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高溫、潮濕地區的瀝青路麵破壞的原因分析

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高溫、潮濕地區的瀝青路麵破壞的原因分析

發布日期:2015-11-11 14:52 來源:http://www.cn-kdkj.com 點擊:

瀝青路麵在雲南的使用和破壞情況

 

瀝青路麵具有行車平穩、舒適、噪音低、養護方便、易於回收再生利用等優點瀝青路麵承建,在國內外公路中作為路麵的主要結構類型被廣泛采用。在雲南省的公路路麵結構中90%以上也是采用瀝青路麵。90年代後雲南省開始大力發展高等級公路,十多年來,在高等級公路瀝青路麵修築及養護中在路麵結構、材料、設計、施工和檢測技術研究方麵都取得了較好的成績,施工質量和工藝水平也有了較大提高,多種改性瀝青混合料的推廣應用也使得路麵的耐久性能得到了較大的提高。但是,路麵的早期破壞仍然是瀝青路麵鋪築和養護過程中急需解決的一個難題。雲南省瀝青路麵早期破壞現象集中表現為水損害和車轍。省內多條公路鋪築完麵層後,通車不久路麵就產生了程度不同的水損害。隨著時間的推移,特別是長期下雨後,水透入表麵層後滯留在表麵層的下部與下層的交界麵上,瀝青剝落從麵層的底麵開始並逐漸向上擴展。一旦下部較大碎石上的瀝青被剝落下來,下部瀝青混凝土就失去強度,在大量行駛車輛作用下,麵層產生網裂和形變。在雲南省瀝青路麵另一嚴重的破壞現象表現為車轍,隨著交通量不斷增大以及車輛行駛的渠化,瀝青路麵在行車荷載的反複作用下產生豎向永久變形的積累而導致表麵出現車轍。

 

雲南省瀝青路麵發生早期破壞的原因分析

 

早期破壞現象調查

 

省內某公路全長25km,是昆曼公路雲南境內的其中一部分,於1998年改造完工投入使用,總投資2億元,按汽車二級專用線設計,路麵設計年限12年。該路位於雲南省西雙版納傣族自治州,屬熱帶向亞熱帶過渡地帶,氣候終年溫暖濕潤,年平均降雨量達1700mm以上,而每年5月至10月的雨季期間降雨量占全年的85%以上。多雨、潮濕的氣候環境加速了路麵的破壞,在交付後使用兩年多的時間開始出現路麵早期破壞現象,使用不到5年的時間該段路路麵出現了大麵積破壞。

 

某高速公路主要通過雲南省“滇西紅層”地質山嶺重丘區,工程及水文地質情況十分複雜。由於沿線地質條件差,公路超限運輸嚴重,通車後約2年左右的時間就出現了嚴重的病害。該路在許多大縱坡的爬坡路段車轍相當嚴重,部分路段車轍超過7cm,嚴重影響了路麵平整度,已經不能滿足高速公路的使用要求。

 

病害原因分析

 

水損害是瀝青路麵較為常見的早期破壞,指的是瀝青路麵在水或凍融循環的作用下,由於汽車車輪動態荷載的作用,進入路麵孔隙的水不斷產生動水壓力成真空負壓抽吸的反複循環作用,水分逐漸滲入瀝青與集料的界麵上,使瀝青粘附性降低,逐漸散失粘結力,瀝青膜從石料表麵脫落,瀝青混合料鬆散導致瀝青路麵出現破壞。唧漿、網裂、坑洞現象就是普遍和典型的水損害現象。從調查路段看,使用了一年以上的公路都產生了程度不同的水損害現象,差別僅僅是有的水損害現象較嚴重、有的水損害現象較輕。水損害經常發生在潮濕多雨地區的瀝青路麵上,這些破壞幾乎都是由於自由水浸入並滯留在瀝青混凝土的孔隙中,在行車荷載反複作用下,瀝青從瀝青混合料中剝離下來,導致路麵結構層鬆散,表麵出現裂縫、坑洞、形變。一旦瀝青麵層有了裂縫、坑洞水就更易透過瀝青麵層滯留在半剛性基層頂麵,在大量高速行車作用下,自由水產生很大的壓力並衝刷基層混合料表層的細料,形成灰白漿且沿麵層裂縫上冒出來,就是番茄视频app所看到的唧漿現象。路麵在多次的降雨過程中惡性循環,最終導致路麵破壞。

 

