摘 要 论述了沥青路面水损害的原因,介绍了美国Superpave水敏感性指标———AASHTO T283“压实沥青混合料水损害试验方法”的试验与结果,提出了改善现状的几项措施。
关键词 沥青路面 水损害
1 概述
沥青路面的破坏形式很多,主要表现为车辙、低温开裂和疲劳开裂三大破坏形式。近年来,水损害和反射裂缝也逐渐引起人们的注意。水损害主要是由于进入沥青路面的自由水在车轮荷载作用下,变成有压水并往复运动,使集料上沥青膜的逐渐剥离而造成的。水损害产生的原因如下。
(1)路面排水系统不健全,虽在工程设计时也采取了措施,但往往由于综合考虑力度不够,路面排水效果并不明显。在多数路面工程中,由于上面层渗入的自由水无法及时、顺利排出,长期滞留在路面,或通过中、下面层空隙以及裂缝渗到中、下面层和下面层与基层的交界面上,形成水损害。
(2)路面压实度不足是早期水损害最普遍的原因。研究表明,热拌沥青混合料4% ～5%的空隙率就认为是不透水的,也就是说与水损害无关。大多数沥青混合料设计空隙率为3% ～5% ,当选用4%作为配合比设计的空隙率时,在压实度为96%和98%,现场空隙率将达到8%和6%,空隙率高于8%,就易渗水,就会引起路面松散水害。
(3)沥青路面结构形式选用不合理:我国现行规范中,密级配沥青混凝土基本类型分Ⅰ型和Ⅱ型两大类。其中, Ⅰ型沥青混凝土的空隙率为3% ～6%, Ⅱ型沥青混凝土的空气率达到6% ～10%。如果假定现场压实度都达到96% ,则Ⅰ型沥青混凝土的现场空隙率最小约7% ,最大接近10%; Ⅱ沥青混凝土现场空气率可高达约14%。可以看出,在防水渗透方面Ⅰ型要理想得多。
(4)沥青混凝土混合料离析,直接导致沥青混合料实际级配与设计的严重偏差,造成路面透水系数显著增加,引发沥青混凝土路面水损害的发生。
2 沥青混凝土水损害的防治思路
(1)问题的引出:我国交通部规范《公路沥青路面施工技术规范》( JTJ032)中规定: 按水煮法试验所有的集料与沥青的粘附性都大于4级;按马歇尔试验所有的沥青混合料残留稳定度均大于80%。这就产生了两个问题: 1)为什么都满足了交通部技术规范,仍发生了水损害; 2)规范本身的关于粘附性指标以及混合料残留马歇尔稳定度的指标,与路面水损害之间的关系如何。同时,我们在许多工程实践中也发现,沥青混合料的水敏感性指标,虽完全满足我国沥青路面施工规范的水损害技术指标,但仍不能防止水损害的破坏。这说明我国现行规范规定的技术标准,不能完全解决沥青混凝土水损害的问题。
对于集料与沥青的粘附性指标来说,部颁规范存在着三个方面的缺陷: 1)缺少不同粘附性等级与路面水损害关系的定性指标,即是否在满足了粘附性大于等于4 级就不会产生水损害。2)粘附性等级用水煮法试验评价,水煮法试验结果受人为主观因素影响太大,容易产生人为偏差。3)水煮法只使用了915～1312 的粗集料,事实上,部分细集料为砂,与沥青粘附性较差,但并没有评价。
75次马歇尔击实仪双面击实,试件空隙率已达到设计空隙率( 3% ～5% ) ,水很难浸入,也更难浸入沥青膜与集料之间,残留马歇尔稳定度指标已经不能真正表征沥青混合料的抗水害能力。
美国材料与试验协会ASTM D 3625 - 96“水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准实践”是一个值得推荐的方法。美国ASTM D3625 - 96水煮法是用厂拌混合料进行煮沸,用于现场肉眼判断两种集料与沥青的粘附性。D3625 - 96并不是一种试验方法,而是一种标准实践,它本身并不产生试验结果,只是直观地展现一下沥青对集料的裹复情况。
由此可见,必须有一个能够真实反映沥青混合料水损害特性的技术指标,才可以满足实际需要。美国Superpave 混合料设计方法中间接抗拉强度比———TSR,就是一个比较合适的表征指标。
