福建省重載交通條件下瀝青路面水損害及防治措施

李 閩

(福建交通職業(yè)技術學院，福州 350007)

隨著海峽西岸經(jīng)濟區(qū)的建設，福建交通狀況發(fā)生了翻天覆地的變化，高等級公路與日俱增，交通得到了迅猛發(fā)展，特別是重型車輛不僅在數(shù)量上增長快，而且軸載負荷也越來越大，但在高等級瀝青路面的使用過程中出現(xiàn)了各種形式的路面早期損壞現(xiàn)象，如車轍、松散剝落、坑槽、裂縫等病害。調查研究表明：許多路段的病害多發(fā)生在雨季，并與汽車的重、超載作用直接相關。

1 瀝青路面水損害及水穩(wěn)定性作用機理

水損害是瀝青路面在水或凍融循環(huán)的作用下，由于汽車車輪動態(tài)荷載的作用，進入路面空隙中的水不斷產(chǎn)生動水壓力或真空負壓抽吸的反復循環(huán)作用，水分逐漸進入瀝青與集料界面上，使瀝青黏附性降低并逐漸喪失，瀝青膜從集料表面剝離，瀝青混合料松散從而導致路面松散、剝落、坑槽等病害。

瀝青路面的強度取決于集料顆粒間的摩擦力和嵌擠力、瀝青膠結料的黏結性以及瀝青與集料之間的黏附性。由此可見，黏附性是保證摩擦力和嵌擠力發(fā)揮強度作用的先決條件。根據(jù)黏附理論可知水穩(wěn)定性作用機理主要指兩個方面：一個方面指的是水降低了瀝青的黏附性，由于一般集料都是親水性材料，水分可進入瀝青與集料之間，使得瀝青與集料表面的接觸面減小而黏結力降低，再加上水對瀝青形成沖刷從而導致瀝青薄膜剝落，使集料裸露而破壞；另一個方面是指水進入瀝青與集料間、隔離了瀝青與集料的黏結。

通過上述對水損害的定義及水穩(wěn)定性作用機理的分析，為我們進一步研究瀝青路面水損害產(chǎn)生的原因提供了理論依據(jù)。

2 瀝青路面水損害的原因分析

2.1 氣候因素

福建省的氣候特征是夏季氣候炎熱，最熱月份平均最高氣溫>30℃；降雨量大，年降雨量>1 000mm，濕度大。針對瀝青路面而言就必須把高溫與多雨的氣候條件作為重點考慮因素。

2.2 汽車荷載因素

福建省大力推進海峽西岸經(jīng)濟區(qū)建設，提高經(jīng)濟綜合實力，汽車制造業(yè)和汽車運輸企業(yè)以及港口吞吐量都得到了迅猛發(fā)展，高等級公路承擔越來越繁忙的運輸任務，同時公路運輸企業(yè)為了不斷提高經(jīng)濟效率，降低運輸成本及能源消耗，導致高等級公路上大型集裝箱車運輸車輛越來越多且超載現(xiàn)象普遍存在。

由路面病害調查分析發(fā)現(xiàn)：處于超載超限狀態(tài)下的路段比正常荷載狀態(tài)下路段更易產(chǎn)生車轍、橫向裂縫、坑槽及松散剝落等病害，以上病害都給水的浸入提供了通道，再加上車輛荷載的作用，根據(jù)水穩(wěn)定性作用機理可知產(chǎn)生瀝青路面水損害就成必然的趨勢。

2.3 設計因素

2.3.1 路面結構不夠合理

調查發(fā)現(xiàn)損壞的瀝青路面在設計上普遍存在層厚與瀝青混合料公稱最大粒徑不匹配：層厚偏小，最大公稱粒徑偏粗，厚徑比偏小的問題。福建省某高速公路瀝青層的厚徑比見表1。

表1福建某高速公路瀝青面層層厚與混合料公稱最大粒徑

層位混合料類型代號最大公稱粒徑(mm)層厚(mm)厚徑比上面層中粒式AK-16A16402．50中面層粗粒式AC-2526．5501．89下面層粗粒式AC-2526．5702．64

從表1可知，符合我國現(xiàn)行公路瀝青路面施工技術規(guī)范規(guī)定，表面層集料最大粒徑不大于層厚的1/2、中下層不大于2/3的要求。但實踐研究表明：當最大粒徑與層厚比超過1/3時(即厚徑比小于3)，容易引起瀝青混合料的離析，而且不易壓實，更容易導致路面局部區(qū)域空隙率過大，成為透水、積水的場所，造成瀝青與集料的剝離。

