所謂瀝青路面水損害,是指瀝青路面在有孔隙水的工作條件下,由于交通動荷載和溫濕脹縮的反復(fù)作用,進入路面孔隙的水不斷產(chǎn)生動水壓力或真空負壓抽吸的循環(huán)作用,致使水分逐漸侵入瀝青與集料的界面,造成瀝青膜從集料表面剝落、瀝青混合料內(nèi)部逐漸喪失粘結(jié)力、路面結(jié)構(gòu)使用性能下降,并伴隨麻面、松散、掉粒、坑洞或唧漿、網(wǎng)裂、轍槽等病害發(fā)生,同時誘發(fā)其他路面病害的損壞現(xiàn)象。
針對水損害這個世界性難題,國內(nèi)外道路科研工作者對其形成機理、影響因素,評價水損害的試驗方法、指標及水損害的控制、防治等各個方面都進行過系統(tǒng)研究。
一、水損壞現(xiàn)象的類型及其作用機理瀝青路面較為普遍的水損害現(xiàn)象有麻面、松散、掉粒、坑洞、唧漿、網(wǎng)裂、轍槽等。
1.松散類:路表麻面、松散、掉粒、坑洞瀝青面層在孔隙水壓力的反復(fù)作用下,使瀝青膜從集料表面剝落、混合料中的集料相互之間喪失粘結(jié)力而逐漸變軟直至松垮,導(dǎo)致麻面、松散現(xiàn)象;在局部松散處,松散的集料顆粒逐漸掉粒、流失進而形成大小不一的坑洞。
2.裂縫類:唧漿、網(wǎng)裂、坑洞半剛性基層基頂結(jié)合料與從路表連通孔隙及裂縫處下滲的水混合,在行車荷載的反復(fù)作用下,產(chǎn)生的高速動水壓力沖刷基頂形成灰漿并從裂縫中被擠壓而出形成了唧漿現(xiàn)象;隨著基層結(jié)合料的逐漸流失,面層也隨著底部脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生而形成沉陷、網(wǎng)裂,進而發(fā)展成坑洞。
3.變形類:轍槽在行車荷載作用下,滯留在面層內(nèi)的水使集料特別是粗集料表面裹覆的瀝青膜逐漸剝落,瀝青混合料強度不斷損失直至完全松散。行車輪跡帶下不僅出現(xiàn)了壓縮變形現(xiàn)象,而且產(chǎn)生了嚴重的剪切破壞現(xiàn)象,輪下松散的瀝青混合料向兩側(cè)擠出并鼓起,在輪跡帶下形成車轍。轍槽內(nèi)有時還伴隨著唧漿和網(wǎng)裂現(xiàn)象。
4.凍融循環(huán)破壞在冰凍地區(qū)或季節(jié)性冰凍地區(qū),由于水凝聚結(jié)冰時體積增大,在瀝青混合料內(nèi)部會產(chǎn)生很大的膨脹力,致使混合料內(nèi)部粘結(jié)力下降;而當其融化時,又滯留于路面層內(nèi),在行車荷載作用下加速瀝青膜的剝落。在路表,冰雪融水進入瀝青混合料內(nèi)部,在行車荷載和凍融循環(huán)的反復(fù)作用下產(chǎn)生破壞。而在下面層,當基礎(chǔ)有較多的細粒土和孔隙時,冬季特有的毛細水使水分逐漸積聚在基層頂面,春融期過飽和的水進入下面層孔隙,在荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生剝落現(xiàn)象和基頂沖刷。
總的來說,水損害的根本原因在于水的作用致使瀝青對集料的粘附性能喪失,瀝青膜從礦料表面脫落,而造成這種結(jié)果的兩個關(guān)鍵性因素是水和外力的作用。
二、水損壞產(chǎn)生的原因及影響瀝青路面水穩(wěn)定性的因素導(dǎo)致瀝青膜剝落產(chǎn)生水損壞的原因可從以下幾方面進行分析。
1.瀝青與集料的粘附性能瀝青與集料的粘附性主要受自身性質(zhì)的影響。如瀝青與礦料的化學成分,瀝青與礦料表面的界在張力,瀝青的粘性,礦料的空隙率,礦料的含水量和含泥量等。研究表明,若粘附性不足4級以上,瀝青膜容易脫離,造成路面水損害。
2.瀝青路面施工時的孔隙率美國Zube對密級配瀝青混合料孔隙率與透水性的研究以及Brown和Collins等在喬治亞州對離析混合料的研究表明,當瀝青路面的孔隙率在8%(相當于設(shè)計孔隙率為4%而壓實度為96%的情況)以下時,混合料的透水性很小,幾乎不透水。
而在我國,高等級瀝青路面施工時普遍存在以下問題:現(xiàn)場孔隙率普遍偏大,多分布在8%~15%的范圍內(nèi);路面壓實不足,孔隙率加大;瀝青混合料離析導(dǎo)致路面局部壓實不均勻,即細集料集中的部位往往瀝青含量偏多,孔隙率過小,而粗集料集中的部位則孔隙率過大。這都為水的滲入提供了條件。
3.瀝青路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水在道路工程中,人們比較重視路基和路界地表范圍內(nèi)的排水,采取的措施也很多。但是對于路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的排水則重視不夠,甚至基本沒有考慮。我國高等級公路普遍采用半剛性基層,路面設(shè)計時一般不考慮路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水,普遍設(shè)計了埋置式路緣石、砌筑式路肩、漿砌擋墻,這些都妨礙了由各種途徑侵入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分排出。
