摘要：瀝青路面的水損害是目前國內外普通存在的路面病害之一，成為困擾公路工程質量的世界性難題。文中分析了瀝青路面水損壞的主要現象及其發生機理與相關因素，提出了預防瀝青路面水損壞的對策。
　　關鍵詞：瀝青路面；水損害；防治方法
　　
　　0引言
　　瀝青路面的水損害，是指瀝青路面在有水存在的條件下，經受交通荷載和溫度脹縮的反復作用，一方面水分對瀝青起乳化作用，導致瀝青混合料強度下降，同時水分逐步侵入到瀝青與集料界面上，由于水動力的作用，瀝青膜漸漸的從集料表面剝離，導致集料之間的粘結力喪失而發生的路面破壞過程。常見的水損害破壞形式有:卿漿、坑槽、網裂、松散等。
　　瀝青路面的水損害在我國具有普遍性，水損害破壞不僅發生在多雨炎熱的南方，即使在東北地區如吉林、遼寧等地也出現了瀝青路面的早期水損害現象。水損害的破壞速度快，性質嚴重，己成為路基路面的主要破壞因素之一。因此，對瀝青路面滲水原因加以分析并采取有效防治措施，對減輕瀝青路面水損害破壞具有十分重要的現實意義。
　　1水損害的特點
　　經調查，近年來不論是普通公路瀝青路面，還是高速公路瀝青路面均發生了不同程度的水損害破壞，而且具有一些相似的特點：
　　(1)水損害多發生在雨季和凍融季節；
　　(2)重車行駛的行車道較嚴重，超車道較輕；
　　(3)破壞初始一般先小塊網裂唧漿而局部松散，然后大面積脫粒，進而形成坑槽；
　　(4)破壞一般發生在透水嚴重或排水不暢的部位。
　　2水損害破壞機理
　　瀝青與礦料之間的粘附性產生問題有兩個條件：水和交通荷載。
　　①水是產生水損害的先決條件。在沒有水的情況下，只要集料表面是潔凈的，瀝青就能裹覆在集料的表面，并逐漸浸潤集料。瀝青混合料一旦長時間處于水的包圍中，水分很容易浸潤到瀝青與集料的界面，置換瀝青和集料的粘結力而使集料和瀝青間的粘結力變弱甚至失效，最終導致水損害。
　　②交通荷載是產生水損害的重要條件。一方面在交通荷載的反復作用下，瀝青與礦料的界面上就要發生剪切作用、礦料間也要發生剪切作用，界面一旦造成剪切破壞，水分就很快浸入，使得粘結力喪失而產生水損害。另一方面在交通荷載的作用下，進入路面的水變為動水，動水不但加速水分浸入瀝青和礦料界面，而且加速界面間的剪切破壞，使路面出現卿漿、松散、掉粒、坑槽等病害。
　　從裂縫或不密實的路面進入路面結構的水，在水凍融反復循環作用下，再加上車輪動態荷載不斷產生動水壓力和抽吸反復循環沖刷作用，路面結構內的水分逐漸穿透瀝青膜，侵入瀝青與集料的界面上，從而降低了瀝青黏附性，使瀝青膜逐漸從集料表面剝離，并導致集料間的黏結力逐漸喪失，造成路面瀝青混合料松散、脫粒，繼而形成坑槽。
　　3水損害的影響因素 
　　3．1路面結構形式的影響
　　目前在國內，半剛性基層瀝青路面，已成為中國瀝青路面結構的主要形式。一般采用瀝青面層為3層，總厚度為15~16cm的結構，而基層的強度則逐漸從3MPa提高到5MPa以上，在施工中甚至強度更高。優點是明顯的，即：板體性強，有很高的承載能力。但同時也帶來了質量隱患。
　　(1)半剛性基層的收縮開裂及由此引起瀝青路面的反射性裂縫輕重不同地存在。在國外普遍采取對裂縫進行封縫，而在我國，目前根本就沒有發現裂縫就進行瀝青封縫的習慣，路面開裂得不到有效的處理。裂縫存在的后果是裂縫中進水，導致瀝青層和基層界面條件的變化，使基層、底基層、路基的含水量增大，承載能力迅速降低，荷載產生動水力沖刷，出現裂縫處唧漿、坑槽。
