淺談瀝青路面水損害的危害與防治措施

崔恒松

【摘 要】水損害是瀝青路面早期損害的方式之一，不僅會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)嚴(yán)重影響行車的安全。因此，總結(jié)瀝青路面的水損害類型，從設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)角度分析水損害的危害原因，以及加強(qiáng)瀝青路面水損害的防治措施，有助于提高瀝青路面的施工質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】瀝青路面；水損害；原因；類型；防治措施

1.引言

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。瀝青路面水損害的機(jī)理及原因十分復(fù)雜[1]，水的存在是瀝青路面水損害的內(nèi)因和先決條件，交通荷載是其損害的外部條件。從設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)方面主要有如下幾點(diǎn)原因：

（1）從設(shè)計(jì)角度，發(fā)生瀝青路面水損害的原因主要表現(xiàn)為：

a、防排水設(shè)計(jì)。不重視防排水設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)中最薄弱環(huán)節(jié)之一；路面結(jié)構(gòu)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。

b、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。瀝青路面的結(jié)構(gòu)形式單一；未考慮瀝青路面自身排水；半剛性基層過于致密，排水性差，缺乏基層排水性能指標(biāo)；路面薄，受離析影響大；路面過早開裂，有半剛性基層開裂的反射縫和溫縮裂縫；各層結(jié)構(gòu)組合不當(dāng)，瀝青滲水。

c、材料及配合比設(shè)計(jì)。瀝青混合料水穩(wěn)定性不足，采用抗剝落劑，沒達(dá)到目的；瀝青混合料礦料級(jí)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）從施工角度，發(fā)生瀝青路面水損害原因主要有以下方面：瀝青路面的離析嚴(yán)重，混合料施工性差；瀝青路面的密水性差；施工壓實(shí)不足，不敢放開碾壓，壓實(shí)度數(shù)據(jù)弄虛作假；施工污染嚴(yán)重，層間粘結(jié)不成整體。

（3）從養(yǎng)護(hù)角度，仍延續(xù)中低級(jí)公路的養(yǎng)護(hù)模式和養(yǎng)護(hù)習(xí)慣，不變采用搶救養(yǎng)護(hù)方式，即安排養(yǎng)護(hù)從申請(qǐng)計(jì)劃到批準(zhǔn)實(shí)施的周期太長。不能及時(shí)封縫、灌漿；超載車使動(dòng)水壓力增大。

2. 瀝青路面水損害的危害

2.1產(chǎn)生表面坑洞

由于瀝青砼的不均勻性，坑洞總是在局部瀝青砼空隙率較大處首先產(chǎn)生。通常采用半開式（Ⅱ型）瀝青砼表面層時(shí)，產(chǎn)生的水破壞更為嚴(yán)重，只要自由水侵入并滯留在瀝青砼的孔隙中，不管是傳統(tǒng)純?yōu)r青砼，還是改性瀝青或加抗剝落劑的SMA，在大量行車作用下，都會(huì)產(chǎn)生瀝青剝落現(xiàn)象和水破壞。

2.2唧漿、網(wǎng)裂、坑洞

水透過瀝青面層滯留在半剛性基層頂面，在大量快速行車作用下，自由水產(chǎn)生很大壓力并沖刷基層混合料表層的細(xì)料，形成灰漿。在行車壓力作用下，灰漿通過各種裂縫達(dá)到路表面。如果灰漿數(shù)量較大，可能立即產(chǎn)生坑洞；而數(shù)量小的情況下，則導(dǎo)致網(wǎng)裂或變形。在南方潮濕多雨地區(qū)，這種破壞更為嚴(yán)重，有些高速公路，每次下雨，都產(chǎn)生唧漿與坑洞，而且唧出的常是底基層石灰土漿。