(2)美国Superpave关于水损害的技术指标:美国公路战略研究计划( SHRP)沥青课题的主要研究成果———Superpave,产生了一个胶结料规范、一个混合料设计方法和沥青混合料性能评估指标。Su2perpave混合料设计方法中关于沥青混合料水敏感性评价,应用于AASHTO T283“压实沥青混合料水损害试验方法”,并要求间接抗拉强度比( TSR) ≥80%作为沥青混合料水敏感性评价指标。
AASTHO T283的试验方法是用SGC旋转压实仪成型6个试件,试件的孔隙率控制在(7 ±1) %之内。6个试件按空隙率大致相等分成二组,每组三个,其中一组采用非条件试验,另一组采用条件试验。非条件试验是将试件放在塑料袋里封好,放入25℃水浴中至少2h后进行试验。条件试验是先将试件放在水中加真空(254～660mmHg) 5～10min,然后让试件在常压下使试件饱水率达到55%～80%,在( - 18 ±2) ℃条件下冷冻处理16h后,放在(60 ±1) ℃的水浴中24h,最后再放入25℃水浴中2h后进行试验。所有试件均采用50mm /min的加荷速率测定间接抗拉强度。当两组试件的劈裂强度比< 80%时,便认为沥青混合料水敏感性不合格,则应添加抗剥落剂并重新进行上述试验,直至TSR≥80%时为止。
在SHRP研究期间,还开发了一种净吸附试验方法,用来评价沥青-集料的兼容性。SHRP研究计划中评价沥青-集料兼容性采用的是用紫外分光光度计来量测沥青与集料的粘附性。此方法是基于在沥青- 水-矿料体系中,矿料表面对沥青有吸附作用以及遇水后水对沥青的置换作用使沥青薄膜剥落这一特性,将一定粒级的矿料放入沥青- 甲苯溶液中一段时间,则会有一部分沥青吸附在矿料表面上,之后向沥青- 甲苯溶液中加入一定量的水,那么水就会对吸附在矿料表面上的沥青进行置换。这一系列的过程会使沥青甲苯溶液中沥青的浓度改变,用分光光度计测出浓度,即可算出矿料对沥青的吸附量及加水后沥青的剥落量,从而可以计算出矿料表面上的沥青的剥落率或吸附率,以表征沥青与矿料的粘附性。现将净吸附试验方法简述如下: 1)沥青胶结料甲苯溶液,分出一部分溶液,稀释,然后用紫外分光光度计测定初始吸附读数。
将一定量的沥青甲苯溶液加入小于4175 mm的集料中,并在振动台上振动约6h。2)从烧瓶中倒出一部分溶液,稀释,测定其6h吸附读数。3)向烧瓶中加水,再振动至少8h,使其充分解吸。4)从烧瓶中取出一部分溶液,稀释,测定水解吸后的吸附读数。5)计算并得出净吸附百分率。
此种评价矿料- 沥青兼容性的方法是一种将兼容性量化的方法。它受外界因素干扰较小,同传统的水煮法、水浸法等方法相比,更具有客观性,因此是一种较为科学的评价方法,值得推广使用。但同时更应注意试验条件和试验操作的严格性和统一性,以保证试验结果的精确。
3 结论
(1)沥青混合料和沥青路面施工质量及一些外部因素可能会导致沥青路面水损害,其主要因素主要有:路面排水系统不健全,路面压实度不足,沥青路面结构型式选用不合理,路面离析等。
(2)现行沥青路面施工技术规范关于水损害的三个指标,即粘附性大于4级强度、浸水马歇尔稳定度大于80%,以及简化洛特曼法间接抗拉强度比TSR≥70%,存在一些缺陷,还控制不了水损害。
(3)AASHTO T 283利用空隙率为7%的试件来进行试验,模拟刚施工好的路面空隙率,更为科学合理,真空饱水条件更为严密,加上冻融循环,适合作为南方多雨有冰冻地区抗水损害的指标。
(4)抗剥落剂能改善沥青混合料抗水害能力,提高沥青混合料抗水损害能力指标TSR的值,但抗剥落剂(液体和石灰添加剂)对集料和沥青有选择性。因此,不能轻易得出某种抗剥落剂好或不好的结论,应通过周密的试验设计来进行筛选。
(5)即使通过了AASHTO T283 的TSR ≥80%的要求,也只表明这种混合料水损害潜在的危险较小,还要有健全的排水系统、通过良好的压实等其他措施来保证。
参考文献
[1] 沙庆林. 高速公路沥青路面早期破坏现象及预防.2001.