　　(2)半剛性基層非常致密，它基本上是不透水或者滲水性很差的材料。水從各種途徑進入路面并到達基層后，不能從基層迅速排走，只能沿瀝青層和基層的界面擴散、積聚。水不能及時排走，瀝青層和基層的界面上水的存在改變了界面連續的邊界條件，使路面的受力狀態變得十分不利，成為導致路面破壞的直接原因，尤其在高速行駛或超載車輛的高壓動水力作用下，路面水損害不可避免。
　　3．2原材料的影響
　　材料的性質影響著瀝青混合料的質量，其中一個重要指標就是瀝青與集料間的黏附性，黏附性的好壞取決于集料和瀝青性質。
　　(1)在集料方面集料的酸堿性、集料的表面構造及粗糙度、集料的表面潔凈程序、集料的致密程度、集料的空隙率、集料的含水率等均嚴重影響瀝青與集料間的黏附性。
　　(2)在瀝青方面瀝青的黏性大小、礦料表面的瀝青膜的界面張力、瀝青的化學組分對黏性影響起著重要作用。黏度大的瀝青中含有更多的極性物質，并有良好的潤濕性，有利于包裹礦料，形成較好的黏結膜。
　　3．3瀝青混合料空隙率的影響
　　瀝青面層的礦料級配類型和瀝青用量均影響瀝青混合料水穩定性，主要反映在混合料設計空隙率和剩余空隙率。如果空隙率較小，瀝青面層不易透水，即便局部面層中含有水，但在動荷載作用下一般不會產生動水壓力，不易造成水損害破壞，過大的空隙率會引起嚴重的路面損壞。從試驗結果看，損壞路段的空隙率普遍大于正常路段，空隙率小于6%的路段不易水損壞，空隙率大于7%的路段水損壞較嚴重，6%~7%的空隙率是路面水損壞的臨界值。一般說來密級配瀝青混合料比開級配瀝青混合料透水性小，水浸入困難；瀝青用量多對水穩定性有好處，但與瀝青混合料高溫性能及抗滑性能相矛盾。
　　3．4集料粒徑和面層厚度的影響
　　由于施工時質量控制不嚴，基層頂面標高不準確，施工中須調整面層的厚度來控制總標高。局部鋪筑厚度變異性大，易使壓實厚度與集料最大粒徑不相匹配，造成瀝青混合料離析現象非常普遍，路面不均勻、空隙過大，產生畜水、透水、積漿的現象，嚴重影響混合料水穩定性。
　　3．5瀝青路面密實度的影響
　　主要是指在瀝青路面施工中，每一個生產環節均影響瀝青路面的密實性，進而影響瀝青混合料的水穩定性。
　　(1)瀝青混合料拌和的影響
　　在瀝青混合料拌制過程中，拌和的溫度高低、時間長短、配料準確和瀝青含量多少變異，均影響瀝青混合料的均勻性、密實性。
　　(2)瀝青混合料運輸的影響
　　瀝青混合料在運輸過程中，主要指混合料的均勻性和溫度問題。如果運輸造成混合料不均勻，甚至離析，以及混合料熱量散失而降溫，影響碾壓的密實性。
　　(3)瀝青混合料攤鋪的影響
　　在攤鋪過程中，能造成混合料不均勻和溫度損失，反映在：
　　①卸料時料車與攤鋪機相接觸的瞬間的撞擊，混合料易離析；
　　②卸料間混合料落下時的不均勻和溫度損失的不均勻；
　　③攤鋪機螺旋分料器撥料時造成混合料不均勻或離析和散熱；
　　④攤鋪寬度也影響混合料的均勻性和溫度散失。
　　(4)碾壓的影響
　　施工工藝對混合料的水穩定性的影響集中在混合料壓實上，沒有得到很好壓實的混合料，其空隙率加大，對混合料的各種路用性能都有影響，尤其是運營后，行車碾壓會造成混合料壓實變形，由此而形成的不正常的車轍，成為水浸入路面結構層空隙形成水損害的禍根。另外，施工時對混合料進行強振或過壓會使骨料破碎，降低結構層的強度和密實性，為損害的發生提供可能。
