高速公路瀝青路面水損害分析和防治措施

朱衛(wèi)航

摘要： 本文首先對進入路面不同水源產(chǎn)生水損害的原因進行分析，提出了相應解決措施，供大家參考。

關鍵詞：高速公路；瀝青路面；水損害；防治措施

1 前言

近幾年來，隨著國家對高速公路建設投資力度的加大，我國的公路工程建設十分迅速。瀝青混凝土路面以其力學強度高、行車平穩(wěn)舒適、噪音低、施工期短、維修方便等眾多優(yōu)點越來越受到青睞，我國90％以上的路面為瀝青混凝土或改性瀝青混凝土路面。但大部分高速公路在建成通車后不久，短的幾個月，長的不超過兩年，就出現(xiàn)了水損害破壞。瀝青路面的這種早期水損害，既是我國高速公路瀝青路面最嚴重的病害之一，也是一個世界性的難題。因此研究高速公路瀝青路面水損害機理及防治措施顯得非常必要，并具有重大的現(xiàn)實意義。

2 瀝青路面水損害的特點及形成機理

按照其形成過程的不同，可以分為自上而卞的表面層水損害和自下而上的水損害，下面分別對這兩種水損害類型加以闡述和說明。

2.1 自上而下表面層水損害

許多初期的路面水損害都是從上往下發(fā)生的，它往往局限于在表面層發(fā)生松散和坑槽，如果及時維修，路面性能可以很快恢復。在降雨過程中，雨水首先滲入并滯留在表面層瀝青混凝土的孔隙中。當下層的瀝青混和料密水性好，且瀝青層層厚較大，向下滲透比較困難，在大量高速行車的作用下，反復產(chǎn)生的動水壓力逐漸使瀝青從集料表面剝離，局部瀝青混凝土變得松散，碎石被車輪甩出，路面產(chǎn)生坑槽。

這種水損害是國際上通稱的經(jīng)典的水損害，它是一個水使瀝青膜從集料表面脫落，失去附著力的過程。水損壞的先決條件是水的存在，同時存在外力作用環(huán)境。汽車荷載的壓應力和高速行駛產(chǎn)生的真空吸力形成剪應力的反復泵吸作用，使瀝青膜從剝離發(fā)展到松散、掉粒、坑槽。損壞的進程與荷載的大小、頻度有關。在初始價段，集料與集料之間發(fā)生剪切滑移，伴有瀝青膜移動和脫離，當剪應力超過瀝青與集料之間的粘附力導致附著力喪失，這個過程很短暫，一條公路在長時間干燥少水的情況下可以穩(wěn)定的使用，一旦有充足、大量的水從裂縫和大的孔隙中迅速滲入并達到飽和，經(jīng)行車反復泵吸就很快造成瀝青膜剝離的環(huán)境，并形成表面型坑槽。

2.2 自下而上水損害

當表面的水從裂縫和孔隙較大的裂隙中進入路面。當瀝青路面存在薄弱環(huán)節(jié)，例如由于離析造成上下有連通的孔隙，水在這些地方比其它地方更容易進入路面內(nèi)部，并很快進入到基層表面。由于半剛性基層過分致密，不能迅速將水排除時，水滯留在瀝青層和基層的界面上，在汽車荷載的作用下，下面層瀝青混和料的粗集料對基層造成損傷，并形成灰漿。如果基層表面存在薄弱，如鋪筑瀝青層前就有浮灰、修補的薄層等：遇水很快就成為灰漿，灰漿從上下連通的孔隙中被荷載擠出，成為唧漿。通過唧漿部位可見，開始發(fā)生唧漿的孔一般都很小，肉眼看只有1-2cm，被擠出的灰漿可能噴射到數(shù)米以外，尤其是有重載車高速通過時，這種集中的沖擊力很大。在發(fā)生唧漿的路段，兩側的護欄幾乎都被泥漿所污染。與此同時，瀝青層和基層的界面條件惡化，可能很快轉變?yōu)榛瑒咏缑鏃l件，瀝青層底部承受很大的拉應力，反復荷載的疲勞作用同時發(fā)生，并發(fā)生拉應力超過極限而開裂。下面層的公稱最大粒徑較大，離析也比較嚴重，并存在一些孔隙較大的部位。水在孔隙中承受很大的高速汽車荷載的抽吸作用，孔隙率較大的下面層將很快出現(xiàn)瀝青從集料表面剝離，瀝青膜逐漸被水乳化而喪失，集料松散，這種情況逐漸向上發(fā)展，最后頂破表面，成為坑槽。

這種水損害多發(fā)生在雨季、季節(jié)性冰凍地區(qū)的春融季節(jié)，有時一場幾天的大雨就導致嚴重破壞。水損壞之初一般都先有小塊的網(wǎng)裂、冒白漿(唧漿)，然后松散成坑槽。發(fā)生水損害的地方一般是透水較嚴重且排水又不暢的部位，如挖開可見下面有積水或浮漿。一般情況下行車道破壞嚴重，超車道沒有破壞，顯然與重車、超載車有關。

