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【转载】浅谈沥青路面渗水问题的分析和解决途径  

2015-08-25 23:43:11|  分类: 工程建设 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  青路面具有成本低、易维护,有良好的力学性能、行车舒适、安全等优点,被广泛应用于我国高等级公路的建设。但是由于沥青路面的早期破坏现象时有发生,使得长期从事施工的技术人员十分困惑,主要原因是沥青路面复杂性及结构设计和施工质量控制等存在模糊认识,工期、效益压力造成精细施工不足,在建成通车后不久,因气候、交通流量及行车荷载等诸多外界因素,发生早期破坏。从我们长期从事南方省份的施工来看,早期破坏最为常见、最为严重的就是水损坏现象,这越来越引起广大公路工程技术人员的关注。
  沥青路面的水损坏,究其根本是由路面渗水造成的。沥青路面的早期损坏基本上都与水有关,主要表现为在通车后的第一个雨季,沥青路面出现不同程度的车辙、表面松散、坑洞等损坏。这种现象在南方多雨地区尤其明显,因此,深入研究分析沥青路面的渗水特性、变化规律、及影响沥青路面渗水性能的各项因素,对优化工序措施保证沥青路面质量,提高沥青路面使用性能具有重要的意义。
  
  沥青路面的渗水机理及危害
  
  水损害是沥青混凝土路面公认的早期主要病害,一般在通车后的第一个雨季沥青混凝土路面所出现的一种或多种病害如:坑槽、表面松散、龟裂等。近年来的国内外的研究表明,路面的水损害由渗入沥青表层或深部的水分引起,主要表现物理、化学两个方面的危害。
  沥青路面是依赖沥青结合料将集料粘结、嵌挤在一起。水对路面材料的破坏主要表现就是破坏集料同沥青的粘结力,造成沥青的剥落。造成粘结力下降原因有多种,主要如下:
  (1)水力冲刷。路面渗水时,行车车辆轮胎前面的水可能被挤进混合料的孔隙中,当车辆通过时轮胎后面又将水分吸出,这个压/拉循环就是沥青剥离的力学原因。开口孔隙、孔隙的连通之处都会出现这种冲刷作用。更为严重的是压实不良的路面,被交通车辆压实后,进入孔隙中的水分被封闭,造成孔隙水压力,温度升高时会有膨胀应力加速水的冲刷破坏,温度低结冰会发生冻胀破坏。水对路面的破坏还表现在水可以透过逐步损坏的面层而进入面层同基层的交界面上,导致路面深部的冲刷、唧泥等早期损坏现象。一旦面层同基层脱离,路面同基层之间的抗剪力急剧降低,导致整个路面的强度发生破坏。
  (2)置换作用。由于水的极性很强,沥青与集料间的化学粘结相对较弱,在常温环境下,水分的渗透作用远强于沥青。即使沥青将集料全部裹复,但尖角或粗糙处的沥青膜非常的薄,水也能渗透薄膜到集料表面,破坏沥青同集料的粘结,发生沥青薄膜破裂现象。一旦路面渗水,水分进入路面空隙而很难流出,驻留在路面里的水分就会在集料的表面发生置换作用。
  
