河北工业大学硕士学位论文高速公路沥青混凝土路面透水病害防治措施研究姓名：赵国荣申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：赵彦东;窦远明20061101河北工业大学硕士学位论文 i 高速公路沥青混凝土路面透水病害高速公路沥青混凝土路面透水病害 防治措施研究防治措施研究 摘摘 要要 透水病害是高速公路沥青混凝土路面主要的病害之一，严重影响着高速公路的正常运行，带来很大的直接和间接经济损失。 本文采用室内试验和理论分析相结合的方法，主要研究了评价沥青混合料水稳定性的试验方法、消石灰和水泥对提高沥青混合料水稳定性的效果、防治透水病害的综合措施。研究结果表明，在浸水马歇尔试验中，通过控制马歇尔试件的击实次数来控制其空隙率，是提高马歇尔试件与路面实际相关性的简单易行的方法；但在冻融劈裂试验中，这种方法会引起误差的增大；添加消石灰和水泥对沥青混合料的水稳定性都有较大的改善作用，而添加消石灰的长期效果稍好，建议工程中推广使用；有效防治透水病害的发生需要采取综合措施。这些研究为公路建设部门防治透水病害的发生提供了参考。 关键词：关键词：沥青混合料，水稳定，水损害，空隙率，消石灰，水泥 高速公路沥青混凝土路面透水病害防治措施研究 ii STUDY ON PREVENTION MEASURES OF WATER DAMAGE IN HIGHWAY ASPHALT CONCRET PAVEMENT ABSTRACT Water damage in highway asphalt concrete pavement is one of the major diseases of highway, affected the normal use of highway seriously and caused tremendous direct and indirect economic losses. This paper use the methods of test and theoretical analysis, study on tests to evaluate the water stability of asphalt mixture, the effects of hydrated lime and cement to improve the water stability of asphalt mixture, comprehensive measures to control water damage. The results show, controlling percent air voids in bituminous by controlling hit number is a simple and easy way to improve the correlation of Marshall Specimen and actual road, this test method will cause increased error in the freeze-thaw split test, hydrated lime and cement have a certain degree of improvement to the water stability of asphalt mixtures, hydrated limes long-term effect is better, proposal promoting the use of hydrated lime in project, prevent and control the water damage effectively need to take comprehensive measures. The study provides reference for highway construction sector to prevent and control the water damage. KEY WORDS: asphalt mixtures, water stability, water damage, percent air voids, hydrated lime, cement 河北工业大学硕士学位论文 1 第一章第一章 绪绪 论论 1-1 课题研究的意义课题研究的意义 我国公路建设起步较晚但发展很快。改革开放之前，我国公路尤其是高等级公路建设规模不大。改革开放以来，中国公路发展速度很快，1988 年 10 月 31 日我国大陆第一条高速公路沪嘉高速公路建成通车， 中国的公路事业进入了快速发展期， 且新的公路建设以高速公路、 一级公路等高等级公路为主。1998 年以来，中国以每年超过 2000 亿元的投资用于公路建设。2002 年公路建设投资更是达到 3211.73亿元。高速公路通车里程 1989 年全国仅为 271 公里，到 1999 年突破 1 万公里，到 2002 年突破 2 万公里，2003 年达到 29745 公里。用短短的十年时间走完了发达国家半个多世纪的发展历程，每年以新建40005000 公里高速公路的速度在继续发展中1。预计 2010 年将达到 55000 公里。高速公路已经成为支撑我国经济发展的重要交通设施。 图 1.1 我国高速公路通车总里程 Fig.1.1 The total course of our countrys highway 尽管我国公路建设事业发展很快， 但还是不能完全满足我国现代化建设事业发展的需要。 公路建设的发展与汽车运输的发展仍不协调。 经济的发展必然引起交通运输量的增加， 随着人民生活水平的提高，汽车保有量大幅度增加，这些都给公路交通带来了巨大的压力。 