2.3表面層和中面層同時(shí)產(chǎn)生坑洞以及局部表面產(chǎn)生網(wǎng)裂和變形

如果表面層和中面層是由空隙率較大的半開級(jí)瀝青砼組成的，而底面層為空隙率較小的密實(shí)瀝青砼時(shí)，遇上降水，則自由水易滲入并滯留在表面層和中面層內(nèi)。而當(dāng)表面層是半開級(jí)配、中面層是密實(shí)式瀝青砼時(shí)，在歷時(shí)較長的降水過程中，自由水透入表面層后，從中面層的薄弱處進(jìn)入中面層，并滯留在表面層和中面層內(nèi)。大量快速行車使這兩層內(nèi)瀝青砼中部分碎石上的瀝青剝落，導(dǎo)致表面產(chǎn)生網(wǎng)裂、下降和向外側(cè)推擠，或產(chǎn)生坑洞。即使表面層和中面層都是密實(shí)式瀝青砼，如果瀝青砼的不均勻性較大，局部小面積瀝青砼的實(shí)際空隙率較大，自由水也能逐漸透入并使路面產(chǎn)生水破壞。

2.4轍槽

自由水侵入瀝青面層后，使瀝青與碎石的粘結(jié)力減弱。在行車荷載作用下，瀝青砼的強(qiáng)度逐漸損失，直至完全松散。在行車輪跡下不但產(chǎn)生壓縮變形，更嚴(yán)重的是產(chǎn)生剪切變形，輪下的瀝青鹼向外側(cè)擠出，使輪跡帶下陷，同時(shí)其兩側(cè)鼓起，形成嚴(yán)重的轍槽，槽深一般達(dá)30～40mm，如不及時(shí)處理，降雨后，轍槽內(nèi)積有雨水，在雨水長時(shí)間作用下，造成更嚴(yán)重的水損害[2]。

3.水損害的評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法

3.1空隙率水平與水損害關(guān)系

壓實(shí)度不足是早期水損害最普遍的原因。研究表明，熱拌瀝青混合料4%～5%的空隙率就認(rèn)為是不透水的，也就是說一與水損害無關(guān)。大多數(shù)瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率為3%～5%，當(dāng)施工完畢，大多數(shù)要求達(dá)到92%的最大理論密度，也就是說，空隙率為8 %， 2～3年后，可以認(rèn)為是達(dá)到了設(shè)計(jì)空隙率。路面沒有壓好，空隙率高于8%，就易滲水，就會(huì)引起路面松散。研究表明：空隙率為8%～12%之間的路面是水損害最容易發(fā)生的區(qū)域，小于8%水不容易進(jìn)去，而大于12%水很容易流走，但必須要設(shè)置排水的結(jié)構(gòu)層。

空隙率-滲透關(guān)系的研究指出：空隙率和滲透之間并不是直線關(guān)系。當(dāng)混合料的空隙率小于4%時(shí)，混合料幾乎不透水。而當(dāng)混合料的空隙大于某一臨界值時(shí)（15%），混合料也很少出現(xiàn)水損害的現(xiàn)象，因?yàn)榇藭r(shí)水在混合料中可以接近自由流動(dòng)，持水的時(shí)間不長。而在這兩個(gè)空隙率臨界之間，是可能出現(xiàn)水損害的危險(xiǎn)范圍。

為了驗(yàn)證空隙率臨界值，曾有研究對(duì)三個(gè)空隙率水平（4%、8%、30%）的瀝青混合料在控制水飽和度的條件下，經(jīng)20次循環(huán)后，進(jìn)行水敏感性試驗(yàn)（浸水回彈模量/干燥回彈模量）。其結(jié)果指出：不透水的一組試件（空隙率4%，沒有發(fā)生水損害；而級(jí)配完全透水的一組試件（空隙率30%），水損害的程度極輕；而空隙率處于中間值的一組試件（8%），則出現(xiàn)了相當(dāng)嚴(yán)重的水損害。因此增加持水性指標(biāo)來評(píng)價(jià)瀝青混合料的設(shè)計(jì)空隙率和水敏感性應(yīng)該是比較合理的。