  路面渗水原因分析及解决途径
  
  路面的渗水问题是个综合的问题,影响因素较多,包括混合料配合比设计,原材料选择及质量控制,拌和站拌和,施工摊铺、碾压和路面厚度等,故需要全面地来进行解决,单一从某个方面着手很难收到理想的效果。
  2.1 混合料配合比设计
  首先从设计角度就重视解决路面渗水问题,在沥青混合料的配合比设计中,尽量选择石灰岩等碱性石料,矿粉要选用优质矿粉并掺加20%的消石灰,加强与沥青的粘附性。空隙率一定要适中,控制为4>5之间。空隙率太小,细集料会将粗集料骨架撑开,易出现泛油和车辙现象或过压现象,碾压中粗骨料压碎严重,影响路面的抗滑性能;空隙率过大,沥青混合料容易出现缝隙,容易造成路面渗水。粉胶比控制在1.1>1.5之间,保证沥青混合料具有良好的施工性能和路面不易发生开裂。所以,沥青混合料路面的防渗水设计通用的做法是:选择粗中细三种级配进行设计试验,用车辙大试件进行渗水试验,以渗水指标进行优选。再通过试拌试铺进行验证、调整,直至得到满意的沥青路面路用性能为止。
  2.2 从原材料质量控制可能造成的渗水
  原材料质量的好坏是保证沥青路面质量的前提。施工中一定要加强沥青路面原材料的控制包括对粗集料、细集料、沥青、矿粉等的质量管理和检查。目前,我国公路沥青路面用的碎石因工期紧张,存在多家供料的现象,规格不一,碎石粉尘含量超标严重,导致沥青路面品质不稳定,在现场易出现离析,离析也是造成渗水的主要原因之一。因此,原材料要从源头抓起,沥青路面用的碎石必须统一集中生产,采用先进的锥式或反击式破碎机生产工艺,严格筛分,不合格的碎石绝不用于沥青路面施工。拌和站要有混凝土硬化,排水良好,防止运输和转运过程带入泥土;细集料要有防雨棚;料堆要有苫布,防止二次粉尘污染和雨水浸泡石料;这些措施是为了减少拌和料中的残余含水量,是拌和出优异性能混合料的基础,同时为拌和站大量的节能。优先选用碱性石料,因其与沥青的化学吸附作用强,同时在沥青掺加抗剥离剂,以改善沥青和集料的粘结性。沥青最好选择低针入度、高软化点、高粘度的优质沥青,含蜡高的沥青不宜使用,还可以对沥青掺加各种不同类型的改性剂来提高沥青的粘附性,即使用改性沥青。
  2.3 从施工工艺解决路面渗水
  实际工程中的缺陷往往是一个小的问题造成的,而且最终产品是经过严格工艺过程才能实现,所以精细施工是十分必要的。渗水的问题也要从施工工艺的角度来进行解决,在沥青路面施工过程中,各道工序都应严格把关,以有效减少混合料材料离析和温度离析,确保沥青面层均匀。沥青混合料在拌和、运输、摊铺过程中都会出现一定的离析,施工中如不认真处理,摊铺的面层就会存在不均匀性,特别是在粗集料较多的位置,沥青混凝土的空隙率较大,路面渗水就愈严重。
  (1)拌和:经常检查搅拌机中的相关部件,如拌叶等,并严格控制加热温度、搅拌时间和拌和工艺,注意观察混合料中是否有明显骨料分离、花白料现象,如发现,应查明原因,及时处理。
  (2)运输:运输车辆的运力应能保证大于拌和机产量,车辆装料时需按照前、后、中的顺序移动装料以减少离析。适当平整运输通道,降低行驶速度,使运输过程中尽量减少颠簸,另外对沥青拌和料要采取保温措施,尤其是较长距离的运输,应加盖蓬布等。
  (3)摊铺:尽量采用具有大直径、低转速螺旋布料器的摊铺机,降低螺旋布料器的高度,并使混合料的高度超过螺旋布料器,这样可以提高螺旋布料器的输送率,降低转速,减少不同物料颗粒之间的惯性差异。另外还要控制摊铺的宽度,最好不超过6>7m,摊铺宽度较大时,应采用梯队摊铺,这样可以降低离析,保证摊铺的均匀性。施工中如仍发现不均匀现象,进行人工处治。其次,保证摊铺机匀速连续作业也是十分关键的,拌和站与摊铺机产量要匹配,要加强前后场的信息反馈。为此,除正确调整设备的结构参数和运行参数外,使用具有现场二次搅拌功能的混合料再拌转运车是非常有效的办法,它既避免了以往自卸车与摊铺机的直接接触又保证了给摊铺机受料斗的连续供料。
  (4)碾压:沥青面层碾压不充分,压实度达不到要求,空隙率会超过7%,路面较易渗水。因此,适当的压实度对保证渗水指标十分重要,根据空隙率的设计,压实度宜控制在98%。在面层施工过程中,常常由于碾压时混合料温度偏低,碾压不及时,施工操作不规范或片面追求表面平整度等原因,造成路面压实度不足,路面空隙率偏大,致使路面渗水,导致早期破坏。施工天气不好时,要尽量避免夜间施工。
  碾压过程注意合理选择合适的组合,各碾压工序使用的压实机械搭配要合理。最新的做法是尽量在路线的前进方向振动,反向碾压时静压,加强胶轮碾压。前进振动可强化集料对行车抵抗的排列。胶轮的搓揉作用可弥合混合料表面的微裂纹,有助于表面的防渗。初压时应均匀地向光轮上喷洒雾状水,以免热拌和温度料粘附在光轮上影响路面的平整度。碾压温度的把握十分重要:碾压温度过高,易发生碾压过程开裂、推移现象;温度偏低,会加大粒料之间的内部磨擦阻力,形成局部开裂、松散、不平整等。碾压速度也应符合技术要求,压路机启动和停止需缓慢,不得突然刹车、旋转调头、大角度斜行等;回压时应在无制动停机后进行。
  2,4 采用新材料加强防渗
  研究表明,路面碾压的压实度是路中向路侧递减的,造成了尤其是中央分隔带近侧渗水较大,而路中压实好,这就形成“拦水坝”效应,水由中央分隔带近侧进入路面后,会滞留在超车道,造成超车道靠路中一侧易出现水损害。为此,我们在施工中采取用路面强化剂,对中央分隔带近侧进行防水处理,收到很好的效果。
  
  结 语
  
  总之,沥青路面渗水是引起沥青路面早期破损的一个重要因素,只有将施工水平不断提高,精细施工,实行全面质量管理,通过严格控制原材料质量、采用先进的技术手段合理选择混合料配比、采用新材料、增强沥青和集料的粘结力等措施,可以有效防止路面渗水的发生,提供性能优异的沥青路面。 (霍 炬)
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