淺談瀝青路面水損害及其治理措施

魏兆龍　楊永凱

摘要：隨著我國高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，瀝青路面作為一種高級(jí)路面被廣泛采用，然而瀝青路面卻易出現(xiàn)早期損害現(xiàn)象，水損害是其中首要的也是最嚴(yán)重的現(xiàn)象之一。在對(duì)路面破壞現(xiàn)象廣泛調(diào)查、統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上，各國道路科研工作者通過反復(fù)分析、論證發(fā)現(xiàn)，瀝青路面的早期破壞現(xiàn)象大多與水有關(guān)?！霸诟鞣N類型的瀝青路面早期破壞現(xiàn)象中，水損壞是最主要、危害最大的損壞類型”。

關(guān)鍵詞：瀝青路面；損害

所謂瀝青路面水損害，是指瀝青路面在有孔隙水的工作條件下，由于交通動(dòng)荷載和溫濕脹縮的反復(fù)作用，進(jìn)入路面孔隙的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸的循環(huán)作用，致使水分逐漸侵入瀝青與集料的界面，造成瀝青膜從集料表面剝落、瀝青混合料內(nèi)部逐漸喪失粘結(jié)力、路面結(jié)構(gòu)使用性能下降，并伴隨麻面、松散、掉粒、坑洞或唧漿、網(wǎng)裂、轍槽等病害發(fā)生，同時(shí)誘發(fā)其他路面病害的損壞現(xiàn)象。

針對(duì)水損害這個(gè)世界性難題，國內(nèi)外道路科研工作者對(duì)其形成機(jī)理、影響因素，評(píng)價(jià)水損害的試驗(yàn)方法、指標(biāo)及水損害的控制、防治等各個(gè)方面都進(jìn)行過系統(tǒng)研究。

1 水損壞現(xiàn)象的類型及其作用機(jī)理

瀝青路面較為普遍的水損害現(xiàn)象有麻面、松散、掉粒、坑洞、唧漿、網(wǎng)裂、轍槽等。

1.1 松散類：路表麻面、松散、掉粒、坑洞

瀝青面層在孔隙水壓力的反復(fù)作用下，使瀝青膜從集料表面剝落、混合料中的集料相互之間喪失粘結(jié)力而逐漸變軟直至松垮，導(dǎo)致麻面、松散現(xiàn)象；在局部松散處，松散的集料顆粒逐漸掉粒、流失進(jìn)而形成大小不一的坑洞。

1.２ 裂縫類：唧漿、網(wǎng)裂、坑洞

半剛性基層基頂結(jié)合料與從路表連通孔隙及裂縫處下滲的水混合，在行車荷載的反復(fù)作用下，產(chǎn)生的高速動(dòng)水壓力沖刷基頂形成灰漿并從裂縫中被擠壓而出形成了唧漿現(xiàn)象；隨著基層結(jié)合料的逐漸流失，面層也隨著底部脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生而形成沉陷、網(wǎng)裂，進(jìn)而發(fā)展成坑洞。

1.３ 變形類：轍槽

在行車荷載作用下，滯留在面層內(nèi)的水使集料特別是粗集料表面裹覆的瀝青膜逐漸剝落，瀝青混合料強(qiáng)度不斷損失直至完全松散。行車輪跡帶下不僅出現(xiàn)了壓縮變形現(xiàn)象，而且產(chǎn)生了嚴(yán)重的剪切破壞現(xiàn)象，輪下松散的瀝青混合料向兩側(cè)擠出并鼓起，在輪跡帶下形成車轍。轍槽內(nèi)有時(shí)還伴隨著唧漿和網(wǎng)裂現(xiàn)象。

1.４ 凍融循環(huán)破壞

在冰凍地區(qū)或季節(jié)性冰凍地區(qū)，由于水凝聚結(jié)冰時(shí)體積增大，在瀝青混合料內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很大的膨脹力，致使混合料內(nèi)部粘結(jié)力下降；而當(dāng)其融化時(shí)，又滯留于路面層內(nèi)，在行車荷載作用下加速瀝青膜的剝落。在路表，冰雪融水進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)部，在行車荷載和凍融循環(huán)的反復(fù)作用下產(chǎn)生破壞。而在下面層，當(dāng)基礎(chǔ)有較多的細(xì)粒土和孔隙時(shí)，冬季特有的毛細(xì)水使水分逐漸積聚在基層頂面，春融期過飽和的水進(jìn)入下面層孔隙，在荷載反復(fù)作用下產(chǎn)生剝落現(xiàn)象和基頂沖刷。

總的來說，水損害的根本原因在于水的作用致使瀝青對(duì)集料的粘附性能喪失，瀝青膜從礦料表面脫落，而造成這種結(jié)果的兩個(gè)關(guān)鍵性因素是水和外力的作用。

2 水損壞產(chǎn)生的原因及影響瀝青路面水穩(wěn)定性的因素

導(dǎo)致瀝青膜剝落產(chǎn)生水損壞的原因可從以下幾方面進(jìn)行分析。

2.１ 瀝青與集料的粘附性能

瀝青與集料的粘附性主要受自身性質(zhì)的影響。如瀝青與礦料的化學(xué)成分，瀝青與礦料表面的界在張力，瀝青的粘性，礦料的空隙率，礦料的含水量和含泥量等。研究表明，若粘附性不足4級(jí)以上，瀝青膜容易脫離，造成路面水損害。

2.２ 瀝青路面施工時(shí)的孔隙率

美國Zube對(duì)密級(jí)配瀝青混合料孔隙率與透水性的研究以及Brown和Collins等在喬治亞州對(duì)離析混合料的研究表明，當(dāng)瀝青路面的孔隙率在8％（相當(dāng)于設(shè)計(jì)孔隙率為4％而壓實(shí)度為96％的情況）以下時(shí)，混合料的透水性很小，幾乎不透水。