2.3.2 級配與空隙率不匹配

控制瀝青路面表層礦料級配的指標眾多，但主要指標是混合料的設計空隙率和路面實際空隙率。而原瀝青路面設計規(guī)范規(guī)定對瀝青混合料路面壓實度指標只要求按馬歇爾密度的壓實度不小于96%，并沒有充分考慮瀝青混合料結構類型下最大理論密度壓實度以及瀝青混合料抗?jié)B指標，但實際情況是按瀝青施工技術規(guī)范要求控制得到的懸浮密實型瀝青路面的實際空隙率大部分都超過了7%(見表2)。

表2 96%壓實度控制的馬歇爾試件空隙率與路面實際空隙率對照表

注：路面實際空隙率=100%-96%×(1-馬歇爾試件空隙率)

據(jù)國內外研究機構對密級配瀝青混合料空隙率與透水性的研究以及美國的Brown和Collins等在美國喬治亞州對離析混合料的研究表明，當瀝青路面的孔隙率在8%(相當于設計空隙率為4%而壓實度為96%的情況)以下時，混合料的透水性很小，幾乎不透水，不易產(chǎn)生水損害；而當路面實際空隙率為8%～15%的范圍內時，水就容易進入混合料內部造成水損害。

2.3.3 原材料選擇及配比方面

黏性大的瀝青的抗水性能要比黏性小的瀝青好,這是由于黏性大的瀝青中存在較多的極性物質,并具有良好的濕潤性。聚合物改性瀝青通常具有良好的抗水性能。集料是由礦物質組成的,每種礦物質都有其獨特的化學性質和晶體結構。對于剝落而言,關鍵是集料對水的吸附能力的大小,親水性材料對水的吸附能力比瀝青大,而憎水性材料恰好相反。通常親水性材料有較多的硅質含量,集料顯酸性；而憎水性材料硅質含量較低,集料呈堿性。另外,瀝青混合料水穩(wěn)定性不足，采用抗剝落劑，沒達到目的；瀝青混合料礦料級配不合理、空隙率過大；路面密水性差；混合料水穩(wěn)定性不足。

2.3.4 防排水設計不善

不重視防排水設計是設計中最薄弱環(huán)節(jié)之一。路面結構層排水不暢；中央分隔帶向路面體滲水；路表面及邊溝排水不暢，路面積水；挖方段路基滲水，排水一般采用堵的方式，盲溝效果不好。

2.4 施工及施工管理因素

2.4.1 瀝青路面施工

在瀝青路面施工工序中，厚度、壓實度及平整度是三個最重要的技術指標，一定要在確保壓實度的前提下努力提高平整度，但一些工程由于施工過程中片面追求平整度造成壓實度受到較大的影響，導致了路面的損害。

2.4.2 施工管理

施工管理不嚴，混合料拌合不均勻以及礦料中雜質塵土過多，運輸過程中產(chǎn)生離析，攤鋪和碾壓溫度控制不好，這些都嚴重影響到瀝青與礦料之間的黏結，從而使瀝青路面易產(chǎn)生水損害。

2.5 養(yǎng)護因素

由于我國高等級公路養(yǎng)護歷史較短，養(yǎng)護管理只能沿用傳統(tǒng)經(jīng)驗，一般是依靠路面狀況的定性觀察和工程師的主觀經(jīng)驗來確定養(yǎng)護路段和養(yǎng)護技術措施，缺乏一定的先進性和準確性，并且養(yǎng)護技術手段落后。

3 瀝青路面水損害的防治措施

根據(jù)以上分析，瀝青路面產(chǎn)生水損害的原因復雜多樣，無法通過單一的技術途徑輕易地解決。因而，必須做好病害發(fā)生前的“防”，同時還應做好病害發(fā)生后的“治”，防止病害進一步擴大，從各個方面采取綜合治理措施，將損害發(fā)生的可能降低到最小程度。

