高速公路路面改建工程沥青路面早期水损坏的原

引言

高速公路沥青路面的早期水损坏一直是困扰着研究者和建设者的问题，交通部针对这一问题还专门印发了《关于防治高速公路沥青路面早期损坏的的指导意见》，足以显示出国家层面对这一问题的重视。伴随着我国高速公路新建高峰的过去，维修养护高峰的到来，由于几乎所有的高速公路维修养护期间仍需要保证通行，维修养护工作只能在封闭一幅路面或者一个车道的情况下进行，这就成倍地增加了另一幅路面或者其他车道的交通量，又加上我国绝大多数高速公路都是以重载交通为主，在多雨的季节沥青路面容易导致水损坏，这些条件的综合作用下沥青路面早期水损坏防治工作显得更加艰巨。通过大量的现场调查及室内试验对比分析，认为造成沥青路面早期水损坏的原因是多方面的。

1. 沥青路面水损坏机理

沥青路面水损坏的发生和发展，一方面是在水或冻融循环条件下，由于汽车荷载动态作用，进入路面空隙中的水不断承受动水压力的反复循环作用，逐渐渗入沥青与集料的界面，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从集料表面脱落，沥青混合料出现松散现象，继而形成沥青路面的坑槽、松散等损坏；另一方面则依赖沥青混合料自身的水损坏抵抗能力，主要取决于矿料的性质，沥青与矿料之间相互作用的性质，沥青混合料的空隙率及沥青膜的厚度等，如果是沥青混合料自身的水损坏抵抗能力差则容易发生沥青路面的水损坏。所以分析沥青路面的水损害机理，必须从以下两个关键方面予以考虑：一、水分渗入道路沥青混合料内部，使水分侵入到沥青-集料界面上；二、沥青与集料粘附性不足[1]。

2. 沥青路面水损坏原因分析

2.1路面空隙率过大

沥青路面渗水，混合料的空隙率过大是主要原因，雨水通过空隙渗入到沥青路面中，在行车荷载的作用下，产生动水压力，在动水压力的作用下，水不断冲刷沥青混合料，使得沥青从集料表面上剥落。因此防止渗水，关键是控制空隙率。

造成沥青路面空隙率过大的原因多方面的，例如：混合料级配有问题、摊铺离析、碾压功不足、碾压温度不足、自卸车里的废料摊铺进路面等。

2.1.1无核密度仪均匀性检测

应用无核密度仪对界阜蚌高速公路一、二期改建后的沥青路面上面层进行均匀性检测，检测频率为纵向2米一个断面、横向间隔每米1点进行路面密度测试，检测结果见表1。

表1 无核密度仪检测空隙率分布表
桩号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
365+520左	14.1	13.8	5.1	4.0	3.0	3.1	2.9	3.3	7.2	9.3	4.6	15.3
365+522左	13.4	2.2	4.9	5.0	5.8	4.0	3.5	5.2	6.4	4.7	3.2	6.3
365+524左	9.3	5.1	5.6	3.8	5.9	4.7	2.4	2.1	5.6	8.7	4.7	11.1
365+526左	9.2	1.8	5.0	4.1	6.2	3.6	2.8	1.7	6.0	4.1	5.6	7.8
365+528左	6.4	2.7	5.2	6.2	7.7	8.0	3.7	1.5	4.5	5.2	3.0	12.6
365+530左	5.5	2.5	5.0	3.8	4.8	3.8	2.5	2.4	6.0	5.8	5.3	8.5
365+532左	10.7	3.8	4.8	4.7	5.5	3.4	3.5	1.8	4.6	3.9	4.3	8.4
365+534左	11.6	3.3	4.9	4.3	6.1	4.7	4.4	2.8	5.2	3.5	3.4	10.8
365+536左	10.4	3.7	4.0	4.5	4.6	3.9	3.8	2.7	5.5	4.2	4.5	8.8
365+538左	9.0	3.5	4.9	4.1	6.2	4.2	2.4	2.9	6.4	5.1	3.6	7.3
365+540左	10.1	2.1	4.1	3.9	4.5	3.0	2.5	3.3	4.4	4.2	4.0	10.7
365+542左	15.8	3.3	5.0	4.7	7.8	7.7	3.9	3.5	5.9	4.6	4.1	6.8
365+544左	15.7	4.2	3.7	4.8	4.1	3.7	2.7	1.8	4.5	5.2	4.5	12.8
365+546左	7.6	2.8	4.5	3.7	3.4	3.9	3.7	2.5	4.8	5.0	4.0	11.5

表1的检测结果显示：

（1）路面的边缘空隙率过大，远远大于一般认为的7%这个临界空隙率。

（2）路面中间有局部空隙率大于7%。

2.1.2路面坑槽调查

对界阜蚌高速公路改建完成后路面坑槽病害进行调查，调查结果见表2。

表2 某高速公路坑槽病害调查表
顺序号	幅别	车道	桩号	病害类型
1	左幅	路肩	K292+180.	坑槽
2	左幅	行车道	K297+600.	坑槽
3	右幅	行车道	K306+300.	坑槽
4	左幅	路肩	K316+200.	坑槽
5	右幅	行车道	K318+900.	坑槽
6	左幅	路肩	K319+374.	坑槽
7	右幅	行车道	K320+500.	坑槽
8	右幅	行车道	K327+500.	坑槽
9	左幅	行车道	K322+100.	坑槽
10	左幅	路肩	K335+860.	坑槽
11	左幅	路肩	K350+300.	坑槽