3.2現(xiàn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)和方法的缺陷

現(xiàn)有的試驗(yàn)方法不能有效預(yù)測瀝青路面出現(xiàn)水損害或與路面使用條件和使用性能建立關(guān)系，進(jìn)而在材料設(shè)計(jì)階段加以預(yù)防。經(jīng)常有這種情況出現(xiàn)：浸水試驗(yàn)（殘余強(qiáng)度）合格的瀝青混合料，攤鋪后很短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)水損害破壞；用現(xiàn)有的評(píng)價(jià)（試驗(yàn)）方法評(píng)價(jià)瀝青混合料剝落措施（抗剝落劑、消石灰處理等）的作用效果，其試驗(yàn)檢測結(jié)果非常樂觀，但高速公路通車第二年雨季即出現(xiàn)大面積破壞。這就使得人們對(duì)現(xiàn)有的試驗(yàn)和評(píng)價(jià)方法產(chǎn)生疑問。現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范關(guān)干水損害的三個(gè)指標(biāo)及其缺陷如下。

（1）按水煮法試驗(yàn)所有的集料與瀝青的粘附性都大于4級(jí)。對(duì)于集料與瀝青的粘附性指標(biāo)來說，這個(gè)指標(biāo)存在著三個(gè)致命的缺陷：是否有不同粘附性等級(jí)與路面水損害關(guān)系的長期性能觀測資料，這些資料是否已表明粘附性大于等于4級(jí)就不會(huì)產(chǎn)生水損害，事實(shí)上這種關(guān)系沒有建立；粘附性等級(jí)用水煮法試驗(yàn)評(píng)價(jià)，水煮法試驗(yàn)結(jié)果受人為主觀囚素影響太大；水煮法只使用了9. 5～13. 2 mm的粗集料，事實(shí)上，部分細(xì)集料為砂，與瀝青粘附性較差，但并沒有評(píng)價(jià)。

（2）按馬歇爾試驗(yàn)所有的瀝青混合料殘留穩(wěn)定度均大于80%。對(duì)于瀝青混合料殘留浸水馬歇爾穩(wěn)定度技術(shù)指標(biāo)來說，也存在著致命的弱點(diǎn)：75次馬歇爾擊實(shí)儀雙面擊實(shí)，試件空隙率已達(dá)到設(shè)計(jì)空隙率為3%～5%，水很難浸入，也更難浸人瀝青膜與集料之間，沒有足夠的水，水損害也就談不上了。如果要用殘留馬歇爾穩(wěn)定度技術(shù)指標(biāo)，也得讓空隙率接近現(xiàn)場空隙率，也就是說試件空隙率應(yīng)在5%～8%之間。

（3）簡化的洛特曼試驗(yàn)方法測定間接抗拉強(qiáng)度大于70 %。該指標(biāo)存在的缺陷是：試件的空隙率不明。若路面壓實(shí)度按馬歇爾密度控制，如下表所示若干試驗(yàn)段的數(shù)據(jù)壓實(shí)結(jié)果。從這些數(shù)據(jù)可看出，壓實(shí)度普遍不足，這是由于采用馬歇爾密度控制路面壓實(shí)度所造成的。

4.瀝青路面水損害的防治措施

4.1制定地方性路面設(shè)計(jì)指南

制定地方性路面設(shè)計(jì)指南，對(duì)于交通量超過1萬輛/日的高速公路，瀝青路面的上面層和中面層，需要采用改性瀝青，對(duì)于上面層，要求采用瀝青瑪蹄脂碎石混凝土（SMA）結(jié)構(gòu)采用以上措施，可有效提高路面面層強(qiáng)度和耐久性。

4.2瀝青面層各層次盡量采用空隙率小的瀝青混合料類型

密級(jí)配瀝青混凝土，所用礦料的各種料徑顆粒級(jí)配連續(xù)、相互嵌擠嚴(yán)密，壓實(shí)后空隙率小。尤其是I型密實(shí)式瀝青混凝土，壓實(shí)后空隙率很小，一般在5%以下，泌水性好，可有效阻止雨水浸滲?，F(xiàn)行瀝青路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范中均明確規(guī)定，在瀝青面層中應(yīng)至少有1層是I型密實(shí)式瀝青混凝土。另外，為改善路面的抗滑和抗轍槽等性能，近年來，在我國成功應(yīng)用的抗滑表層和多碎石瀝青面層，在空隙率較小的情況下，同樣具有較好的泌水性。筆者認(rèn)為，在滿足瀝青路面表層抗滑和抗轍槽要求的前提下，各瀝青層要盡量采用空隙率小的瀝青混合料類型，以防止雨水通過瀝青面層空隙向路面結(jié)構(gòu)內(nèi)大量浸滲而造成破壞。

