瀝青路面抗水損害施工技術(shù)要點(diǎn)分析

趙俊峰

摘 要：水損害是最常見的路面病害類型，是指水分滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部后，將會(huì)大幅降低混合料強(qiáng)度。在行車荷載等多種因素影響下，路面將會(huì)產(chǎn)生松散、剝落等病害。為此，必須重視瀝青路面抗水損害施工技術(shù)研究。為此，本文在全面了解瀝青路面水損害機(jī)理的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例，對瀝青路面水損害的原因進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：瀝青路面;抗水損害;工程概況

1 瀝青路面水損害機(jī)理

長期以來，水損害的主要形式體現(xiàn)在2點(diǎn)，其一，粘聚破壞，是指在水的作用下，瀝青將逐漸軟化，從而導(dǎo)致集料之間的瀝青材料產(chǎn)生裂縫。其二，粘附破壞，是指瀝青和集料界面有水分滲入之后，極易產(chǎn)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，比如置換、乳化等，這種情況下，將大大影響瀝青和集料之間的粘結(jié)作用，甚至導(dǎo)致瀝青剝落。根據(jù)當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，通常將重點(diǎn)集中于粘附破壞方面，其損害機(jī)理可歸結(jié)為以下幾類，具體如下：

第一，置換機(jī)理。相比瀝青材料，水對集料具有更強(qiáng)的潤濕作用。當(dāng)集料、瀝青界面滲入雨水后，將會(huì)大大影響兩者的粘結(jié)效果，甚至?xí)霈F(xiàn)瀝青剝落情況，嚴(yán)重?fù)p害瀝青膜的完整性和效用。若水分蒸發(fā)消除，瀝青、集料再次遇熱，則又會(huì)具備良好的粘結(jié)作用。但在具體應(yīng)用當(dāng)中，道路環(huán)境不具備這樣的條件，因此，隨著使用時(shí)間的不斷延長，在車輛碾壓作用下，瀝青混合料將呈現(xiàn)出松散、剝落等病害。

第二，乳化機(jī)理。水與瀝青材料的融合，極易產(chǎn)生乳化反應(yīng)。當(dāng)乳化程度達(dá)到某一規(guī)定范圍后，瀝青和集料的粘結(jié)作用便不復(fù)存在了，這種情況瀝青剝落問題將持續(xù)加劇。

第三，凍脹機(jī)理。低溫條件下，水滲入路面結(jié)構(gòu)層后，極易結(jié)成冰，這種情況下，將大大增加水的體積，強(qiáng)大的膨脹作用，會(huì)嚴(yán)重影響瀝青混合料的粘結(jié)效果。

第四，空隙水壓機(jī)理。一般來講，瀝青混合料內(nèi)空隙嚴(yán)禁接觸，在行車荷載作用下，置于空隙內(nèi)的水極易形成應(yīng)力梯度，導(dǎo)致水流動(dòng)形成強(qiáng)大水壓?？障端畨河绊懴拢z漿材料將會(huì)出現(xiàn)微裂縫，并導(dǎo)致瀝青膜破損、脫落。

第五，pH失衡機(jī)理。水pH值對瀝青和集料間的粘結(jié)作用影響較大，若具有較為穩(wěn)定的瀝青和集料界面pH值，那么可以確保兩者粘結(jié)作用良好。反之，則會(huì)影響兩者的粘結(jié)作用。比如，水受到鹽溶液的影響時(shí)，將會(huì)改變水的pH值，進(jìn)而大大增加瀝青膜剝落的概率。

2 工程概況

本項(xiàng)目為瀝青路面，17.4（0.01 mm）為路表設(shè)計(jì)彎沉，按照“由上而下”的順序，路面結(jié)構(gòu)形式為5 cm中粒式改性瀝青混凝土（AC-16C）+6 cm中粒式瀝青混凝土（AC-20C）+8 cm粗粒式瀝青混凝土（AC-25C）+下封層+4～5%水泥穩(wěn)定級配碎石（17 cm）+3～4%水泥穩(wěn)定碎石（18 cm）+級配碎石（20 cm）。通車運(yùn)營1年多以后，本路段局部位置出現(xiàn)了典型的早期水損害病害，常見類型包括3類，具體如表1所示。為了有效解決水損害問題，需對其水損害原因進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查與研究，從而掌握水損害類型及特點(diǎn)，便于更好地提出解決方法。