表2的调查结果显示：坑槽只出现在行车道和路肩上。由于本条高速公路为国家高速公路网的主干线，在最近的一次交通量组成调查中，货车占65.7%，中大型货车和拖挂车比例高达42.3%。这样的交通组成对行车道路面的抗水损坏能力是极大的考验，行车道上的坑槽和重载车辆所形成的巨大的动水压力关系密切。结合表1，路面边缘过大的空隙率和表2中路肩上的坑槽关系密切。

2.1.3废料倾倒的地方压实度检测

在某高速公路路面改建工程的施工过程中，笔者针对承包人在进行沥青路面施工的过程中随意将自卸车车厢的角落和车厢壁上的余料倾倒在下承层上并直接摊铺进路面中的情况，在8个倾倒余料的地方做下标记，随后取芯测试压实度，检测结果见表3。

表3 废料摊铺进路面处空隙率表
测点	1	2	3	4	5	6	7	8
空隙率	10.2	9.8	11.1	6.7	7.4	9.9	10.3	9.7

表3的检测结果显示：在测试的8个点上有7个点的空隙率过大。结合表1，路面中部有成块的地方空隙率过大和余料倾倒在下承层上并直接摊铺进路面造成的局部离析有着密切的关系。

2.2集料泥土含量过高

若是集料中含有较多的泥土，再加上堆放过程中不注意防水，使得土粒牢牢粘结在石屑表面，虽经干燥筒烘干吸尘也难以排走，结果影响沥青混合料的品质。泥土含量过高一方面泥土减小了沥青与集料之间的接触面积，降低了粘附性；另一方面集料中的泥土阻断了沥青与集料的接触，为水的渗透提供了通道，使沥青容易从集料上剥落[2]。

下面通过试验来说明石料中泥土对沥青混合料水稳定性的影响。试验中使用的的粉尘是从拌和楼热料中筛分出来的，矿粉为石灰岩矿粉，在亲水系数试验中粉尘占填料的比例分别为0%，20%，40%，60%，100%，试验结果见表4。

表4 粉尘含量对填料亲水系数的影响
粉尘含量	0%	20%	40%	60%	100%
亲水系数	0.62	0.64	0.69	0.83	1.07

图1 填料中的粉尘含量和亲水系数关系图

从上表的试验结果可以看出：0%的粉尘+100%的矿粉作为填料试验方案的亲水系数为0.62，表明填料与沥青结合料的粘附性能良好；40%的粉尘+60%的矿粉作为填料试验方案的亲水系数为0.69，表明填料与沥青结合料的粘附性能有所下降；之后，随着粉尘含量的进一步提高，亲水系数急剧增大。

从上图可以看出：当拌和楼热料的粉尘占填料的比例超过40%以后，填料与沥青结合料的粘附性能急剧下降。在高速公路沥青路面施工中应当把拌和楼热料的粉尘占填料的比例控制在40%以下。具体地来说，上面层AC13混合料的油石比一般在5%左右，根据最佳粉胶比在1.2-1.4这个范围，矿料中0.075mm筛孔的通过率一般应设定在6%左右，矿粉的用量应保证在4%以上，拌和楼热料的粉尘占矿料的质量百分数应控制在2%以下。

2.3路面油类污染

路面施工过程中，摊铺机、压路机、运料车等工程机械都可能存在柴油或者机油滴漏的情况，钢轮压路机和胶轮压路机上涂抹的隔离剂也有可能会污染路面，在桥头伸缩缝、路面边缘护栏的施工中，也可能存在交叉施工中工程机械滴漏的柴油或者机油污染路面的情况。另外，由于是便通行边施工，先开通运营段落受社会车辆漏泄柴机油污染也会出现松散离析，在遇到阴雨潮湿天气就会出现水损坏导致坑槽。

3. 结论

（1）路面的压实度整体不足会给沥青路面的水损坏留下隐患，应从混合料级配设计、碾压温度、碾压功率等多个方面保证路面整体的压实度，在压实度的控制中尤其重视最大理论密度控制办法，把路面空隙率控制在3%-7%范围内；

（2）路面局部离析或者压实不足造成局部空隙率过大，容易引起水损坏，应通过对摊铺机的改进、摊铺机收斗频率的控制、废料的集中处理、加强路面边缘的碾压保证路面局部不出现空隙率过大的情况，在离析的控制中可以考虑采用无核密度仪和激光纹理仪等无损检测设备；

（3）集料的生产、储存造成的含泥量过大，拌和楼除尘系统差也是引起路面出现水损坏的重要原因，路面用的进场集料要保证清洁，粗集料的含泥量不能超过1%，机制砂的0.075筛孔的通过率不能超过12.5%，集料储存的时候要注意防水，在有条件的情况下，不仅要对机制砂实行大棚遮雨，还要对粗集料实行大棚遮雨储存，最后拌和楼热料中的粉尘占填料的比例应控制在40%以下；

（4）工程机械的柴油、机油滴漏以及隔离剂使用不当也是出现水损坏的重要原因，要防止沥青路面施工、其他交叉施工中柴油、机油滴漏以及隔离剂使用不当造成的对沥青路面的污染。加强对社会车辆管理，避免其在已放行沥青路面上停车修理，对社会通行车辆机械故障导致漏泄柴机油现象予以责任追究。

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