從雲南省多條路發生水損害的情況分析,瀝青路麵產生水損害的外因是降水量、交通量和交通組成,以及行車速度。按年降雨量來劃分,雲南大多數地區為濕潤區,還有一部分地區處於潮濕區。番茄视频app調查了發生嚴重水損害幾條公路,這幾條公路所處地區的年降雨量均在1500mm以上,遠遠大於潮濕地區的分界線(1000mm)。在這些地區的瀝青路麵基本不可避免的發生了嚴重的水損害,有的路段瀝青路麵通車後僅僅經過了一個雨季就發生了水損害現象。從交通量和交通組成來看,交通量大和載重車較多的高速公路較交通量小和載重車少的高速公路破壞的更嚴重,對同一條高速公路來說,重車或超重車行走的車道較其他車道發生了更為嚴重的破壞,雙向四車道的高速公路尤其明顯。從行車速度來分析,行車速度較快的高速公路雖然路麵結構本身要比行車速度較低的三、四級好得多,卻發生的破壞現象更嚴重。

 

產生水損害內因有:①瀝青混合料孔隙率的大小,瀝青混合料的孔隙率大小由兩方麵決定,一是路麵麵層的結構形式。按原《公路瀝青路麵施工技術規範》,瀝青混凝土分為密實式(I型)或半開式(Ⅱ型)瀝青混凝土,I型瀝青混凝土的孔隙率通常在4%左右,Ⅱ型瀝青混凝土基本上在8%以上瀝青路麵承建。瀝青麵層三層均采用I型瀝青混凝土結構的路麵水損害明顯比僅采用一層或是兩層是I型瀝青混凝土的路麵要少。雲南省多數高速公路為使麵層有良好的防滑性能,設計為Ⅱ型瀝青混凝土AK類型,中、下麵層采用I型粗粒式瀝青混凝土。調查中番茄视频app發現采用這種麵層形式的路麵很多路段剛過一個雨季,表麵層甚至到中、下麵層出現了明顯的水損害現象,這是因為上麵層是半開級配的Ⅱ型瀝青混凝土,設計孔隙率大於8%,施工控製不好時現場孔隙率更大,是最易產生水損害的。從上麵層滲入的水滯留在兩層瀝青混凝土之間無法排除,中、下麵層瀝青混凝土在這些自由水的浸泡中強度逐漸減弱。二是施工碾壓後壓實度的影響,壓實度越大孔隙率就越小,施工時壓實度如果小於98%,即使是I型瀝青混凝土,也同樣有較大孔隙率,將來必然要發生水損害。前述某二級汽車專用公路麵層結構形式是3cmLH-15I瀝青混凝土+5cmLH-25I,兩層均為密實的I型瀝青混凝土,但調查結果是該路麵發生的破壞基本上是水損害,分析原因番茄视频app認為該路麵發生嚴重水損害的外因是該路麵處於年降雨量1700mm以上,每年雨季期達半年以上的潮濕地區,內因是施工時壓實度不夠,現場孔隙率未達到馬歇爾試驗所達到的孔隙率,或施工中可能產生離析現象,瀝青混凝土不均勻,有的位置的孔隙率較大,下雨後水就從孔隙率較大的位置下滲引起水損害。②瀝青和碎石的粘結力大小或有無剝落劑,一般要求做中麵層和下麵層的瀝青與礦料的粘結力不小於4級,用於上麵層的瀝青混凝土要求瀝青與礦料的粘結力不小於5級,達不到要求時,應加入抗剝離劑改善瀝青與礦料的粘結力。雲南省用於高速公路路麵表麵層的石料多為玄武岩或花崗岩,這些石料石質堅硬、耐磨、耐衝刷,是非常好的表麵層石料。但這些石料最不好的就是和瀝青的粘附性不好,雖然可以采用加入抗剝落劑來改善與瀝青的粘附性能,但從番茄视频app做的多組試驗來看,並不是粘附性提高到了5級,瀝青混合料的水穩性就好,特別是長期性能基本沒有改善。也就是說,加入抗剝落劑提高了集料與瀝青的粘結能力,一、兩年內有明顯效果,但時間一長,抗剝落劑就不起作用了。③沒有路麵防排水設計。包括I型瀝青混凝土在內的任何一種形式的瀝青混凝土都不可能完全不透水,所以在路麵結構設計時要考慮路麵結構水進得去也要出得來,然而近年來雲南省的路麵結構設計各結構層均沒有做防、排水設計,僅僅做了路表水和部分中央分隔帶的排水設計。④施工質量控製不好是發生水損害最普遍的原因。首先為表現原材料質量較差:材料髒,粉塵多,針片狀顆粒含量高,級配不規格等,經常不能達到規範要求。路麵用集料多半取自社會料場,國有企業、鄉鎮企業、個體生產都有,幾個料場質量、規格參差不齊,使用時離析嚴重,導致實際級配與配合比設計有很大的差距,這是造成瀝青路麵早期損壞的重要原因。購買集料首先要講究規格,但施工往往不夠重視,尤其是對較細的集料,細粉含量控製不嚴,很可能是含泥量大,而這是保證路麵質量的重要一環。另一方麵是重視了集料的“資源特性”,卻忽略了集料的“加工特性”。在規範關於集料的技術要求中,按其性質可分為兩類:一類是反映材料來源的“資源特性”,或稱為料源特性、天然特性,它是石料產地所決定的,如密度、壓碎值、磨光值等。另一類是反映加工水平的“加工特性”,如石料的級配組成、針片狀顆粒含量、破碎礫石的破碎麵比例、棱角性、含泥量、砂當量、亞甲藍值、細粉含量等。屬於“資源特性”的指標往往受到產地和成本的製約,可選擇和變更的餘地不大。但是一些工程對石料的資源特性要求很嚴,不惜跨省到數千公裏外遠運,但對加工特性,尤其對規格、含泥量、針片狀顆粒含量卻不重視。細集料最基本的要求就是潔淨,然而往往就是控製不好,使得細集料含泥量過大,嚴重瀝青影響混合料的性能。礦粉在瀝青混合料中起到重要的作用,礦粉要適量,少了不足以形成足夠的比表麵吸附瀝青,礦粉過多又會使膠泥成團,致使路麵膠泥離析,同樣造成不良的後果。在雲南省的瀝青路麵施工中,瀝青混凝土的生產中普遍存在礦粉不夠的情況,這是雲南省瀝青路麵水損害嚴重的一個重要原因。施工質量控製不好的另一原因是機械設備落後,雲南省瀝青混合料拌和設備產量均較小,多為120t/h,另外拌和、攤鋪設備質量較差,施工中經常發生故障,難以組織連續的機械化施工,最終影響路麵的整體質量。