3 瀝青路面水損害的原因

一般認(rèn)為，水損害具有較為廣泛的范圍，在路面結(jié)構(gòu)層透水作用下，極易出現(xiàn)早期破壞，即被稱為水損害。在水的置換作用下，瀝青膜極易從集料表面脫落，導(dǎo)致集料和瀝青界面粘結(jié)作用失效。本地區(qū)降雨充沛，交通量較大，由于超載重載問題嚴(yán)重，導(dǎo)致瀝青路面水損害病害加劇。究其原因不外乎以下幾類：

3.1 自然方面

瀝青路面水損害的直接原因在于“水”，潮濕多雨是本地區(qū)的主要?dú)夂蛱卣?，這種條件下，極易加劇水損害病害。本地區(qū)降雨充沛，年平均降雨量最高可達(dá)到2 600 mm，最低也在1 200 mm以上。據(jù)相關(guān)研究表明，在相同條件下，地區(qū)降雨量越大，則瀝青路面產(chǎn)生水損害的概率越大，因此，對于瀝青路面水損害病害而言，降雨量大是直接原因。

3.2 交通方面

在行車荷載和動(dòng)水壓力長期作用下，瀝青路面極易產(chǎn)生水損害。換言之，瀝青路面水損害的產(chǎn)生與交通狀況關(guān)系緊密。近年來，隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，沿線交通量與日倍增，交通量的大幅增加，本路段的交通量已經(jīng)超過了設(shè)計(jì)流量，公路飽和程度嚴(yán)重。交通量過大，將會(huì)加劇瀝青疲勞破壞，或者加劇瀝青從集料內(nèi)剝落。

此外，據(jù)本路段交通流量分析可知，重型貨車占比較大，普遍存在超載重載現(xiàn)象。這種情況下，不僅會(huì)進(jìn)一步加大作用于瀝青路面的行車荷載，同時(shí)還會(huì)大幅提升浸水瀝青路面內(nèi)部的動(dòng)水壓力。行車荷載過大，極易引發(fā)疲勞裂縫，進(jìn)而導(dǎo)致水損害病害嚴(yán)重化。

3.3 設(shè)計(jì)方面

在設(shè)計(jì)當(dāng)中，導(dǎo)致瀝青路面水損害的直接原因在于防排水設(shè)計(jì)、配合比設(shè)計(jì)等方面，具體如下：第一，防排水設(shè)計(jì)不合理。防排水設(shè)計(jì)是保證路面排水通暢的主要方式，目前，半剛性基層是最常用的瀝青路面基層形式，但本地區(qū)原設(shè)計(jì)當(dāng)中，未將路面內(nèi)部排水層設(shè)置考慮在內(nèi)。據(jù)相關(guān)研究分析，當(dāng)路面結(jié)構(gòu)排水設(shè)施不合理的情況下，將大幅增加路面結(jié)構(gòu)層排除雨水的時(shí)間。由于本路段降雨量大，若排水基層設(shè)置不合理，那么將很難在短時(shí)間內(nèi)排除路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)的水分，長期下去，極易引發(fā)路面水損害。第二，配合比設(shè)計(jì)不合理?；诳管囖H等因素的思考，在本地區(qū)很多公路路面施工中均采用了較大粒徑的集料，甚至一些路表面層也采用了中粒式瀝青混凝土，本工程同樣采用了中粒式瀝青混凝土。這種情況下，因?yàn)榧狭捷^大，極易產(chǎn)生空隙過大、壓實(shí)不到位等問題，從而嚴(yán)重影響路面密水性。

3.4 施工方面

對于瀝青路面使用壽命而言，施工質(zhì)量影響巨大。常見施工問題如下：第一，壓實(shí)度不夠。根據(jù)本工程實(shí)際情況，瀝青路面存在壓實(shí)度不夠現(xiàn)象。正因?yàn)槁访鎵簩?shí)度不夠，導(dǎo)致瀝青混凝土路面空隙率偏大，大幅影響了路面的密水性能，促使路面雨水快速滲入路面結(jié)構(gòu)層，卻無法及時(shí)排除。第二，層間粘結(jié)作用不佳。為了詳細(xì)了解本路段層面粘結(jié)效果，采取了鉆芯取樣法，通過芯樣結(jié)果分析，本路段瀝青層和半剛性基層之間粘結(jié)作用不佳，甚至局部瀝青層之間的層間粘結(jié)效果也存在一定問題。若瀝青層較為完整，即便是瀝青層下方已呈滑動(dòng)界面，瀝青層的破壞程度也會(huì)有所降低。一旦瀝青層粘結(jié)失效，則會(huì)導(dǎo)致瀝青層在基層破壞前先行破壞，這種情況下，極易出現(xiàn)基層早期損害。第三，施工不均勻性嚴(yán)重。通過鉆芯取樣分析，本路段各面層厚度具有較大變異性，上面層厚度的變異系數(shù)將會(huì)直接影響路表裂縫嚴(yán)重程度，也就是說，當(dāng)具有較大變異系數(shù)時(shí)，路面開裂概率越大。