而在我國，高等級(jí)瀝青路面施工時(shí)普遍存在以下問題：現(xiàn)場(chǎng)孔隙率普遍偏大，多分布在8％～15％的范圍內(nèi)；路面壓實(shí)不足，孔隙率加大；瀝青混合料離析導(dǎo)致路面局部壓實(shí)不均勻，即細(xì)集料集中的部位往往瀝青含量偏多，孔隙率過小，而粗集料集中的部位則孔隙率過大。這都為水的滲入提供了條件。

2.３ 瀝青路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水

在道路工程中，人們比較重視路基和路界地表范圍內(nèi)的排水，采取的措施也很多。但是對(duì)于路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的排水則重視不夠，甚至基本沒有考慮。我國高等級(jí)公路普遍采用半剛性基層，路面設(shè)計(jì)時(shí)一般不考慮路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水，普遍設(shè)計(jì)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)部的水分排出。

2.４ 評(píng)價(jià)瀝青路面水損害指標(biāo)不合理

用水煮法試驗(yàn)評(píng)價(jià)集料與瀝青之間的粘附性存在不合理現(xiàn)象。一方面，集料與瀝青的粘附性等級(jí)與路面水損害之間的關(guān)系沒有建立，水煮法試驗(yàn)結(jié)果受人為主觀因素影響很大；另一方面水煮法只使用了9.5～13.2mm的粗集料。事實(shí)上，部分細(xì)集料為砂，與瀝青粘附性較差，沒有得到評(píng)價(jià)。

瀝青混合料殘留浸水馬歇爾穩(wěn)定度也存在致命的弱點(diǎn)。經(jīng)過75次馬歇爾擊實(shí)，試件孔隙率已達(dá)到設(shè)計(jì)的3％～5％，水很難進(jìn)入，沒有足夠的水，檢驗(yàn)不出瀝青混合料的實(shí)際耐久性。

2.５ 其它方面的原因

路面開裂、老化加速水損害的發(fā)生，并形成惡性循環(huán)；道路交通超載嚴(yán)重；溫度變化時(shí)產(chǎn)生的凍融循環(huán)作用；酸雨、車輛滲油對(duì)路面的腐蝕；在冬季、雨季氣候條件下施工。

從以上分析可看出，影響瀝青路面水穩(wěn)定性的因素有： 瀝青混合料的性質(zhì)：包括集料性質(zhì)與瀝青性質(zhì);瀝青混合料類型：密級(jí)配瀝青混合料結(jié)構(gòu)密實(shí)、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。斷級(jí)配和開級(jí)配瀝青混合料粗顆粒較多，瀝青用量較少;施工條件：瀝青混凝土路面在施工時(shí)，如天氣寒冷潮濕，建成的路面就易發(fā)生水損害；另外如壓實(shí)不充分或壓實(shí)不及時(shí)，成型的路面內(nèi)部存在較多的孔隙，水分易浸入瀝青路面結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致水損害;施工后的環(huán)境條件：施工后的環(huán)境條件包括氣候及交通荷載情況，溫度、降雨量、凍融及干濕循環(huán)等，都將影響水損害；其它條件相同時(shí)，交通荷載繁重可加速水損害的發(fā)生和發(fā)展; 路面下的排水情況：路面下排水狀況不良，進(jìn)入路面的水不能及時(shí)排除，也將加速路面水損害的發(fā)生和發(fā)展。

3 瀝青路面抗水損害技術(shù)措施

3.1 路面結(jié)構(gòu)層均采用水穩(wěn)定性好的密實(shí)型瀝青混凝土

實(shí)踐證明，瀝青路面結(jié)構(gòu)層中僅有一層是密實(shí)型（I型）的瀝青混凝土或僅設(shè)一層瀝青砂來防止水損害遠(yuǎn)不能滿足要求。一旦水通過各種途徑進(jìn)入到空隙率較大的結(jié)構(gòu)層中，便會(huì)滯留于其中，使強(qiáng)度顯著降低，并隨著交通量的增加，出現(xiàn)水損害現(xiàn)象。

3.2 改善瀝青與礦料之間的粘附性

為了減輕瀝青路面的水損害，改善與提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性與耐久性，需要增加瀝青與礦料之間的粘附性。經(jīng)驗(yàn)證明，我國目前所使用的表面層石料與瀝青的粘附性都比較差，不能滿足技術(shù)要求，必須采取抗剝落措施，以改善礦料與瀝青之間的粘附性。目前我國常用的抗剝離措施主要是添加抗剝落劑。

３.3 提高瀝青混凝土壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)，增加現(xiàn)場(chǎng)空隙率指標(biāo)

國內(nèi)外大量研究表明，7%的現(xiàn)場(chǎng)空隙率是瀝青路面是否產(chǎn)生早期水損害的分水嶺，美國SHRP研究成果也提出4%的設(shè)計(jì)空隙率是最佳的選擇。若仍按96%的壓實(shí)度予以控制，其現(xiàn)場(chǎng)空隙率將達(dá)到8%，無法滿足水穩(wěn)定性的要求，應(yīng)提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)；而且在提高壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，增設(shè)現(xiàn)場(chǎng)空隙率作為施工的控制指標(biāo)。

3.４ 設(shè)置路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)

設(shè)置良好的路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水系統(tǒng)，迅速排除滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，避免自由水在路面結(jié)構(gòu)層中積滯的時(shí)間過長(zhǎng)，從而改善路面的使用性能的措施能夠從根本上解決瀝青路面的水損害問題。