3.1 優(yōu)化面層結構

優(yōu)化面層結構，增加中、下面層厚度，控制厚徑比使之大于3(見表3)。

表3 公路瀝青面層層厚與混合料公稱最大粒徑

現(xiàn)在瀝青面層的集料粒徑普遍偏粗，通過控制與調整使其與相應的壓實層厚度匹配，并使厚徑比不小于3。

3.2 優(yōu)選原材料，調整混合料級配

3.2.1 集料

集料的親水性程度也直接決定著瀝青和集料之間黏附性的優(yōu)劣。使用憎水堿性石料時的黏附性優(yōu)于親水酸性石料的黏附性，因此采用石灰?guī)r集料拌制的瀝青混合料，其黏附性明顯好于酸性的花崗巖瀝青混合料。對于用于高速公路、一級公路、城市快車道、主干路瀝青路面表面層的粗集料應該選用堅硬、耐磨、抗沖擊性好的碎石或破碎礫石，不得使用篩選礫石、礦渣及軟質集料，該類粗集料應滿足粗集料磨光值以及與瀝青黏附性的技術要求。當堅硬石料來源缺乏時，允許摻加一定比例較小粒徑的普通粗集料，摻加比例根據(jù)試驗確定，同時，對在瀝青路面面層使用與瀝青黏結性差的天然砂或花崗巖、石英巖等酸性巖石破碎的人工砂及石屑等細集料時，應采取抗剝落措施對細集料進行處理。另外，為了改善瀝青混合料水穩(wěn)定性，可以采用干燥的磨細生石灰、消石灰粉或水泥作為填料，但其用量不宜超過礦料總量的1%～2%。眾所周知，保證材料的質量合格是創(chuàng)建合格、優(yōu)質工程的前提，對于集料的采購和供應，必須事前取樣做好試驗，符合質量要求才能進貨，嚴把材料的質量，不合格的材料決不用于施工，防止不合格的材料給工程造成重大損失。

3.2.2 瀝青

瀝青與集料的黏附性主要取決于瀝青自身特點，隨著瀝青稠度的增加或瀝青中一些類似瀝青酸的活性物質的增加，其黏附性加大。高等級瀝青混凝土路面的下面層宜采用優(yōu)質的道路石油瀝青70號，中、上面層宜優(yōu)先選用SBS改性瀝青，下封層和黏層宜采用改性乳化瀝青。

3.2.3 瀝青混合料的配合比

采用懸浮密實結構的瀝青混合料的水穩(wěn)定性比采用骨架空隙結構瀝青混合料的水穩(wěn)定性要好，兼顧福建省高溫氣候特點，瀝青面層可以采用密實的粗型“S”型開級配，使路面均勻密實。

3.3 加強路面施工質量及管理

3.3.1 施工操作

瀝青面層宜連續(xù)施工，在沒有特殊情況下，瀝青面層和基層最好在一天內施工完畢，這樣可以大大地減少層間污染，從而有效避免瀝青層的早期損壞。瀝青結構層之間的黏結宜采用噴灑快裂型乳化瀝青黏層油，使結構層之間完全連續(xù)是一個整體。

3.3.2 施工質量動態(tài)管理

對瀝青混合料或瀝青路面來說，離析是產(chǎn)生局部損壞的>重要原因，如何發(fā)現(xiàn)離析并采取措施，提高混合料的均勻性是防止瀝青路早期損壞的重要手段之一，這必須借助于動態(tài)質量管理來實現(xiàn)。

3.3.3 鋪筑試驗路

對高等級公路應嚴格按施工技術規(guī)范要求在正線上按正規(guī)的施工工藝鋪筑正式的試驗路段，而不是在老路、匝道、連接線上鋪筑，真正起到對正線施工的指導作用，保證施工質量。

3.4 設計完善的排水系統(tǒng)

3.4.1 適當增大路拱橫坡,改善超高路段的排水

福建省是多雨潮濕地區(qū),可采用公路技術標準橫坡的上限,以利于排水,在超高路段,水是反向流向路面內側,必須做好集水井等排水設施,內側邊溝和排水管、盲溝等各種措施都必須仔細考慮。

3.4.2 減少水分在瀝青面層中的滯留時間

減少水分在瀝青面層中的滯留時間無疑會減少水損壞的危害,瀝青路面的排水系統(tǒng)必須嚴格按照規(guī)范進行設計,在硬路肩下面設置碎石排水層,必須在超高段底部設置排水盲溝,確保層間水和表面水能迅速排出路面；另一方面在保證抗車轍能力的條件下,可減少瀝青路面的空隙率,同時設置完好的層間防水黏結層,防止水分下滲。

3.5 加強公路養(yǎng)護管理

瀝青路面在使用過程中要保持良好的使用品質和延長使用壽命，養(yǎng)護是關鍵。因此必須采取先進的養(yǎng)護機械設備及技術，不斷改進和提高養(yǎng)護作業(yè)方式和施工工藝，走機械化養(yǎng)護的道路，從而降低養(yǎng)護成本，提高養(yǎng)護質量。

4 結語

福建省氣候炎熱多雨，交通網(wǎng)絡四通八達，但干線道路上多為重載交通，極易發(fā)生瀝青路面水損害，提高瀝青混凝土的水穩(wěn)定性，要充分了解當?shù)氐臍庀筚Y料、降水情況；路面設計從材料著手，選擇水穩(wěn)定性良好的集料；混合料配合比設計以水穩(wěn)定性作為控制指標，選擇結構致密的面層級配，采取綜合治水措施；加強施工過程中的質量動態(tài)管理以及養(yǎng)護管理工作，從而提高路面的使用品質，延長公路的使用壽命。

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