4 瀝青路面抗水損害技術(shù)要點(diǎn)

4.1 采用密實(shí)瀝青混凝土

據(jù)大量實(shí)踐證明，若瀝青面層結(jié)構(gòu)僅采用一層密實(shí)型I型瀝青混凝土很難滿足防水效果。因此，無論是采取幾層瀝青面層，均需使用密實(shí)式瀝青混凝土，同時(shí)還要設(shè)置好排水層。通過密實(shí)式瀝青混凝土，可以有效降低水滲入面層結(jié)構(gòu)，提高路面的抗?jié)B能力。

4.2 保證排水設(shè)計(jì)合理

為了確保水不會(huì)滲入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，一方面要采取較小空隙率的密實(shí)型瀝青混凝土;另一方面，為避免水嚴(yán)重破壞瀝青路面，降低水損害程度，還需保證排水設(shè)計(jì)合理。保證路面內(nèi)部排水系統(tǒng)和外部排水系統(tǒng)能夠形成一個(gè)有機(jī)整體，避免由于環(huán)境、人為等因素，導(dǎo)致路面內(nèi)外排水系統(tǒng)被堵塞。針對路表水方面，可以設(shè)置路面橫坡向兩側(cè)排流，防止出現(xiàn)積水現(xiàn)象。當(dāng)積水排至路面兩側(cè)的水挖方段后，可通過兩側(cè)邊溝向路基范圍以外排放。針對路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部水方面，一般可布設(shè)內(nèi)部排水系統(tǒng)，快速排除存留在路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分，通過排水系統(tǒng)設(shè)置，可以有效改善路面使用性能，避免水損害出現(xiàn)。

4.3 提高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)

為了大幅降低路面現(xiàn)場孔隙率，要求將瀝青混凝土的壓實(shí)度控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)。當(dāng)前，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，主要以馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度，壓實(shí)度要求控制在96%以上。隨著各種新技術(shù)、新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，要求提高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，有效降低現(xiàn)場孔隙率，要求在做好現(xiàn)場施工管理工作的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)壓實(shí)度在98%以上，從而提升路面的壓實(shí)度。

4.4 確保瀝青與礦料粘結(jié)作用

一旦瀝青和礦料之間粘結(jié)作用不佳，在水的作用下，瀝青極易出現(xiàn)剝落現(xiàn)象。因此，必須合理控制瀝青與礦料之間的粘結(jié)作用。為了提高粘結(jié)能力，在合理選擇礦料的同時(shí)，可適當(dāng)添加抗剝落劑，從而達(dá)到預(yù)期效果。

4.5 混合料級配設(shè)計(jì)優(yōu)化

在瀝青路面設(shè)計(jì)當(dāng)中，混合料級配設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵，混合料級配的好壞將會(huì)對混合料的路用性能影響較大。在防治路面水損害當(dāng)中，如何避免雨水下滲是最為關(guān)鍵的部分。要求采取致密性混合料級配設(shè)計(jì)，但想要達(dá)到這一目標(biāo)難度較大。目前來講，間斷級配是發(fā)展的重點(diǎn)，比如，SMA瀝青路面，不僅能夠有效隔水、無透水，還能對瀝青面層和基層起到良好的保護(hù)效果。為了有效減少瀝青路面水損害，應(yīng)優(yōu)化混合料級配設(shè)計(jì)，積極采用密實(shí)式瀝青混凝土。

5 結(jié)束語

綜上所述，近年來，我國公路建設(shè)取得了令人矚目的成績。瀝青路面作為高等級公路常用路面形式，因其無接縫、行車舒適、噪音小、便于維修等優(yōu)點(diǎn)得到了大量應(yīng)用與推廣。然而，在長期實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，很多瀝青路面在通車1～3年內(nèi)便會(huì)出現(xiàn)早期病害，比如水損害。作為瀝青路面早期損害的主要類型之一，水損害影響較大，不僅會(huì)嚴(yán)重影響道路服務(wù)水平，甚至?xí)绊懶熊嚢踩?，產(chǎn)生巨大的社會(huì)負(fù)面影響。為此，系統(tǒng)研究瀝青路面抗水損害能力具有重要的社會(huì)應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜龍義.高速公路瀝青路面水損害成因及防治[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014，42（15）：246-248.