瀝青路面水破壞原因及施工防治措施

杜顯平(中鐵二十四局集團有限公司路橋分公司)

在早期破壞的諸多現(xiàn)象中，水損壞成為影響最深、危害最大的一類。利用已經(jīng)取得的研究成果，探討采用恰當(dāng)?shù)氖┕ご胧p少水損壞的影響，對提高施工質(zhì)量、延長公路使用壽命、降低維護費用具有十分長遠的意義。

1 以各種形式存在的水破壞現(xiàn)象

(1)混合料剝落

路面泛油、結(jié)構(gòu)松散、坑槽等病害現(xiàn)象是伴隨混合料的剝落發(fā)生的。集料不管是酸堿性，都存在剝落現(xiàn)象，環(huán)境因素造成了不同程度的剝落。瀝青的粘性與極性、集料的巖石種類與潔凈性以及比表面積等都是影響剝落的原因。

(2)內(nèi)部松散、坑洞

滯留在面層的水分降低混合料的穩(wěn)定性，進而削弱了其強度，導(dǎo)致混合料松散成碎石狀。松散的混合料，在行車荷載作用下，流失剝落的石料形成坑洞，坑洞隨后繼續(xù)擴大形成坑槽。

(3)泛漿

從裂縫或?qū)娱g空隙進入路面結(jié)構(gòu)的自由水，因為路面內(nèi)排水能力差，長期浸泡基層頂面，在反復(fù)行車荷載作用下，沖刷基層結(jié)合料形成白漿。路面的泛漿現(xiàn)象，就是白漿被擠壓通過路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙或裂縫到達路表。

2 解讀水損壞的原因

2.1 產(chǎn)生水損壞的外因

(1)水和動水壓力

水侵入瀝青與骨料之間，導(dǎo)致瀝青混凝土粘附性損壞，在行車荷載導(dǎo)致的動水壓力作用下，形成剝落、坑槽、網(wǎng)裂等早期破壞現(xiàn)象。水侵入下層透水性較低的路面結(jié)構(gòu)，就會長期浸泡和沖刷基層材料，最終導(dǎo)致泛漿、唧漿破壞，削弱路面基層強度和穩(wěn)定性。

(2)荷載因素

近年來，高速公路上重型貨車在車輛組成中的比例顯著增加，而且普遍存在超載現(xiàn)象。這些貨車成為了決定路面早期破壞的一個很重要因素。我們從下面兩個方面論述這個問題。

情況一：路面的疲勞破壞在軸重超過設(shè)計標(biāo)準值時會大大增強，甚至導(dǎo)致路面直接強度破壞。從表1給出的超載情況下路面各層破壞年限變化情況，可以看出使用年限的削減度與軸壓增長值有級數(shù)關(guān)系，荷載的大小決定了路面結(jié)構(gòu)的使用時間。

情況二：超載行車不僅增大路面的強度負擔(dān)，車輪與路面間復(fù)雜的應(yīng)力分布使面層間的剪切破壞可能性增加。通過對比各層次力學(xué)性能對剪切破壞的影響，可以得出結(jié)論：泊松比對路面結(jié)構(gòu)的剪切破壞起決定作用，同時基層與面層模量的相差情況對剪切破壞同樣至關(guān)重要。施工中應(yīng)該避免追求大模量的基層的錯誤認識，采用各結(jié)構(gòu)層的合理組合，以達到良好的使用性能。

表1 路面各層破壞的時間與軸壓的關(guān)系

2.2 產(chǎn)生水損壞的內(nèi)因

(1)過大的空隙率

空隙率對瀝青面層初期損壞影響深遠。路面初期破壞在孔隙率超過8%的路面較為嚴重，當(dāng)空隙率低于7%時路面情況較好。

研究表明：瀝青混合料透水的臨界空隙率是8%，路面透水性在其空隙率小于8%時很低;路面透水能力增長迅速在空隙率超過8%。此外空隙率對路面的強度起到一定作用，空隙率由4%上升到8%時，瀝青混凝土的抗拉能力削弱了1/2;開級配型瀝青混合料的劈裂強度是密級型的1/2左右。

綜上所述，瀝青混合料的空隙率是決定路面初期破壞的顯著因素，瀝青路面在施工過程壓實不足的情況下空隙率偏大，削弱了它的抗疲勞破壞能力，進而瀝青面層的整體性能大打折扣。

