公路路面早期水損害的原因分析和防治措施

許永新

摘要：本文對(duì)公路路面早期水損害的原因進(jìn)行分析，提出了具體的防治措施，供大家參考。

關(guān)鍵詞：公路 路面 早期水損害 防治措施

0 引言

水損害是我國(guó)公路路面主要的病害之一，特別是在南方高溫多雨、潮濕地區(qū)，尤為嚴(yán)重。對(duì)于水泥混凝土路面，水損害的主要表現(xiàn)形式有：唧漿、唧泥，并進(jìn)一步發(fā)展成脫空、斷板、錯(cuò)臺(tái)等；對(duì)于瀝青路面，其主要表現(xiàn)形式有：坑洞、松散、唧漿、龜裂等等。其表現(xiàn)形式不同，表示水損害處于不同的階段。不管高速公路采用的是何種路面結(jié)構(gòu)形式，其對(duì)高速公路路面結(jié)構(gòu)的承載能力的損害是十分嚴(yán)重的，而且隨著時(shí)問的增長(zhǎng)，承載能力下降的速度越顯著。一般南方多雨地區(qū)，當(dāng)開始出現(xiàn)了早期水損害，且沒有及時(shí)養(yǎng)護(hù)的話，多則3～4a，少則1～2a，甚至1個(gè)雨季，就出現(xiàn)大面積的損害，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)的崩潰。因此對(duì)高速公路路面水損害的原因進(jìn)行分析和防治措施的研究具有十分重要的意義，本文根據(jù)筆者多年的工作實(shí)踐對(duì)公路水損害產(chǎn)生的原因和防治措施進(jìn)行一些分析和探討。

1 水損害的破壞形式及機(jī)理

1.1 破壞形式 我國(guó)公路瀝青路面多采用強(qiáng)基薄面結(jié)構(gòu)形式，即由半剛性基層作為汽車荷載的主要承重層，瀝青面層只作為結(jié)構(gòu)層。在這種結(jié)構(gòu)形式下，公路瀝青路面中常見的水損害破壞形式有以下幾種：t唧漿、形變和網(wǎng)裂、松散、坑洞、轍槽等。以上的早期水損害現(xiàn)象有時(shí)單獨(dú)出現(xiàn)，但大多數(shù)是組合出現(xiàn)的。比如產(chǎn)生唧漿的地方通常會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)裂和形變，并隨著時(shí)間的推移很快會(huì)出現(xiàn)松散和坑洞。

1.2 破壞機(jī)理分析 水損害的作用機(jī)理主要是粘附理論。粘附是指一種物體與另一種物體粘結(jié)時(shí)的物理化學(xué)作用。對(duì)于瀝青與集料間的粘附性有四種理論來解釋：①力學(xué)理論。認(rèn)為瀝青與礦料之間的粘附性主要是其間分子力作用的結(jié)果，分子力作用與集料表面的特性(如表面的空隙、粗糙度、比表面積、粒徑等)有密切聯(lián)系，由于吸附和毛細(xì)作用，瀝青滲入到空隙中增加了瀝青與集料之間總的接觸面積，產(chǎn)生力學(xué)嵌鎖。而這種力學(xué)嵌鎖在瀝青與集料之間提供了較強(qiáng)的粘結(jié)力，對(duì)表面粗糙且多孔隙的集料，這種力學(xué)嵌鎖非常強(qiáng)烈。②化學(xué)反應(yīng)理論。瀝青與集料中含有不同的化學(xué)成分，當(dāng)瀝青中含有表面活性物質(zhì)(如陽(yáng)離子型極性基團(tuán)和陽(yáng)離子極性化合物)和一些含有重金屬或堿土氧化物的石料接觸時(shí)，在表面有可能生成皂類化合物。皂類化合物的化學(xué)吸附作用力很強(qiáng)，因而有較大的粘附性。當(dāng)瀝青與酸性石料接觸時(shí)不能形成化學(xué)吸附，分子問的作用力只是由于范德華力的物理吸附，且這種物理吸附是可逆的。③表面能理論。認(rèn)為瀝青與礦料的粘附性是由于能量作用原理即瀝青的濕潤(rùn)作用而形成的。瀝青的濕潤(rùn)作用使瀝青與集料表面緊密結(jié)合，而這種濕潤(rùn)通過瀝青表面和集料表面之間的能量交換來實(shí)現(xiàn)。由于水與集料的粘附力比瀝青與集料的粘附力大，因此，水可以侵入瀝青一集料界面，形成水一瀝青一集料的表面接觸。④分子定向理論。現(xiàn)代表面分子物理的研究認(rèn)為，瀝青可視為表面活性物質(zhì)在非極性碳?xì)浠衔镏械娜芤?，因?yàn)r青所含表面活性物質(zhì)的數(shù)量不同而具有不同的極性。瀝青粘附于石料表面后，在石料表面發(fā)生極性分子定向排列而形成吸附層。與此同時(shí)，在極性場(chǎng)中的非極性分子由予得到極性感應(yīng)，也產(chǎn)生額外的定向能力，進(jìn)而構(gòu)成致密的表面吸附層。瀝青的極性是吸附的本質(zhì)也是導(dǎo)致礦料吸附瀝青的根本原因。這四種理論從不同角度對(duì)瀝青與礦料的粘附機(jī)理進(jìn)行了解釋，但由于瀝青與礦料之間的粘附極為復(fù)雜，因此，每一種理論都不能完全概括其機(jī)理，只有綜合應(yīng)用才相得益彰。