 

雲南省多數地區年降雨量在1000mm以上,從設計、施工兩方麵都在加強水損害的防止,水損害現象得到一定程度控製,但近幾年卻是新鋪築的瀝青麵層出現了嚴重的車轍,雲南省高速公路多在山嶺重丘區,陡坡較多,在爬坡路段、重車及超重車較多路段,持續高溫的作用下沿車道輪跡帶的路麵出現車轍或推擁變形。分析原因,外因是近年來超重車輛過多、夏季持續高溫的氣候所致。內因則是瀝青混合料設計或施工不當。瀝青混合料的級配中細料偏多,空隙率小,瀝青用量過大,瀝青年度偏小。雲南省除少數地區外,冬季氣溫在0℃以下,大部分地區冬季有較高溫度,部分地區冬季溫度達20℃以上,夏季高溫在30℃以上,且持續時間較長,但已建成的高速公路按原規範的劃分基本上選用的是AH-90,這是導致瀝青路麵發生車轍的主要原因。施工質量控製不好同樣是瀝青路麵發生車轍的重要原因。無論是瀝青路麵破壞的哪種類型,都和施工質量有非常大的關係,因此抓好施工質量是減少和防止瀝青路麵破壞的最關鍵因素。

 

SMA是近年來在國際上出現的一種引人注目的新型瀝青混合料,以其優良的抗車轍性能和抗滑性能而聞名於世。第一條SMA路麵始建於上世紀60年代中期的德國,至今仍然良好地使用著。進入90年代,SMA幾乎成了德國唯一的路麵結構形式,而取代了原來傳統的澆注式瀝青混凝土和密級配瀝青混凝土。從80年代起,SMA在北歐的瑞典、芬蘭等國得到了廣泛的應用,並很快推廣到歐洲。90年代,美國在引進德國SMA技術後,經過國內研究應用,近年來已有相當規模。我國1992年在首都機場高速公路建設過程中首次采用改性瀝青和SMA技術,一些省市已經開始組織SMA技術研究與推廣應用,而雲南省目前對SMA技術的研究與應用仍處於空白狀態。另外值得提出的是,無論是歐洲還是美國,由於高速公路網已經建成,SMA主要使用在瀝青路麵的表層罩麵層,而我國正處在高速公路大量新建的時期,SMA主要用在瀝青路麵的新建表麵層上,這一點是不同的。由於我國慣用密級配瀝青混凝土,無論是機械設備還是材料,都與德國的澆注式瀝青混凝土不一樣,對引進德國的SMA技術應結合國情進行研究應用後予以改進和發展。而且雲南省氣候複雜、交通、材料和經濟條件也迥然不同,應結合當地具體情況,開展SMA的試驗研究、驗證、選用,解決雲南省車轍嚴重的問題。


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