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浅谈透水路面应用现状及发展前景

作者:admin 发布日期:2019/1/19 关注次数: 二维码分享

(1)近年来,传统不透水路面路用性能局限性越来越显著。一方面,不透水路面无法及时将使用范围内的积水及时排出使用范围范围以外,经研究发现,一旦传统不透水路面由于结构设计缺陷、疲劳破坏等原因引起路面发生破坏后,水的渗入破坏将会进一步加速路面破坏,如果不能尽快将水排出路面使用范围之外,道路路用性能将受到严重影响。如沥青路面长期在水作用下会发生集料离析,沥青剥落现象,进而引起沥青路面坑槽等路面病害,久而久之,将会影响路面使用寿命;再如水泥混凝土路面采用的半刚性基层,若面板下基层积水不能及时排水,进而容易产生唧泥现象,严重影响路面使用性能。另一方面,不透水路面与环境的协调性较差,硬化路面改变地面蒸发循环系统,是引起城市内涝以及热岛效应重要原因,对生态城市的建设不利,同时这与现代绿色道路建设理念以及环境保护是极不相符的。

(2)针对以上问题,透水路面设计理念应运而生。目前,多种透水路面设计理念已经被提出并进行推广应用。透水结构层不仅可以直接用于道路工程面层结构直接改善路面透水性能,像透水砖铺装路面、透水混凝土路面、开级配沥青混凝土路面、多孔沥青混凝土路面以及大孔隙新型透水路面等等;另一方面,透水结构成还可以用于道路基层、底基层等结构,像级配砾石、级配碎石、填隙碎石在基层和底基层的应用。实践表明:透水路面不仅可以显著提高路面抵抗水破坏的能力,提高路面使用性能以及使用寿命,改进路面表面抗滑构造深度,提高行车舒适性能,降低行车噪音等录用效果;而且透水结构在基层底基层路面结构设计中也有广泛的应用,结合透水面层一起使用,进而改善整体路面结构的透水性能。

2. 不透水路面破坏机理分析

2.1 水泥混凝土路面水破坏机理分析。

(1)水泥混凝土路面具有较好的刚度、强度、以及稳定性,被广泛用于各等级公路建设。但由于其行车性能较差,目前已经逐步被沥青混凝土代替,但是就目前来讲,水泥混凝土路面在我国公路网中还是占有极大比例。由于水泥混凝土路面以拉应力破坏为设计指标以及水泥混凝土材料本身局限性,需要在混凝土面板设计中设置缩缝、胀缝以及施工缝等,以防混凝土面板由于荷载作用和温度作用进而引起较大的翘曲应力,造成面板的破坏。但是,正是因为这些这些施工需要设置的裂缝,以及混凝土面板由于前期混凝土配合比设计或者施工不当造成的裂缝病害,成为水泥混凝土水破坏的必要前提条件。

(2)水泥混凝土路面直接暴露于自然环境中,雨期到来时,雨水通过面板设置的施工缝或是设计不当引起的病害裂缝进入面板下层。由于我国水泥混凝土路面基层多为半刚性基层,雨水深入后浸泡基层,使基层结合料粘结体系发生部分程度的破坏。当行车荷载作用与裂缝或施工缝前一块板时,产生较大挤压力,进而挤压积于面板下的水体,使水体产生较大的冲刷力冲刷细集料以及填料,进而加速了基层的破坏,久而久之,出现面板脱空现象,终产生面板断裂,减少路面使用寿命。与此同时,水冲刷、浸润作用如果冲破基层,将会渗入土基,在路面不均匀荷载作用下产生唧泥现象,严重影响路面使用性能。