2 公路瀝青路面水損害病害的養(yǎng)護(hù)措施

根據(jù)瀝青混凝土產(chǎn)生水破壞的內(nèi)因和外因，必須從設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)的角度上采取有效的措施，使水破壞現(xiàn)象降到最低。防止水損害的發(fā)生關(guān)鍵是要分析水損害產(chǎn)生的原因，并找出水源采取相應(yīng)的措施。

2.1 瀝青混凝土各面層都用空隙率相對(duì)較小的密實(shí)型瀝青混凝土 根據(jù)目前高速公路水損害病害的發(fā)展規(guī)律可看出，路面結(jié)構(gòu)層中僅設(shè)一層密實(shí)式瀝青混凝土是不能夠起到路面防水的作用。瀝青面層中哪一層空隙率大，一旦有水進(jìn)入，哪一層就會(huì)產(chǎn)生水損壞。因此，無論路面是二層或是三層，各層都應(yīng)該采用密實(shí)式的或所謂的Ⅰ型瀝青混凝土。綜合考慮瀝青混合料的高溫抗永久變形能力好、透水性小以及表面粗糙度好三個(gè)主要性能后，調(diào)整SAC-10、SAC-13、SAC-16型作為瀝青混凝土路面上面層結(jié)構(gòu)。碎石瀝青S MA是粗集料斷級(jí)配瀝青混凝土。SMA與SAC的最主要的差別在S MA中摻加木質(zhì)素纖維，并相應(yīng)的提高瀝青用量，SAC僅用改性瀝青。

2.2 提高瀝青與礦料的粘結(jié)力 為減輕瀝青剝落現(xiàn)象，改善瀝青混凝土的水穩(wěn)定性和耐久性，需要提高瀝青與礦料間的粘結(jié)力，對(duì)于用做中面層或底面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結(jié)力不小于4級(jí)，對(duì)于用做表面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結(jié)力不小于5級(jí)。在已建成通車的高速公路使用的硬質(zhì)石料以玄武巖、安山巖、閃長(zhǎng)巖、花崗巖為主，這些巖石與瀝青的粘結(jié)力只有3 級(jí)或4級(jí)，因此建議填加消石灰粉或水泥等抗剝落劑來提高瀝青與礦料的粘結(jié)力。在兼顧其他性能的基礎(chǔ)上，適當(dāng)考慮在中面層和下面層中適當(dāng)采用針入度小的瀝青來增強(qiáng)其抗水損壞能力。

