮法用廠拌混合料,進行煮沸用于現場肉眼判斷兩種集料與瀝青的粘附性。D3625-95并不是一種試驗方法,而是一

種標準實踐,它本身并不產生試驗結果,D3625明確表明,水煮法與路面現場水損害的關系尚未建立。
  再拿瀝青混合料殘留浸水馬歇爾穩定度技術指標來說,也存在著致命的弱點。
  75次馬歇爾擊實儀雙面擊實,試件空隙率已達到設計空隙率為3%~5%,水很難浸入,也更難浸入瀝青膜與集料之間,沒有足夠的水,談何水損害?如果要用殘留馬歇爾穩定度技術指標,也得讓空隙率接近現場空隙率,也就是說試件空隙率應在6%~8%之間。
  最近,在"公路瀝青路面設計規范"(JTJ014-97)中已增加了使用簡化的洛特曼試驗方法作為瀝青混合料水穩定性指標。
  水損害主要是發生在我國南方多雨潮濕地區,而氣溫低于-21.5℃的北方,降雨量較少,水損害不應是一個嚴重問題,倒是南方多雨潮濕地區再加上冰凍的地區,十分需要一個更能反映混合料水損害特性的技術指標,這個指標就是用AASHTO T283試驗的結果--間接抗拉強度比來表征。
3 美國Superpave關于水損害的技術指標
  美國公路戰略研究計劃(SHRP)瀝青課題的主要研究成果--Superpave,產生了一個膠結料規范、一個混合料設計方法和瀝青混合料性能評估。
  Superpave混合料設計方法中關于瀝青混合料水敏感性評價,應用于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。
  事實上Superpave的指標不是新東西,它完全挪用了美國在八十年代進行的全國公
路聯合攻關項目(NCHRP)的研究成果,雖然AASHTO T283不是一個十全十美的方法,但在九十年代初期已是全美國普遍接受的試驗方法。初期TSR各州規范不一,有的州要求TSR≥70%,有的州TSR≥80%,目前Superpave統一規范為TSR≥80%。

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