淺析粉塵污染對瀝青路面的破壞

楊樹榮 馮芳霞

目前,瀝青混凝土路面最常見的病害現象有:裂縫、水破壞、松散、泛油、推移等,這些病害基本上也是公路工程質量的通病。因此國內外的研究大多都是對以上幾種常見病害的成因進行分析并結合實際提出相應的預防措施。應當說過早破壞的成因很多,有超載問題、路面結構組合不合理、結構承載力不足及施工質量控制不嚴等原因。但有一條原因很容易被忽略,這就是粉塵污染對路面的破壞。有關粉塵污染對路面破壞的研究國內尚無報道,也缺乏相應試驗資料和統計數據,國外由于環境條件較好,關于此方面的研究也不多見。因此粉塵污染破壞路面的嚴重程度還難以用數據說話,但還是可以通過分析比較得出一些結論。

1 粉塵污染對路面破壞機理分析

1)破壞瀝青的粘附性。瀝青與集料的粘附性是影響瀝青路面低溫抗裂、耐久性等諸多路用性能的重要因素。空氣中的粉塵顆粒粒徑不大于10μ m,相對于瀝青混凝土集料而言(礦粉粒徑不大于600 μ m),粉塵具有更大的比表面積,許多粉塵是由于工業污染形成的,帶有較強的酸堿性,更加容易與瀝青相結合。瀝青混合料的抗拉強度主要是依靠瀝青的粘附性,鋪筑完成后的瀝青材料仍然保持著一定的膠結性能,瀝青粘上粉塵后,在車輪荷載的碾壓作用下,粉塵與混合料表層瀝青混合,粉塵逐步替代混合料中的集料,使瀝青與集料的粘結能力逐漸喪失,瀝青混合料變成了松散的材料,路面的承載能力隨之降低。瀝青粘附性遭到破壞的表現為路面發白。大量的粉塵污染路面后,瀝青材料被粉塵包圍,形成松散的無粘結性的粒狀物,這些粒狀物在風力、水力、車輪負壓的作用下,脫離路面結構,導致集料外露,路表瀝青含量不足。2)擴大了瀝青路面原有的缺陷。一般瀝青混凝土內總是不可避免地存在裂縫、空洞等缺陷,隨著溫度變化引起的熱脹冷縮,這些裂縫冬季會有所增加,而夏季會部分愈合。但一旦粉塵滲入這些缺陷中,會在缺陷的表面與瀝青材料結合,阻斷裂縫愈合,使裂縫愈來愈多。就江蘇省瀝青路面而言,裂縫大多有細而密的特點,這就是粉塵污染帶來的后果。大量裂縫的產生,也使路面的整體性被破壞,成為松散體。3)破壞瀝青混合料的防水性能。我國路面基層多采用半剛性基層,容易產生貫穿上下的裂縫,路床一般多為黏土或是灰土,其耐水性較差,因此對表層的防水要求很高。粉塵對瀝青防水性能的破壞主要還是因為對瀝青的粘附性破壞和對瀝青缺陷的擴大作用引起,表面材料的喪失,會使更多的缺陷暴露在空氣中,加劇了粉塵進一步侵入和雨水的滲入,而雨水滲入后會引起更為嚴重的路面破壞。