2.3 提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn) 瀝青混凝土的壓實(shí)度對(duì)瀝青混凝土的物理化學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響，當(dāng)設(shè)計(jì)配合比其空隙率是4%時(shí)，在不同的壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)下現(xiàn)場(chǎng)空隙率有明顯差別。在壓實(shí)度為96%時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)空隙率將接近8%，在壓實(shí)度為98%時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)空隙率將接近6%，前者的滲透系數(shù)將明顯大于后者。為了盡可能的提高瀝青混凝土面層的不透水性，必須相對(duì)提高瀝青混凝土路面的壓實(shí)度，高速公路表面層的壓實(shí)度不小于98%，中面層和底面層的壓實(shí)度不小于97%。

2.4 增加現(xiàn)場(chǎng)空隙率指標(biāo) 現(xiàn)場(chǎng)空隙率是指面層的某層碾壓結(jié)束和冷卻后瀝青混凝土內(nèi)部空氣所占的體積百分率。用現(xiàn)場(chǎng)空隙率可以更確切地反映瀝青混凝土的壓實(shí)結(jié)果。建議現(xiàn)場(chǎng)空隙率指標(biāo)為：表面層≤6%，中面層或底面層≤7%。

2.5 在路面結(jié)構(gòu)中設(shè)防水層 從公路瀝青路面的水損壞現(xiàn)象分析，往往表面水還沒有來得及滲透到中層或下層，表面層或中面層就開始破壞，因此，如果在較厚的瀝青面層(兩層以下)下面設(shè)置防水層，在某些情況下水還沒有來得及滲透到防水層上，上面的瀝青混凝土層可能已經(jīng)開始破壞，防水層可能起不到應(yīng)有的作用?？稍跒r青表面層下設(shè)置防水層，防止進(jìn)入瀝青表面層的水繼續(xù)下滲到面層的下層及到達(dá)滯留在基層頂面，避免其導(dǎo)致沖刷、唧漿和路面坑洞等水破壞。

2.6 有效控制瀝青混凝土的均勻性 瀝青混凝土的礦料級(jí)配，礦料顆粒變異性大以及混合料的拌和離析、碾壓時(shí)的溫度離析都可使瀝青面層從顆粒組成、瀝青含量、密實(shí)度和空隙率都顯著不同。因此應(yīng)規(guī)范筑路材料的供應(yīng)，將原材料的變異控制在盡可能小的范圍內(nèi)，對(duì)無法保證原材料質(zhì)量穩(wěn)定的，更應(yīng)做好瀝青混合料的生產(chǎn)配合比設(shè)計(jì)，嚴(yán)格禁止拌和樓私自變動(dòng)熱料倉(cāng)配比。堆料廠應(yīng)該硬化處理，對(duì)不同規(guī)格的集料應(yīng)嚴(yán)格分開堆放，采取可靠措施，避免不同規(guī)格的集料堆交錯(cuò)，避免人為增大集料變異性。各種細(xì)集料都應(yīng)分別搭蓬保護(hù)，防止雨淋。嚴(yán)格混合料生產(chǎn)、拌和、施工各環(huán)節(jié)的管理和監(jiān)控，合理的安排施工工序，盡量減少各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的不均勻現(xiàn)象，保證路面的施工質(zhì)量。

2.7 中央分隔帶防水措施 中央分隔帶為粉砂土，由于粉砂土本身的特性，毛細(xì)水較為活躍，雨雪水、綠化澆水等容易從中央分隔帶側(cè)面侵入路面結(jié)構(gòu)層界面間，因此砂土段中央分隔帶防水措施非常重要。

3 結(jié)束語(yǔ)

影響公路產(chǎn)生水損害的原因是多方面的，有設(shè)計(jì)、施工、管理等方面的原因，也有防排水設(shè)計(jì)、路面材料、路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等原因，還有許多業(yè)主或施工單位容易忽視集料的品質(zhì)以及路面的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)路面產(chǎn)生早期水損害的影響，從而出現(xiàn)過分追求平整度，放松壓實(shí)度的現(xiàn)象。本文從綜合各方面對(duì)路面早期水損害進(jìn)行原因分析，并介紹水害的防治措施，建議公路建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、施工方嚴(yán)格對(duì)公路建設(shè)過程的各環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)控，有效地防止高速公路路面早期水損害。