4.3提高瀝青與集料的粘結(jié)力

瀝青與集料之間的粘附性主要取決于瀝青本身的粘度，粘度越大，粘附性越好。另外瀝青中表面活性成分含量越高，瀝青的酸值越大，其粘附性則越好。對(duì)于用作中面層和底面層的瀝青砼，要求瀝青與礦料的粘結(jié)力不小于4級(jí)；對(duì)于用作表層的瀝青砼，要求瀝青與礦料的粘結(jié)力不小于5級(jí)。對(duì)于用作表面層的瀝青鹼，通常要求用既耐磨值和磨光值都高的硬質(zhì)巖石料，如玄武巖、安山巖、閃長巖、花崗巖、砂巖和輝率巖等。實(shí)踐證明，這些巖石與瀝青的粘結(jié)力都較差，往往只有3級(jí)，偶爾能達(dá)到4級(jí)。因此，都需要添加抗剝落劑，改善粘結(jié)力。目前常用的抗剝落劑有消石灰與液體抗剝落劑。

4.4設(shè)計(jì)完善的排水系統(tǒng)

由于路基路面排水設(shè)計(jì)不夠完善，對(duì)路面排水設(shè)施不夠重視，造成路面破損狀況較為普遍。因此在公路路面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步完善路面排水設(shè)計(jì)，在路面結(jié)構(gòu)層中設(shè)置防水層、基層頂面設(shè)置封層，在中央分隔帶處設(shè)置縱橫向排水滲溝，在土路肩處采用碎石填料進(jìn)行填筑，并根據(jù)實(shí)際情況有針對(duì)性地進(jìn)行排水設(shè)計(jì)，減少水在路面的停留時(shí)間，以減少其對(duì)路面的破壞。

4.5加強(qiáng)路面施工質(zhì)置的管理

（1）采取措施，加強(qiáng)路面基層質(zhì)量，減少基層開裂，并對(duì)裂縫封閉處理，減少因此而引起的瀝青面層反射裂縫，對(duì)面層反射裂縫必須封閉處理，防止水進(jìn)入面層結(jié)構(gòu)。

（2）控制瀝青混合料施工各環(huán)節(jié)的溫度，滿足運(yùn)輸、攤鋪、碾壓的要求，保證面層密實(shí)、平整、不離析且滿足橫向排水要求。

（3）不宜采用強(qiáng)振方式，為避免由于骨料被壓碎而產(chǎn)生的不利影響，應(yīng)采用重型輪胎壓路機(jī)進(jìn)行搓揉碾壓，即保證了骨料不被壓碎，又能保證密實(shí)度。

4.6采用新材料、新工藝

每一種瀝青混合料，必然有一定的空隙率存在，或多或少都會(huì)遭到一定水的破壞，因此應(yīng)盡可能采用新型防水材料在瀝青面層表面涂上一層防水材料，形成不透水的薄膜封層，減少路面水在路面的滯留時(shí)間，使路面水盡快排到路基邊溝，從而大大減少路面水的侵入，減少水對(duì)路面的破壞。

4.7加強(qiáng)公路養(yǎng)護(hù)管理

公路建成后，養(yǎng)護(hù)是關(guān)鍵。要延長瀝青路面的使用壽命，必須加強(qiáng)路面的養(yǎng)護(hù)管理。雨后要及時(shí)補(bǔ)洞，補(bǔ)洞要規(guī)范、整齊，嚴(yán)格按照《瀝青公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求及操作規(guī)程進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，把瀝青路面的病害消滅在萌芽狀態(tài)，避免雨水從病害處滲入，造成路基彈簧路面大面積破壞。

5.結(jié)束語

綜上所述可知，瀝青路面水損害已越來越受到公路建設(shè)者的重視，水損害的類型與其機(jī)理、原因有很大的關(guān)聯(lián)性，而從設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)角度做好瀝青路面水損害的防治措施，可有效抑制或減少瀝青路面的水損害的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

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