沥青混凝土路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、施工期短、养护维修简单等优点，我国现阶段高速公路建设中，路面材料还是以沥青混凝土为主。我国沥青混凝土路面的历史还很短，仅在十多年前，我国的沥青路面还以表面处置、贯入式路面及沥青碎石路面为主要形式。随着高等级公路建设的发展、沥青混凝土路面一跃成为沥青路面的主要形式2。在已建成的高速公路沥青混凝土路面中，大部分路面的使用状况是比较好的。不过，由于我国高速公路建设起步晚，技术力量储备少，以及我国的气候和交通荷载条件恶劣，车辆超载严重，优质的道路石油沥青缺乏等原因。铺筑的高速公路路面结构还存在种种问题，一些路段的建设水平并不如人意，甚至发生了通车头几年就出现严重的车辙、开裂、0 500010000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 19901992199419961998200020022004年 通车里程（kM）高速公路沥青混凝土路面透水病害防治措施研究 2 透水等病害，从而不得不进行大规模的维修，造成人力、物力、财力的浪费。从 1991 年到 1997 年修建的 17 条高速公路抽样统计可以看出，有 20%工程早期损坏面积大于 6.0%3。 沥青路面的早期破坏很大部分与水有关，即由水引起的。根据权威部门的统计，水造成的损害是我国高速公路沥青混凝土路面最严重的早期破坏原因之一，同时水损害也是一个世界性的问题4。沥青混凝土的耐久性主要依靠沥青与集料之间的粘附性程度，虽然施工方法、交通条件、环境因素以及混合料的性质也对沥青混凝土的路面变质有一定影响， 但水和水分的作用是影响沥青混凝土耐久性的主要因素之一5。路面水通过各种途径透入路面与半刚性基层之间产生的破坏作用更为严重。由水引起的沥青路面的破坏过程主要是： 沥青路面施工完成以后， 水和空气通过混合料和外界的连通空隙进入混合料内部，如果水分不能及时排出， 水就会存留在混合料内， 在车辆荷载的动水压力和温度的共同作用下循环反复，将使沥青和矿料发生剥离，造成强度下降。如果进一步发展，就会导致其他的一系列诸如唧浆、松散、坑槽、车辙等多种形式的破坏。 水引起的路面破坏有以下特点6： 1、破坏发生在雨季或者春融季节，有时一场连续几天的大雨就会导致严重破坏； 2、行车道破坏严重，超车道一般没有破坏，显然与重车、超载有关； 3、破坏之初一般都先有小块的网裂、冒白浆（唧浆） ，然后松散成坑槽； 4、发生水损坏的地方一般是透水较严重，且排水不畅的部位，如挖开可见下面有积水或浮浆； 5、一般不会全路同时破坏，这显然与沥青混合料的不均匀有关，有些不均匀程度较严重的路段甚至会同时发生泛油。 沥青路面的透水病害也是一个世界性的问题，在美国、加拿大、英国、日本等国家，由于路面透水引起的病害也很普遍。许多国家投入了大量的人力物力对水引起的路面破坏问题进行了大量的专题研究，如美国 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破坏进行了专题研究(SHRP Bulletin 1998/TAC Technical Bulletin 1999), 并取得了许多研究成果7。 但由于沥青路面水破坏问题的影响因素很多， 情况很复杂， 而且材料因素和环境因素地域差别很大，至今没有一个国家可以从根本上解决这一问题，还有许多问题需要深入研究下去。 由于高速公路沥青路面透水病害发生发展快， 对路面破坏严重， 严重影响行车安全和高速公路服务水平，同时也造成了很大的经济损失。因此，系统研究沥青混凝土路面透水病害的防治措施有着重大的经济和社会意义。 1-2 透水病害的形成条件与形成机理透水病害的形成条件与形成机理 1-2-1 形成条件形成条件 水的存在是沥青混凝土路面发生透水病害的先决条件。 路面水损害的原因归纳起来主要为上面层透水，中、下面层存水，基层不透水，加上车辆超载严重，环境条件影响等因素，也为水损坏的发生创造了条件。 河北工业大学硕士学位论文 3 一、上面层透水 沥青混凝土路面尽管空隙率较小，但也不是绝对不透水的。尤其在使用初期，其透水性更大，有现场测试表明， 在开放交通前， 路面结构的渗水率较高， 开放交通半年内， 其平均渗水率达 2030ml/min8。如果路面空隙率过大，路面透水就更为严重，也更容易引起透水病害的发生。造成路面空隙率过大的主要原因有： 1、矿料级配不能满足要求。 我国早期修建的高速公路，大多采用了欧美、日本等许多国家常用的密实型沥青混凝土，路面透水很少发生。但后来担心这种路面构造深度小，对抗滑不利，设计规范根据有关研究成果，将构造深度作为抗滑性能的一项主要指标，导致表面层不得不采用 AK 类抗滑表层，设计空隙率往往在 6%以上，路面实际空隙率一般在 10%以上，成为了透水严重的半开结构9。 2、施工压实度不够，压实标准偏低。 在施工过程中，过分强调平整度，压实度达不到施工要求，通车一段时间后，平整度严重衰减，同时压实度不够造成空隙率过大，导致透水现象的发生10。有些施工单位片面追求平整度，为了达到高平整度，采用低吨位的压路机或等混合料温度降低后再进行碾压。 3、沥青混合料的离析，造成局部空隙率过大。 离析的表现为沥青混合料中粗、细集料和沥青分布不均匀，在一定范围内粗、细集料的比例偏离了设计级配，沥青与集料的比例偏离了设计的最佳油石比。在这种情况下，粗集料集中、沥青含量少的区域孔隙率就大，容易引发透水等病害；细集料多、沥青含量高的区域空隙率就偏小，容易引发车辙、泛油等病害。造成沥青混合料离析的主要原因有：混合料拌和时间短或拌和温度低造成的混合料不均匀；运输过程中装载、卸载造成的混合料不均匀；路面摊铺过程中，大粒径集料在摊铺机中向两边滚动造成混合料离析。 沥青混合料的集料粒径大造成的离析是普遍存在的问题。不仅表面层，中下面层更严重11。沥青混凝土路面的底面层混合料，普遍采用空隙率较大的 AC-25、AC-30 型沥青混凝土，粗集