高速公路早期水损害防治措施研究(4稿全稿)选编.doc

PAGE  PAGE 60 第一章 绪 论 §1－1 课题的提出及研究意义 近年来我国高速公路得到了飞速发展，截止到2002年，我国的公路总里程达176万公里，位居世界第四，其中高速公路总里程达2.52万公里，仅次于美国，位居第二[42]。由于沥青路面具有无接缝、低噪音、易维修等优点，因此在已建成的高速公路中有90％以上采用的是沥青混凝土路面。尽管沥青路面都是按照规范进行设计施工的，但有一些高速公路在建成通车后不久，短的几个月，长的2～3年，就出现了水损害破坏。沥青路面的这种早期水损害已成为我国高速公路沥青路面最严重的病害之一。 所谓水损害是指沥青路面在水或冻融循环的作用下，由于汽车车轮动态荷载的作用，进入路面空隙中的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的反复循环作用，水分逐渐渗入沥青与集料的界面上，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力，沥青膜从石料表面脱落（剥离），沥青混合料掉粒、松散，继而形成沥青路面的坑槽、推挤变形等损坏现象[1]。 沥青路面早期水损害在我国具有普遍性。早期人们普遍认为沥青路面的早期水损害只发生在多雨炎热的南方，如今在东北地区如吉林、辽宁等地也出现了沥青路面早期的水损害现象[2]，这使人们对沥青路面早期水损害有了新的认识，即无论在南方还是北方都会出现沥青路面早期水损害。此外据资料表明[4]，在我国已建成并使用一年以上的高速公路中，无论是采用半刚性路面、刚性组合式还是刚性路面，无论是对酸性石料还是碱性石料，无论是采用重交通石油沥青还是采用改性沥青和加抗剥落剂的SMA，都出现了不同程度的早期水损害现象。 沥青路面的早期水损害也是一个世界性的问题。在美国、加拿大、英国、日本等国家也同样出现了沥青路面早期水损害问题。许多国家投入了大量的人力物力对水损害问题进行了专题研究，如SHRP路面长期性能研究专家小组（LTPP Expert Group）和加拿大运输协会（Transportation Association of Canada）都曾经对沥青路面早期水损害进行了专题研究（SHRP Bulletin 1998 / TAC Technical Bulletin 1999），并取得了许多研究成果[3]。但由于沥青路面早期水损害的影响因素极其复杂，至今没有一个国家能从根本上解决早期水损害，还有许多问题没有得到解决，需要继续不断地深入研究。 由于沥青路面早期水损害来得比较快，对高速公路的服务水平产生较大的影响，而且直接间接经济损失巨大，社会影响严重，因此系统研究沥青路面早期水损害的防治和防止措施有着重大的经济和社会意义。 §1－2 沥青路面常见的早期水损害破坏形式及破坏机理 一、早期水损害破坏形式 经过多年的研究和生产实践，我国高速公路沥青路面多采用强基薄面结构形式，即由半刚性基层作为汽车荷载的主要承重层，沥青面层只是作为结构层。在这种结构形式下，高速公路沥青路面中常见的水损害破坏形式有以下几种： 1．唧浆 水透过沥青面层（两层或三层式）并滞留在半刚性基层的顶面，在大量快速行车作用下自由水产生很大压力，成为动水。在动水的冲刷作用下，基层表面的粉质部分如水泥、石灰、粉煤灰及土质变成为稀浆，在荷载的作用下稀浆通过路面的各种缝隙被挤出至路表，即产生唧浆破坏（如图1－2－1）。这种破坏现象是水损害最为明显的标志，通常发生在雨后或雪融后且基层采用二灰类、水泥类半刚性基层上。 图1－2－1 唧浆 唧浆几乎在每条高速公路都有发生，在南方潮湿多雨地区尤为突出。 2．形变和网裂 滞留在表面层和中面层的水，在大量行车荷载的作用下，使得这两层中部分碎石上的沥青剥落。石料上的沥青一旦剥落，在荷载的作用下表面层就会产生形变和网裂（如图1－2－2）。现场开挖也能看到，在网裂下面的沥青混合料中许多碎石上的沥青已经剥落或仅残留一点无粘接力的油膜。 图1－2－2 网裂 3．松散 存留在面层的水分浸入到沥青与集料的界面，由于水的剥离作用使得沥青和集料之间的粘结力和粘附作用下降甚至完全丧失，导致强度急剧下降甚至完全丧失，混合料中的碎石成松散状（图1－2－3）。 图1－2－3 松散 4．坑洞 沥青混凝土一旦松散，在大量的快速行车荷载作用下松散的石料被车轮甩出或被雨水带走，就会产生坑洞（图1－2－4）。而且坑洞一旦产生，很快就从小坑洞发展成大的坑槽。 图1－2－4 坑洞 5．辙槽 自由水浸入沥青面层后，使沥青和集料的粘聚力和粘附性减弱，在行车荷载的作用下，粗集料碎石表面裹附的沥青膜逐渐剥落，使沥青混凝土的强度逐渐丧失，直至完全松散。在行车轮迹下不但产生压缩形变，而且产生剪切形变，轮下松散的沥青混凝土挤向两侧（主要是外侧），使轮迹下陷，两侧拥起，形成辙槽（图1－2－5）。这种破坏现象主要发生在行车道上。 图1－2－5 辙槽 以上的早