2 粉塵污染的來源與分類

懸浮在空氣中的微小固體顆粒稱為粉塵,分為無機、有機粉塵和混合性粉塵三大類。無機類粉塵又可細分為金屬性粉塵、礦物性粉塵、人工無機粉塵三種,有機粉塵也可細分為植物性粉塵、動物性粉塵及人工有機性粉塵三種,所有這些種類的粉塵對路面瀝青均有破壞作用。另外由于車輛直接帶入路面的泥土,雖然不屬于空氣污染中的粉塵,但因其危害與空氣中的粉塵類似,在此一并稱為粉塵。粉塵的分類也可根據其來源進行:1)工農業生產粉塵:如水泥生產、鑿巖、爆破、粉碎巖石時的軋石、碾磨及翻砂時的拌料、清砂等所產生的粉塵;棉紡廠的清棉、疏棉,谷物和枯草的搬運加工及皮毛加工時產生的粉塵。該類粉塵成分復雜,帶有一定的活性,與瀝青材料的粘附性強;2)建設工地粉塵:水泥、粉煤灰、石灰、砂石材料在運輸、倒倉、堆放和拌和施工時產生的粉塵;暴露的泥土在風力作用下產生的粉塵,此類粉塵是空氣中粉塵的主要來源;3)燃燒產生的煙塵:煤炭、石油、秸稈、垃圾等可燃物體燃燒后產生的煙塵,煙塵一般都帶有化學活性,許多還有酸堿性,單位數量的煙塵對路面的危害最大;4)自然災害類粉塵:主要是沙塵暴帶來的粉塵,沙塵暴天氣在我國已是十分常見的天氣,其一次攜帶的粉塵數量很大,2000年4月7日襲擊長春的一次沙塵暴,在50 cm×50 cm 的平板上留下了3 g的4 μ m～10 μ m的粉塵,另一個權威測算單次沙塵暴強度的數據是11.2 g/m2。由于缺乏江蘇的資料,還無法確認江蘇的嚴重程度,估計沙塵暴的強度江蘇要比長春輕一些,但顆粒更細,可較長期懸浮在空氣中,影響時間長;5)車輛附帶及道路自身產生的粉塵:如車輛輪胎帶入路面的泥土、運輸粉塵貨物時的拋撒,路面破壞后產生的翻漿等,該類粉塵的特點是局部相對數量大,但危害也是局部的。

3 粉塵污染對路面危害的深入研究

1)粉塵對路面的危害是由表及里逐步破壞的,也就是瀝青表層破壞之前,瀝青內部基本保持完好。在其他條件一定時,破壞的速度與暴露在空氣中面積成正比。路面最上表面的瀝青膜是在一定張力條件下形成的,對路面的密封性最全面,一旦這層膜失效,對路面的防水影響較大,粉塵對路面的危害正是從這層瀝青膜開始的;2)嵌入瀝青混合料縫隙中的粉塵,在水的浸泡下膨脹,會使裂縫擴大,加劇路面的破壞;3)粉塵污染對路面的危害程度因污染程度及污染的成分不同而不同。具體體現在不同的地區有著不同危害程度,城市道路與鄉村道路程度不同,不同的路面結構程度不同。因為灰塵相對較少,地處鄉村的道路路面情況要好一些,一般瀝青材料的光澤消失可保持2個月～3個月,一年路面明顯發白,在使用期內基本上以黑色為主;4)粉塵對路面的結構性破壞都是在水及汽車荷載聯合作用下產生的,粉塵的主要作用是保持并擴大水和汽車荷載對路面的結構性破壞效果。

4 對策措施

1)對于上面層瀝青混凝土,盡量采用高標號瀝青和與瀝青親和力強的骨料,瀝青材料愈接近液態,其膠粘性愈強,在常溫下基本沒有膠粘性的瀝青對路面防塵好處極大;2)瀝青混合料拌和時,采取防塵減塵措施和潔凈的集料,防止混合料攤鋪前被粉塵污染;3)合理灑布透層油、粘層油。在進行各層鋪筑前,必須保持頂面清潔;4)提高面層攤鋪質量。在攤鋪混合料時,運距不能過遠,攤鋪溫度應控制在130℃～150℃為宜,攤鋪厚度均勻,壓實設備數量應配套,速度控制在2 m/min左右,碾壓遍數不能太少,以免混合料孔隙過大;5)加強工地管理,及時硬化、綠化工地,或采用灑水防塵等措施;6)加強車輛管理,對可能產生粉塵的材料進行封閉運輸;7)加強公路兩側的綠化,植物對粉塵具有吸收、過濾和阻擋的能力,公路兩側的綠化對阻擋沙塵暴帶來的粉塵十分有效;8)改進路面基層的耐水性,粉塵對路面的破壞,很大程度上反映在水害方面;9)及時清掃路面粉塵。

5 結語

1)我國是一個工業經濟高速發展,環境污染日益嚴重,基建項目大量上馬的國家,粉塵污染形勢嚴峻,粉塵對路面的破壞作用不容忽視;2)粉塵污染對路面破壞的研究基本上是空白的,加強這方面的研究,用研究成果指導設計會起到較好的效果。

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