2013公路监理师考点:沥青路面水损害的研究

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　　1、概述

　　沥青路面的破坏形式主要表现为车辙、低温开裂和疲劳开裂，从60年代以来，几乎大多数与沥青路面研究有关的课题也集中在这三大破坏形式上。近年来，另外两种破坏形式――水损害和反射裂缝也逐渐引起人们的注意，也已形成世界性范围的问题。我国在这方面的研究还很少，还没有引起人们足够的重视。直至最近，一些高等级公路发生了较为严重的水损害问题，也到了重视水损害问题的时候了。

　　沪宁高速公路自1996年9月通车，1998年有些路段出现了泛油现象，开始时颜色较浅，并拌有轻微沉陷。随着时间的推移，特别是长期下雨后，路面的颜色愈来愈黑，并出现轮迹处路面向两边推挤而隆起，轮迹处继续沉陷，再发展，靠近轮迹的隆起部分破损，很快就出现松散、坑洞。松散的集料表面光溜溜的，沥青膜已剥落贻尽。这是典型水损害现象。

　　通常水损害产生的原因有下列几种：――路面排水系统不健全;

　　――路面压实度不足;

　　――路面离析;

　　――其它：集料表面粉尘太多。

　　沪宁高速公路江苏段沥青路面上面层级配采用AC-16B型，其级配比部颁规范中AC-16I型粗，上面层空隙率大，易渗水。而原路面没有设计排水结构层，只是希望在上面层和中面层之间排水，同时在路肩上设置了碎石盲沟，通过碎石盲沟将上、中面层间的水排出。事实上，由上面层渗入的水，无法从碎石盲沟排出，而长期滞留在路面中(天晴后数日，仍可看到在车轮的作用下，从路面缝中冒出水)或通过中、下面层空隙以及裂缝渗到中、下面层。在车轮荷载作用下，部分路面水变成有压水，特别在夏季，温水加剧了集料上沥青膜的剥离，造成路面松散脱落。

　　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%，当施工完毕，大多数要求达到92%的最大理论密度，也就是说，空隙率为8%，2～3年后，可以认为是达到了设计空隙率。路面没有压好，空隙率高于8%，就易渗水，就会引起路面松散。研究表明：空隙率在8%～12%之间的路面是水损害最容易发生的区域，小于8%水不容易进去，而大于12% 水很容易流走，但必须要设置排水的结构层。

　　沪宁路路面压实度按马歇尔密度控制，所检验的若干试验段的数据如表1所示。从这些数据可看出，压实度普遍不足，这是由于马歇尔密度控制路面压实度所造成的。

　　两种压实度标准合格率比较表　　　　　　表1

　　马歇尔密度

　　96%　最大理论密度

　　92%　马歇尔密度

　　97%　最大理论密度

　　93%

　　常州段上面层　100　33　0　0

　　苏州A标(一) 上面层　100　100　43　43

　　苏州A标(二) 上面层　80　80　50　50

　　苏州A标(三) 上面层　100　80　40　20

　　南京G标下面层　100　100　100　93

　　南京G标中面层　100　100　100　100

　　镇江F标上面层　83　50　17　17

　　镇江F标下面层　100　94　94　44

　　从表1中可以看出，常州段路面压实度尽管均满足交通部标准96%，无一不合格，但如果用最大理论密度92%去衡量，有67%的密度不合格;若要用93%的最大理论密度去衡量，则100%不合格。

　　表1中苏州A标第三试铺段也表明，96%的马歇尔密度无一不合格;若用92%的最大理论密度作标准，仍有20%的路段密度不合格;如用93%的最大理论密度作标准，则有80%的路段不合格。

　　除了上述原因外，我们在“沪宁高速公路沥青和沥青混合料路用性能评估”课题研究中发现，沪宁路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JTJ032的关于水损害技术指标，但满足不了美国Superpave规范的要求，仍不能防止水损害的破坏。现将研究的主要内容介绍给大家，希望能引起注意。

　　2、我国现行规范

　　关于沥青混合料水损害的技术指标我国沥青混合料技术指标不足以防止水损害，沪宁路在施工时，严格按照交通部行业标准《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032)执行，即：

　　(1)按水煮法试验所有的集料与沥青的粘附性都大于4级;

　　(2)按马歇尔试验所有的沥青混合料残留稳定度均大于80%.

　　为什么都满足了交通部技术规范，仍发生了水损害，除了上面论述的一些原因之外，还有一个原因是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，与路面水损害并没有建立起很好的关系。

　　对于集料与沥青的粘附性指标来说，这个指标存在着三个致命的缺陷：

　　(1)是否有不同粘附性等级与路面水损害关系的长期性能观测资料，这些资料是否已表明粘附性大于等于4级就不会产生水损害，事实上这种关系没有建立。

　　(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，省高速公路指挥部曾请两家较为权威的单位测试玄武岩，结果是一个3级，一个5级，充分说明这种试验结果作为规范技术指标是不科学的。

　　(3)水煮法只使用了9.5～13.2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。

　　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， ASTM D 3625-91名称为“水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准试验方法”，而ASTM D3625-96则改成“水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准实践”。 这里有重要差别，试验方法是对一种材料、一个产品、 一个体系或一种服务的一个或多个性质、特征的确认、测量与评价，会产生试验结果。 而实践就不同了，它是对一种操作、一种功能给出一种明确的方法，并不产生试验结果。从标准试验方法改变成标准实践，对水煮法的作用也更明确了，它不产生定量试验结果，ASTM D3625-91“水煮法评定水对沥青裹复集料影响的标准试验方法”，将裹复程度与标准剥落率相比较分为0-100% 10等，业主们有的将95%、有的将90%作为接收标准，新版方法已去掉这些叙述。因而也不能作为拒绝或接收混合料的标准。

　　美国ASTM D3625-95水煮法用厂拌混合料，进行煮沸用于现场肉眼判断两种集料与沥青的粘附性。D3625-95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，D3625明确表明，水煮法与路面现场水损害的关系尚未建立。

　　再拿沥青混合料残留浸水马歇尔稳定度技术指标来说，也存在着致命的弱点。

　　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为3%～5%，水很难浸入，也更难浸入沥青膜与集料之间，没有足够的水，谈何水损害?如果要用残留马歇尔稳定度技术指标，也得让空隙率接近现场空隙率，也就是说试件空隙率应在6%～8%之间。

　　最近，在“公路沥青路面设计规范”(JTJ014-97)中已增加了使用简化的洛特曼试验方法作为沥青混合料水稳定性指标。

　　水损害主要是发生在我国南方多雨潮湿地区，而气温低于-21.5℃的北方，降雨量较少，水损害不应是一个严重问题，倒是南方多雨潮湿地区再加上冰冻的地区，十分需要一个更能反映混合料水损害特性的技术指标，这个指标就是用AASHTO T283试验的结果――间接抗拉强度比来表征。[Page]

　　3、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。

　　Superpave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。

　　事实上Superpave的指标不是新东西，它完全挪用了美国在八十年代进行的全国公路联合攻关项目(NCHRP)的研究成果，虽然AASHTO T283不是一个十全十美的方法，但在九十年代初期已是全美国普遍接受的试验方法。初期TSR各州规范不一，有的州要求TSR≥70%，有的州 TSR≥80%，目前Superpave统一规范为TSR≥80%.

施工组织：房建，市政，道桥，水利，岩土，隧道

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