　　(5)其他施工因素的影響
　　在路面施工中，每個細節處理不善，都會形成水損害的隱患：
　　①集料的自身干燥程度不好影響黏附性；
　　②材料的潔凈程度不好也影響黏附性；
　　③碾壓過程中鋼輪噴水過多，水分被封閉在混合料空隙中；
　　④施工接縫不良或路面開裂未及時處理，結構易進水。
　　3．6路面排水的影響
　　路面排水不良是造成路面水損害的重要原因之一。現行的路面排水設施過多強調了路基范圍內的路面以外的水的排泄，而對路面結構層內部的排水重視不夠，目前的狀況是：表層封不住水，基層不透水，結構不能排水而畜水，中央隔離帶滲水，路肩積水等。
　　3．7車輛超載的影響
　　經調查，近年來超載車輛大幅度增加，干線公路上50%以上的貨車是超限車輛，按標準軸載換算，多數超限車輛的超限相當于2~3倍標準車載重量，個別超載車輛的輪胎氣壓達到1.2MPa，遠高于0.7MPa標準氣壓，從而破壞路面結構強度。尤其在水和高速行車的綜合作用下，面層底部的瀝青膜從集料表面剝落，使面層底部集料間喪失黏結而發生松散，隨著松散逐漸從底面向頂面發展，面層的結構強度逐漸下降，直到在行車荷載的作用下發生整層局部碎裂，加速了水損害的破壞，使路面使用壽命大為縮短。因此，控制超載車輛，對延長瀝青路面的使用壽命，減少水損害有著非常大的積極作用。
　　3．8車輛行駛的影響
　　路面結構內積水在高速行車輪胎上產生的動水壓力非常大，可以直接對內部混合料造成沖刷。根據路面積水在行車輪胎下產生的最大動水壓力理論計算圖知，最大動水壓力隨車速的增加呈幾何級數增長。即車輛在80~120km/h車速下的動水壓力，是車速在40~60km/h的4倍左右。與此同時，開級配抗滑磨耗層的空隙率較大而透水，從而使路面處于高動壓水的直接貫穿沖刷下，最終導致了水損壞。所以，路面積水在高速行車下產生的動水壓力是導致路面水損壞的主要原因之一。
　　4防治措施
　　考慮到瀝青路面水損壞的現象與產生機理，預防瀝青路面水損壞的出現應從設計和施工方面采取綜合措施。
　　4.1面層采用密實式瀝青混合料
　　由于半開式級配混合料的設計空隙率常在8%左右，施工后常在12%左右，如施工單位不嚴格控制壓實，則實際混合料的空隙率將更大。只要瀝青混凝上面層中存在一層屬半開式級配混合料，很難避免水的侵入和剝落作用。除專門設計的排水層外，瀝青面層各層都應該采用密實式瀝青混合料，抗滑表層也設計為空隙率不大于4%的密實式級配結構，如密實式粗集料斷級配瀝青混凝土(多碎石瀝青混凝土SAC、SMA)既具有良好的不透水性，又具有明顯優于連續級配瀝青混凝土(Ⅰ型)的高溫抗永久形變能力，還具有良好的抗滑性能(構造深度大于0.8mm)。
　　4.2提高瀝青與礦料的粘結力
　　首先在現在基礎上提高瀝青與礦料的粘結力等級，特別用做表面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結力不小于5級。為增強耐磨硬質石料與瀝青的粘結力和抗水侵害能力，需要添加抗剝落劑以改善。針對所用的碎石和瀝青，進行粘附性試驗以選擇合適的抗剝落劑是必要的。以往簡單按試驗規程中的水煮法粘附性試驗，不能準確判定不同抗剝落劑的效果；通過現行施工規范關于水損壞的試驗指標:粘附性等級、浸水馬歇爾穩定度等也不能完全控制住水損壞的產生。所以應考慮試驗方法的改進和引入，如老化后水煮法試驗、凈吸附試驗(SHRP研究計劃提出)、混合料凍融間接抗拉強度試驗(AASHTOT283)。用消石灰或水泥做抗剝落劑，或液體抗剝落劑和消石灰兩者一起使用，其提高抗剝落作用或瀝青混凝土的水穩定性的效果顯著。此外，還應重視礦料本身的技術品質對混合料粘結力和整體性的影響。提高瀝青混合料材料品質，除應用高品質瀝青材料和瀝青改性外，需嚴格控制礦料本身的技術品質，如礦料強度、形狀、含泥量及有害物質含量，切實保證礦料烘干與混合料拌和質量。
