高速公路路面早期损坏的原因分析与防治对策 第3页
1.2 原因分析
1.2.1 沥青混合料设计中的一些问题
1） 马歇尔法设计混合料没有考虑集料对沥青的吸收
目前我们所使用的任何集料或多或少都对沥青有吸收作用, 有些集料对沥青的吸收还相当严重。但目前在沥青混合料设计近年来, 我国高等级公路中沥青路面发生早期破坏的现象越来越多, 开放交通3～ 5 a, 有的甚至1～ 2 a即开始修复, 这与要求的设计使用年限15～ 20 a 相差甚远。这种现象如果继续下去, 将对公路建设的社会效益和经济效益产生很大的不利影响。因为不论公路建设的规模如何大, 也不论公路建设的速度如何快, 投入
了巨大的资金却保证不了公路的使用寿命将是最可悲的。因此, 实际修筑的路面能否达到使用寿命是最关键的, 这也是公路建设质量的主题。所以在公路建设的各项工作中都应当把使用寿命摆在首位。纵观目前我国高等级公路沥青路面早期损坏的现状, 其原因是多方面的, 也是很复杂的。它既受到设计、施工和材料等技术方面的客观因素的影响, 也受到人为的主观因素方面的影响。笔者通过几年来对公路施工质量的实际检查并结合对相关规范和技术资料的研究, 在这里提出一些影响路面使用寿命, 导致路面出现早中却没有考虑集料对沥青的吸收。由于现在沥青混合料的设计大多数采用体积分析法进行, 这种方法中最为重要的控制参数是沥青含量和压实混合料的空隙。若在实际混合料设计中不考虑集料的吸收问题, 就不能实现正确的体积分析, 因而造成沥青用量偏小而实际空隙率偏大, 使水和空气容易进入或水在车轮作用下形成动水压力直接影响了沥青路面的耐久性, 导致了路面的早期损坏。
2）沥青饱和度范围在规范中没有提出在进行混合料设计时应取上限还是应取下限
限的选定对按照我国目前规范设计出的混合料势必造成一定的影响。沥青饱和度公式V FA =V A/（V A + V V）,
VM A = V A + V V (即矿料间隙率) 为压实混合料矿料颗粒间的空隙体积率, 为空气空隙率V a与未被集料吸收的有效沥青体积率之和。如果VM A太大, 在施工过程中易发生沥青的析漏现象; 如果VM A 太小, 混合料将会发生热稳性不足的问题。所以说VM A 对混合料的性能具有很大的影响, 在沥青混合料设计规范中规定的VM A 最小值是为了保证具有足够沥青含量, 在实际中应至少大1～ 2 个百分点, 相当于考虑了集料对沥青的吸收,这样就有利于沥青路面的耐久性。而V FA 是VM A 与V a 函数, VM A 的增大使V FA 趋于下限, 因此选取规范中的下限是比较合理的。为了防止车辙和泛油, 也为了提高粘结力和耐久性, 我国规范条文说明中的矿粉和沥青的用量之比(即粉胶比) 为1～ 112, 但在实际生产中混合料的设计粉胶比远远超过这个最高限值112。这至少是由于以下。两原因所致:
① 设计规范中没有明确说明沥青用量是总的沥青用量还是有效沥青用量。在混合料配合比设计中, 工地试验人员参照规范要求把矿粉用量定为6% , 而沥青用量多为5% 左右, 粗看似乎满足粉胶比112 的要求, 但实际上忽略了集料吸收沥青的因素, 致使混合料沥青含量偏少, 根本达不到最佳沥青用量。
② 集料中也含有小于01075 mm 的矿粉, 因此01075 mm 含量超过6% , 使粉胶比超过112 的要求,造成混合料松散, 耐久性差, 寿命短。这两种原因使胶浆没有形成薄膜包裹在集料周围而只形成填料, 这就改变了其实质的作用, 使集料之间的粘结力降低, 在重交通作用下出现细集料随车轮转动而与路面分离的现象, 致使路面破坏。
3） 改性沥青中改性剂的掺用量
沥青作为混合料的重要有机胶凝材料, 沥青的各项物理指标和化学性质对整个路面状况有着重要的影响, 而指标和性质又追溯到了沥青的组分, 沥青的化学组分分析是将沥青分离为化学性质相近, 而且与路用性能有一定联系的几个组分, 在《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTJ 052- 2000) 有三组分法和四组分法。现以四组分法为例说明沥青的四个组分的相对含量对沥青胶凝作用的影响, 沥青的四组分包括饱和分、芳香分、胶质及沥青质。对其分析研究认为饱和分含量的增加可以使沥青的稠度降低, 胶质和沥青质的含量的增加可以使沥青的粘度提高, 于是出现了在基质沥青中掺入SBS 高聚物来改变沥青组分的相对含量, 并以此改善沥青的胶凝作用的新工艺, 进而提高路面的的耐久性。然而在实际中就出现了这样的问题, 使用了改性沥青后路面仍会发生车辙、水损坏等不良现象。究其原因, 一是许多试验室没有结合本地区材料的实际情况通过试配来确定SBS 用量, 而是采用3% 这个经验用量; 二是试验室人员只考虑经济性, 而对SBS用量机理并不了解。
在这里通过引用广东省交通科学研究所的实验数据, 做出两对关系曲线图如图1、图2, 以便更加直观地了解SBS 的用量机理和最佳效果的用量范围。图1、图2 说明, 在掺入了合适比例的SBS 后, 可以使沥青稠度和粘度得到提高。同时也反映出了SBS用量范围的高限可达716% , 这也说明3% 的用量是偏低的。我们在生产实际中应当按照既要满足将来路面的耐久性, 又要满足工程经济性的要求来选择合理的SBS 用量。
图1 饱和分含量和SBS 剂量的关系
图2 改性沥青中胶质及沥青质含量的变化与SBS 剂量的关系
4） 压实度的计算和理论密度的测定方法有一定偏差
压实度的计算正确与否影响到整个工程的质量,而压实度又受理论密度的影响较大。
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