瀝青路面的水損害及防治對策

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400041)

瀝青路面的水損害及防治對策

王 肖

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 重慶 400041)

近幾十年來，瀝青路面由于眾多優(yōu)點而被世界各國廣泛使用。然而，在運營過程中，瀝青路面出現(xiàn)了不同程度的水損害。本文介紹了瀝青路面水損害的機理、原因及防治對策，對于工程實踐具有十分重要的意義。

穩(wěn)定瀝青；路面；水損害

0 引言

瀝青路面由于一系列優(yōu)點受到工程界的青睞，但交通量的日益增大，軸重增加，車輛渠道化，加上各種水溫條件的共同作用，由永久變形、低溫或疲勞開裂引起路面使用功能的喪失導(dǎo)致的重建、養(yǎng)護費用也逐年劇增。因此，對公路瀝青路面水損害進行必要的研究刻不容緩，也是一項十分有理論及現(xiàn)實意義的活動。

1 瀝青路面的水損害

1.1 瀝青路面水損害的定義及機理

1.1.1 瀝青路面水損害的定義

瀝青路面水損害是指在工程施工完成通車后，地表水及雨水通過孔隙侵入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并附著于瀝青與結(jié)合料的分界處。在荷載及水溫的共同重復(fù)作用下，瀝青膜隨時間逐漸脫離，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)整體性破壞，路面結(jié)構(gòu)承載能力下降，并出現(xiàn)唧漿、坑洞及轍槽等病害的現(xiàn)象。

1.1.2 瀝青路面水損害的機理

1)瀝青膜的剝落過程

瀝青從集料表面剝落的過程相當復(fù)雜，雖然眾多學(xué)者對此有大量的試驗和數(shù)據(jù)參考，但仍然沒有一個統(tǒng)一的結(jié)論。學(xué)術(shù)界基本贊成的是瀝青膜剝落的過程即是浸入混合料內(nèi)部的水取代瀝青膜的過程。其持續(xù)時間表征了瀝青的粘結(jié)力以及混合料抗水作用的能力。

對瀝青的剝落過程，有以下幾種模式：

①瀝青膜移動

水浸入混合料后，結(jié)構(gòu)整體形成由瀝青-集料-水組成的三相體系。在外部因素的各種影響下，水分不斷充斥于集料表面，促使瀝青膜的脫落，最終水分完全侵占了瀝青膜的位置。

②瀝青膜分離

在水分介于粒料和瀝青之間后，若最終路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部完全干燥，瀝青依然可以與集料相連。但在水存在的情況下，瀝青路面承受的各種外部作用會加劇混合料的離析，同時破壞瀝青混合料的整體結(jié)構(gòu)。

③瀝青膜破裂

瀝青膜對集料的裹覆并不是絕對均勻的，在集料的棱角處，瀝青膜的厚度將發(fā)生變化，瀝青膜從粒料表面脫落后，一旦承受行車荷載的重復(fù)作用，那么集料棱角附近的瀝青膜將發(fā)生破裂，水分更加容易進入，加速整個過程并一直循環(huán)，直至瀝青路面的結(jié)構(gòu)性破壞。

④起泡

在較高溫度時，瀝青的粘結(jié)能力會下降，同時由于路面結(jié)構(gòu)內(nèi)水汽的作用，路面表面會形成氣泡，這時水分就更容易進入其中，進一步引起瀝青的脫落。

⑤粘結(jié)層破壞

水分破壞混合料的微觀結(jié)構(gòu)后，在瀝青-集料-水組成的混合物中，由于水膜和瀝青膜同時帶負電，瀝青膜將會得到進一步的排斥。此原理作用將加速瀝青膜的脫離，直至粘結(jié)力的完全消失。同時，混合料中的水將和其中的降解物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，加速瀝青的老化，在荷載的重復(fù)作用下，混合料出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破壞，最終喪失路用功能，影響行車體驗和安全。

1.3 瀝青路面水損害的成因

1.3.1 瀝青混合料的性質(zhì)與類型

瀝青混合料的性質(zhì)包括瀝青性質(zhì)與集料性質(zhì)、 瀝青與集料的粘附性等[1]。密級配瀝青混合料結(jié)構(gòu)密實、空隙率小，礦粉及瀝青用量較大，瀝青膜較厚，一般水損害較小。如果瀝青的粘附性不足4級以上，瀝青膜容易脫落，造成路面水損害。

1.3.2 路面壓實不足

壓實度反映了路面的孔隙率，而這與路面的水穩(wěn)定性有極大的關(guān)系。壓實度高的路面結(jié)構(gòu)密實度高，孔隙率小。壓實度不夠的路面結(jié)構(gòu)具有較大的孔隙率，這使水更容易滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部。造成壓實度不足的一個很重要的原因在于現(xiàn)在國內(nèi)瀝青面層的集料粒徑普遍偏大,而與其相匹配的壓實厚度則偏薄，造成壓實不利。瀝青路面壓實效果與很多因素有關(guān)，壓路機的性能，壓實速率，遍數(shù)等因素的不同會使最終結(jié)果產(chǎn)生很大的區(qū)別。另外，混合料攤鋪及壓實的溫度與路面的壓實效果，同樣存在著聯(lián)系。合理的壓實度只有在恰當?shù)臏囟认拢煤线m的壓實機械才能夠達到理想的效果。