2.2 沥青混凝土路面水破坏机理分析。

(1)沥青混凝土路面主要采用沥青作为胶结料通过于集料和填料共同作用形成的沥青混合料结合一定的摊铺、碾压等施工工艺铺筑而成的路面。该种路面使用寿命长,行车性能好并且易于养护,已经被广泛应用于高等级公路建设,逐步取代水泥混凝土路面成为道路工程建设选的路面类型。但是由于沥青本身抵抗水破坏的能力较差,进而导致沥青混凝土路面抵抗水破坏的能力也很有限。因此,如何做到提高沥青混凝土路面抵抗水破坏的能力直接影响沥青混凝土路面路用性能和使用寿命。   (2)沥青混凝土路面水破坏的机理主要由于沥青混凝土路面直接暴露于自然环境之中,雨水来临时,如果沥青混凝土路面排水设计不当,将会造成路面积水。积累的雨水浸入集料与沥青的结合界面,导致沥青胶结能力急剧下降,同时沥青从集料上剥落。在荷载等外力作用下,沥青混合料产生更大孔隙,进而雨水得以更大范围的影响沥青混合料的整体性能;同时,在较大的外力下,水体在沥青混合料之间产生较大冲刷力,加速了水对沥青混凝土路面的破坏。随着长期的荷载长期作用下,产生坑槽等路面病害现象,严重影响路面使用性能。

3. 常见透水路面类型

3.1 透水混凝土路面。

(1)虽然水泥混凝土路面路用性能相比较沥青混凝土路面存在不足,但是综合考虑施工工期、施工工艺简易性以及工程造价等因素,该种路面还是具有一定的市场应用前景。因此,针对水泥混凝土路面透水能力差、抵抗水破坏的能力差的问题,有人提出透水混凝土路面结构,该种路面结构兼具了传统水泥混凝土路面刚度、强度、稳定性与透水路面的综合性能;与此同时,可以显著改善城市内涝以及热岛效应等问题。目前已经被一些国家、地区作为新型透水路面接受并推广应用。

(2)透水混凝土路面常见结构为15cm厚多孔水泥稳定碎石基层;面层结构分一层或两层铺筑,材料为8cm厚的透水混凝土面层;后在进行封层处理,封层材料多为无色透明封层油,如聚氨酯密封处理等。封层结构施工要求透水混凝土面层铺筑完成后,及时养生7天,等待养生结束后,用水清洗路面结构,在进行路面封层。

3.2 沥青混凝土透水路面。

3.2.1 沥青混凝土透水路面又称开级配透水沥青路面(Opened Asphalt Friction Course ,简称OGFC),该种透水路面早源于德国,约在上世纪60年代,在德国铺筑。该种沥青混凝土路面大的特点在于其兼具沥青路面优越的使用性能与透水路面性能,而其优越的透水性则源于其粗集料之间通过嵌挤形成的骨架结构。一方面,粗集料嵌挤结构有利于该种露肩强度的生成,提高路面抵抗车载的能力。另一方面,骨架结构意味着混合料内部孔隙较大,进而其排水性能更优。该种透水路面可以集多点优势于一身,具体如下:(1)良好的透水性能,可以快速排出地表水,进而其抵抗水破坏能力较好。(2)该种透水路面本身仍未沥青混凝土路面,因此沥青混凝土路面使用性能该种路面同样具有;不仅如此,由于该种路面粗集料较多,因此,路面抗滑性能以及行车舒适性能也有所提升。(3)多孔沥青混凝土的孔隙较大,较大的孔隙对于降低行车噪音具有一定的效果。

3.2.2 但是该种路面对于道路材料要求较高,由于沥青本身抵抗水破坏能力较差,在水的作用下易发生剥落现象。因此,配制多孔沥青混凝土时,需要增加抗剥落剂,以提高沥青的抗剥落性能。不仅如此,往往还要加入木质纤维或者矿质纤维,以提高沥青混合料整体的粘结性能。常见的多孔沥青混凝土露肩铺装结构为:半刚性基层上面铺设沙粒式沥青混凝土找平层,后铺筑多孔沥青混凝土。其中找平层多为2cm,透水混凝土面层多为4cm左右。

3.3 新材料透水路面。

(1)随着科技的不断发展,各种新型工程建筑材料也是应运而生。新材料不仅可以保证具备传统道路建筑材料的路用性能与力学性能,而且往往在传统材料性能基础上,具有更加的路用性能。其中大孔隙聚氨酯碎石混合料路面即为其中一种。其孔隙率范围一般在15%~30%,具有良好的透水性,是由聚氨酯胶粘剂与单级配或间断级配骨料按一定配合比拌合而成的新型路面材料。目前该种材料主要用于铺装景观道路等轻交通路面。

(2)该种透水路面面板铺装厚度根据岩性以及采用单粒径岩石粒径决定,一般厚度范围在4~7cm。基层结构可以采用半刚性基层或者是级配碎石、级配砾石透水基层。

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