(2)壓實度重視不足

壓實對路面結(jié)構(gòu)的性能有重要作用。施工單位過于顧忌平整度和構(gòu)造深度要求，造成了壓實度不達標(biāo)。如國內(nèi)率先提出并實現(xiàn)平整度指標(biāo)要求的滬寧高速公路，在缺乏經(jīng)驗的情況下，未保證壓實的前提下實現(xiàn)了平整度要求，結(jié)果第二年夏天就出現(xiàn)了比較嚴重的水破壞問題。

(3)集料與瀝青的性質(zhì)

集料的礦物質(zhì)成分、比表面積、表面清潔度對混合料穩(wěn)定性有顯著影響。集料與水的吸附作用強弱是影響剝落的關(guān)鍵因素：對水吸附作用強的集料通常偏酸性，這種集料對瀝青的吸附作用偏弱;對水吸附作用弱的集料通常偏堿性，這種集料對瀝青的吸附作用稍強。集料比表面積大，表面清潔程度高，表面富含豐富的高價金屬離子時，集料對瀝青的吸附作用更加穩(wěn)定可靠。

富含多種極性物質(zhì)的高粘性瀝青，可以與集料產(chǎn)生更好的吸附作用，比低粘性瀝青抵抗水侵害能力強。在技術(shù)標(biāo)準較高的公路施工時，采用抵抗水破壞能力更強的改性瀝青是有必要的。

(4)路面排水系統(tǒng)

以自由水形式滯留在路面中的水如果不能及時排出就會引起各種形式的早期破壞現(xiàn)象。設(shè)置合理、質(zhì)量過硬的排水系統(tǒng)對于防止水損壞提高路面使用性能有著重要作用。

對進入路面結(jié)構(gòu)的水形式進行分類：通過各種空隙和裂縫侵入路面內(nèi)的表面自由水;通過虹吸現(xiàn)象侵入路面結(jié)構(gòu)的地下水;道路兩側(cè)的臨時滯水。正常情況下，路面內(nèi)自由水是通過緩慢的滲流過程從路基向四周的土壤逐漸散開，這個滲流過程的速度受到周圍地質(zhì)狀況和路基滲透性影響。采用滲透性差的路基和填土，會將路面結(jié)構(gòu)包裹起來，進而使水分困在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部。這些被“圍困”的水分就是路面早期破壞的元兇，因為路面路基的強度及結(jié)構(gòu)抗疲勞能力都受到不同程度的削弱，所以建立良好的排水體系，實現(xiàn)水分迅速排出路面和路基，很有必要。

3 采取適當(dāng)?shù)氖┕ご胧┛刂扑茐?/h2>

3.1 防止混合料離析

(1)集料管理方面：選用清潔、均質(zhì)集料，選取結(jié)構(gòu)堅硬、地表平整的場地堆放集料，為避免降水等氣候影響要采取遮蓋措施。

(2)拌和工藝控制：嚴格控制油石比、拌和溫度和拌和時間，生產(chǎn)過程中不能隨意變動試拌結(jié)果，并盡量保證拌和均勻。

(3)按從前到后的次序，對運輸卡車實施裝料。

(4)攤鋪機應(yīng)在運料車離去后及時收料斗，以避免混合料離析。

(5)混合料在攤鋪機螺旋輸送器上先前滾動產(chǎn)生離析，應(yīng)通過在螺旋傳輸器前設(shè)置通長擋板，避免其發(fā)生。

(6)提高攤鋪工藝：合理施工設(shè)計，采用多臺攤鋪機分批次跟進作業(yè)，保證攤鋪過程速度均勻、質(zhì)量過關(guān)，并控制施工寬度在合理區(qū)間(6～8 m)。

(7)選用合理壓路機數(shù)量和類型，勻速作業(yè)，以加強壓實效果。

(8)做好施工接縫，防治接縫離析，為避免施工接縫附近的瀝青混合料產(chǎn)生離析，一般不允許有冷接縫，盡量采用熱接縫，避免橫向接縫開裂。

3.2 提高壓實標(biāo)準

施工過程中應(yīng)在追求平整度的同時，兼顧壓實度要求，控制表面層在98%的壓實度以上，中、底面層在97% 以上。

3.3 排水結(jié)構(gòu)施工措施

(1)在對瀝青面層下設(shè)有排水層的路面施工時，注意保證路面不被污染，以防空隙堵住。

(2)合理安排施工順序，避免鋪筑后再開挖中央分隔帶、埋設(shè)管道等，以免土污染瀝青面層，削弱上下層粘結(jié)。施工時應(yīng)該保證開挖、埋設(shè)、綠化等工序在基層施工過程中同步完成，瀝青層鋪筑最后完成。

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