針對水損害這個世界性難題,國內(nèi)外道路科研工作者對其形成機理、影響因素,評價水損害的試驗方法、指標及水損害的控制、防治等各個方面都進行過系統(tǒng)研究。
一、水損壞現(xiàn)象的類型及其作用機理瀝青路面較為普遍的水損害現(xiàn)象有麻面、松散、掉粒、坑洞、唧漿、網(wǎng)裂、轍槽等。
1.松散類:路表麻面、松散、掉粒、坑洞瀝青面層在孔隙水壓力的反復(fù)作用下,使瀝青膜從集料表面剝落、混合料中的集料相互之間喪失粘結(jié)力而逐漸變軟直至松垮,導(dǎo)致麻面、松散現(xiàn)象;在局部松散處,松散的集料顆粒逐漸掉粒、流失進而形成大小不一的坑洞。
2.裂縫類:唧漿、網(wǎng)裂、坑洞半剛性基層基頂結(jié)合料與從路表連通孔隙及裂縫處下滲的水混合,在行車荷載的反復(fù)作用下,產(chǎn)生的高速動水壓力沖刷基頂形成灰漿并從裂縫中被擠壓而出形成了唧漿現(xiàn)象;隨著基層結(jié)合料的逐漸流失,面層也隨著底部脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生而形成沉陷、網(wǎng)裂,進而發(fā)展成坑洞。
3.變形類:轍槽在行車荷載作用下,滯留在面層內(nèi)的水使集料特別是粗集料表面裹覆的瀝青膜逐漸剝落,瀝青混合料強度不斷損失直至完全松散。行車輪跡帶下不僅出現(xiàn)了壓縮變形現(xiàn)象,而且產(chǎn)生了嚴重的剪切破壞現(xiàn)象,輪下松散的瀝青混合料向兩側(cè)擠出并鼓起,在輪跡帶下形成車轍。轍槽內(nèi)有時還伴隨著唧漿和網(wǎng)裂現(xiàn)象。
4.凍融循環(huán)破壞在冰凍地區(qū)或季節(jié)性冰凍地區(qū),由于水凝聚結(jié)冰時體積增大,在瀝青混合料內(nèi)部會產(chǎn)生很大的膨脹力,致使混合料內(nèi)部粘結(jié)力下降;而當其融化時,又滯留于路面層內(nèi),在行車荷載作用下加速瀝青膜的剝落。在路表,冰雪融水進入瀝青混合料內(nèi)部,在行車荷載和凍融循環(huán)的反復(fù)作用下產(chǎn)生破壞。而在下面層,當基礎(chǔ)有較多的細粒土和孔隙時,冬季特有的毛細水使水分逐漸積聚在基層頂面,春融期過飽和的水進入下面層孔隙,在荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生剝落現(xiàn)象和基頂沖刷。
總的來說,水損害的根本原因在于水的作用致使瀝青對集料的粘附性能喪失,瀝青膜從礦料表面脫落,而造成這種結(jié)果的兩個關(guān)鍵性因素是水和外力的作用。
二、水損壞產(chǎn)生的原因及影響瀝青路面水穩(wěn)定性的因素導(dǎo)致瀝青膜剝落產(chǎn)生水損壞的原因可從以下幾方面進行分析。
1.瀝青與集料的粘附性能瀝青與集料的粘附性主要受自身性質(zhì)的影響。如瀝青與礦料的化學成分,瀝青與礦料表面的界在張力,瀝青的粘性,礦料的空隙率,礦料的含水量和含泥量等。研究表明,若粘附性不足4級以上,瀝青膜容易脫離,造成路面水損害。
2.瀝青路面施工時的孔隙率美國Zube對密級配瀝青混合料孔隙率與透水性的研究以及Brown和Collins等在喬治亞州對離析混合料的研究表明,當瀝青路面的孔隙率在8%(相當于設(shè)計孔隙率為4%而壓實度為96%的情況)以下時,混合料的透水性很小,幾乎不透水。
而在我國,高等級瀝青路面施工時普遍存在以下問題:現(xiàn)場孔隙率普遍偏大,多分布在8%~15%的范圍內(nèi);路面壓實不足,孔隙率加大;瀝青混合料離析導(dǎo)致路面局部壓實不均勻,即細集料集中的部位往往瀝青含量偏多,孔隙率過小,而粗集料集中的部位則孔隙率過大。這都為水的滲入提供了條件。
3.瀝青路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水在道路工程中,人們比較重視路基和路界地表范圍內(nèi)的排水,采取的措施也很多。但是對于路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的排水則重視不夠,甚至基本沒有考慮。我國高等級公路普遍采用半剛性基層,路面設(shè)計時一般不考慮路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水,普遍設(shè)計了埋置式路緣石、砌筑式路肩、漿砌擋墻,這些都妨礙了由各種途徑侵入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分排出。