1.3.3 排水設(shè)計不合理

我國高等級公路普遍采用半剛性基層，路面設(shè)計時一般不考慮路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水，普遍設(shè)計了埋置式路緣石、砌筑式路肩、漿砌擋墻，這些都妨礙了由各種途徑侵入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分的排出[2]。路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)不暢，滲入其中的水無法排除，則會導(dǎo)致滲入的水分對混合料的侵蝕作用，引發(fā)瀝青路面的水損害。

1.3.4 養(yǎng)護的原因

養(yǎng)護不及時，養(yǎng)護方法不當也是造成瀝青路面水損害的重要因素。

2 瀝青路面水損害的防治措施

瀝青路面水損害的原因是多種多樣的，水損害的持續(xù)發(fā)展會造成整個瀝青路面的結(jié)構(gòu)性破壞，影響行車安全。因此在混合料的設(shè)計、瀝青路面的施工中都應(yīng)盡可能的采取各種措施緩解這一病害。

2.1 路面結(jié)構(gòu)措施

路面水損害的根本原因是水的作用，因此采取適當?shù)墓こ檀胧⑺糸_無疑是最徹底的措施。

1)用開級配瀝青處治碎石作為排水基層材料，它不僅具有較高的強度、良好的路用性能和耐久性，而且有較大的空隙率和良好的排水性能[3]。

2)下面層采用隔水材料作為隔水層，防止結(jié)構(gòu)下部的水分上升造成的對面層的破壞。

3)防止水害，尚需做好挖方路段、中央分隔帶的排水設(shè)施，建立完整的排水系統(tǒng)。

2.2 瀝青及集料的選擇

使用空隙率小于5%的粗糙、潔凈集料，以形成粗糙的表面構(gòu)造，增加瀝青的裹覆程度；盡量采用堿性集料和粘附性高的瀝青，不使用對水敏感的集料和瀝青；控制瀝青用量，在集料表面形成一層均勻的瀝青薄膜。

4)對集料進行預(yù)處理和摻加抗剝落劑等措施。

2.3 瀝青混合料配合比措施

為了具備優(yōu)良的密水性能，應(yīng)在合理允許的情況下，采用盡可能多的瀝青，同時增加細集料的用量，使混合料具備較高的密實度。一般認為，瀝青混合料的設(shè)計孔隙率控制在3%～5%的范圍內(nèi)是適宜的。

2.4 摻加抗剝離劑

當瀝青與集料的粘附性不足時，可摻加抗剝離劑，以提高瀝青與集料的粘附性?？箘冸x劑可為消石灰或有機高分子材料。

1)消石灰

消石灰作為抗剝離劑經(jīng)常被使用，價格也相對便宜。通過消石灰的作用，其表層的性質(zhì)將會得到極大的優(yōu)化，集料與瀝青之間的粘結(jié)效果將極大提高，集料與瀝青將緊密的結(jié)合成整體。對于酸性石料，消石灰的作用可使其表面的負電荷減少，使石料對水的親和作用減小。

2)有機高分子材料的抗剝離劑

這類抗剝離劑實際上是一種表面活性劑。它的作用機理是利用其自身的極性與混合料結(jié)合，增強瀝青與集料之間的粘結(jié)力。

2.5 施工注意事項

在施工前，對原材料的選擇應(yīng)堅持規(guī)格完整、搭配均勻合理，對集料的保管應(yīng)嚴格周密，要防止集料被污染。在施工過程中，應(yīng)注意瀝青混合料攤鋪的均勻性和攤鋪速率，同時應(yīng)嚴格控制攤鋪溫度和碾壓溫度。溫度的過高過低，一方面會造成瀝青混合料流動性較差，另一方面會造成瀝青的老化。老化后瀝青的粘結(jié)力會下降，將減少其對集料的裹覆作用。此外，應(yīng)選擇功效完備的碾壓設(shè)備，對路面進行充分的碾壓，提高壓實度，以達到合理的孔隙率。

2.6 加強管理及養(yǎng)護

重車特別是超重車輛對路面的碾壓作用，往往是造成路面病害的原因之一。因此，應(yīng)加強交通管制。對于不符合道路等級要求的車輛，應(yīng)對其嚴格控制，加強監(jiān)管手段，有效減少并杜絕這一現(xiàn)象。同時，應(yīng)加強對路面的按時養(yǎng)護。

3 結(jié)論

水損害是道路建設(shè)及運營過程中廣泛出現(xiàn)的問題，但只要控制好各個環(huán)節(jié)，做到設(shè)計、施工和管理的合理統(tǒng)一，水損害的問題是可以得到有效防范的。

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[3]方樹秩,夏紅軍,高雪松.淺談瀝青路面水損害機理及防治對策研究[J].遼寧交通科技，2005(6): 28-30.

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