3 瀝青路面水損害預防措施

通過對瀝青路面水損害的機理分析，我們知道造成水損害的主要原因是水，但由于水損害產(chǎn)生的數(shù)量及速度與瀝青混凝土密實度及空隙率大小、瀝青與粗集料的粘附力大小或有無使用抗剝落劑、交通量大小及重(超)載車輛的多少也有一定的關系，所以，有效防治水損害發(fā)生，應從以下幾方面考慮。

3.1 合理設計，健全道路防、排水系統(tǒng)

降落或匯流到中央分隔帶或路肩上的雨水，會下滲進入分隔帶或路肩部分的土體中，并會沿路面邊緣側向滲入路面結構內(nèi)部，甚至會滲透侵入路基內(nèi)，而影響到行車道路基路面的穩(wěn)定。另一方面，路表水和滲入路面結構內(nèi)部的水分，都要通過中央分隔帶或路肩向外排泄。因此，設置好分隔帶和路肩的防、排水設施，是防治高等級瀝青路面雨水侵滲破壞的一個重要方面。

設置下封層可有效阻止水分向基層及其以下侵滲。對于高等級半剛性基層瀝青路面，盡量考慮設置下封層，改變以往那種靠澆灑透層瀝青兼起防水作用的不正確的做法。由于這類路面一般情況下采用半剛性材料穩(wěn)定碎石基層，基層頂面往往存積粉塵，很難清掃干凈而完全露出碎石。透層瀝青可以滲入碎石間隙，但在粉塵上無法牢固粘結，施工車輛行駛時會出現(xiàn)起皮和卷帶，致使透層不完整，起不到防水作用。下封層可采用拌和法或?qū)愉伔ㄊ┕さ膯螌邮綖r青表面處治，也可采用乳化瀝青稀漿封層等。

3.2 控制瀝青路面空隙率，防止或減少水分進入內(nèi)部

據(jù)有關研究表明，當路面實際空隙率為7％ 一14％時，水容易滲入瀝青混合料內(nèi)部，并在行車荷載作用下產(chǎn)生較大毛細壓力而形成動力水，是發(fā)生水損害的最危險孔隙率，而4％5％的空隙率就認為是不透水的，也就是說與水損害無關；大于12％的空隙率，水很容易流走，但必須要設置排水的結構層。據(jù)美國戰(zhàn)略公路研究計劃的調(diào)查，瀝青路面最合理的殘留空隙率為4％。所以必須提高對空隙率重要性的認識，迅速改變因片面追求平整度和擔心構造深度而忽視對空隙率控制的現(xiàn)象。

3.3 提高瀝青與集料的粘附性，提高集料之間的粘結力

提高瀝青與集料的粘附性和抗剝離性能，是很久以來道路和瀝青制造部門共同研究的課題。例如用一部分石灰、水泥代替礦粉，或在瀝青中添加少量環(huán)烷類高分子有機酸，可以改善瀝青與集料的粘附性。尤其是添加鈣、鉛、錳等各種類型的金屬皂，能夠有效地提高瀝青與集料的粘附性。近年來，隨著表面化學科學的發(fā)展，各種表面活性材料的開發(fā)，使各種抗剝落劑應運而生。添加抗剝落劑能改善和提高瀝青混合料抗水損害能力，但抗剝落劑(液體和石灰添加劑)對集料和瀝青有選擇性。因此，不能輕易得出某種抗剝落劑不好或是劣質(zhì)產(chǎn)品的結論，應通過周密的試驗設計來進行篩選。石灰是一種很有效的抗剝落劑，但使用比較困難。

3.4 提高施工質(zhì)量

施工前原材料的選用必須規(guī)格、均勻，配合比設計必須嚴密，而且注意防止集料的污染。在施工過程中必須注意瀝青混凝土拌合的均勻性以及攤鋪的寬度，防止粗細集料離析。嚴格控制瀝青混合料拌合溫度、出場溫度和碾壓溫度，混合料拌合溫度過高容易造成瀝青老化，瀝青與集料的粘附性也會明顯降低，嚴重時會造成面層局部色澤不一致或路面過早老化破壞等現(xiàn)象。據(jù)國外有關試驗數(shù)據(jù)表明，瀝青混合料的溫度低于90℃ ，實際上已不可能再被進一步壓實。再者，盡量通過使用高效配套的碾壓設備、增加碾壓遍數(shù)等提高壓實度以減小空隙率，空隙率大的位置滯留水越多破壞現(xiàn)象越嚴重。

3.5 嚴格控制超載車輛

公路管理部門應該按照《公路法》及交通部《超限運輸車輛行駛公路規(guī)定》的要求對超載車輛進行強制卸載，并在入口處設卡不讓超載車輛進入高速公路。

結束語

高速公路瀝青路面早期水損害的產(chǎn)生原因很多，分析和防治相當困難。我國對路面水損害的研究還比較落后，應該努力借鑒國外先進經(jīng)驗，認真找出瀝青路面水損害的確切原因，因地制宜地采取處治措施。

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