　　4.3提高瀝青混合料的壓實度標準
　　提高瀝青混合料的壓實度標準對改善其物理力學性質具有重要意義，特別是設計空隙率較大時，有利于減小現場實際空隙率，從而降低滲透系數，達到防水侵入的目的。隨著我國公路施工壓路機械噸位和技術性能的提高，客觀上具備了提高壓實標準的條件，若瀝青面層的壓實度增加到不小于98%~97%，按馬歇爾試件的空隙率4%確定瀝青混凝土的瀝青用量，則現場空隙率約為6%~7%，面層的透水性將會大大減小。為了控制住瀝青混合料的壓實質量，除現場密實度檢測外，應通過現場鉆芯取樣，測定最大理論密度和空隙率。為實現壓實度標準的提高，在施工過程中，宜采用重型振動壓實機械和窄幅階梯攤鋪作業，應在保證瀝青路面壓實要求的前提下，尋求和實施提高平整度、抗滑性能的技術措施。
　　4.4合理控制礦料級配和施工溫度
　　瀝青混合料的礦料級配和施工溫度不均勻性大，往往導致竣工瀝青面層的混合料離析，顆粒組成、瀝青含量、密實度和空隙率變異顯著。為提高路面質量，消除路面產生早期水損壞的隱患，應對瀝青混合料材料來源(規格與組成)、堆料、拌和、混合料裝卸、攤鋪和壓實的各個環節加強過程管理。
　　4.5路面結構中設置排水層或防水層路面
　　結構的防水與排水需從多方面考慮如何使水不易侵入路面結構層。除路面本身設置排水層和防水層，其他部位上消除水透入面層的途徑也很重要。包括防止中央分隔帶植草植樹后水侵入路面，或將中央分隔帶封閉或設置排水系統；改變凸型中央分隔帶和路緣石，保證泄水通路，處理好與面層瀝青混凝土聯接處的透水問題；在挖方地段作好邊溝滲水防護；及時封閉縱向和橫向裂縫，防止水的侵入。路面結構設置排水層是在面層底部設置多孔隙瀝青混合料排水層，使水能盡快排出路外，排水層宜直接鋪到邊坡，處于土路肩內的排水層頂面可用土工布保護，防止土顆粒滲入排水層內部。路面結構設置防水層的目的是防止進入瀝青表面層的水繼續下滲到面層的下層及到達并滯留在基層頂面，避免其導致沖刷、唧漿和路面坑洞等水損壞。防水層設在厚瀝青面層下面，只能保護基層不受沖刷等水的侵害，不能保護其上各個瀝青層不受水侵害。鑒于當前我國高等級公路中，采用較厚的二、三層式瀝青面層避免破壞，為了防止水滲入下層造成水破壞，也可考慮將防水層設在表面層下面。
　　5結論
　　瀝青路面的水損壞是目前國內外普遍存在的路面破壞形式，甚至在道路使用初期即發生，給公路交通運輸造成極其不利的影響。導致瀝青路面的水損壞的因素復雜繁多，在分析研究瀝青路面水損壞形成機理的基礎上，從瀝青混合料材料組成設計、技術指標的改進與路面結構防排水設施的完善，到工藝過程的嚴格管理與技術措施的采用，提出了對瀝青路面水損壞的多項預防對策，供實際工程應用參考，以期有助于解決公路工程所面臨的瀝青路面水損壞技術難題。
　　
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