瀝青路面水損害及其治理措施分析
2011-05-31 來源：中國橋梁網(wǎng)整理
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，由于交通動荷載和溫濕脹縮的反復作用，進入路面孔隙的水不斷產(chǎn)生動水壓力或真空負壓抽吸的循環(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、瀝青混合料內部逐漸喪失粘結力、路面結構使用性能下降，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，同時誘發(fā)其他路面病害的損壞現(xiàn)象。
針對水損害這個世界性難題，國內外道路科研工作者對其形成機理、影響因素，評價水損害的試驗方法、指標及水損害的控制、防治等各個方面都進行過系統(tǒng)研究。
一、水損壞現(xiàn)象的類型及其作用機理
瀝青路面較為普遍的水損害現(xiàn)象有麻面、松散、掉粒、坑洞、唧漿、網(wǎng)裂、轍槽等。
１.松散類：路表麻面、松散、掉粒、坑洞
瀝青面層在孔隙水壓力的反復作用下，使瀝青膜從集料表面剝落、混合料中的集料相互之間喪失粘結力而逐漸變軟直至松垮，導致麻面、松散現(xiàn)象；在局部松散處，松散的集料顆粒逐漸掉粒、流失進而形成大小不一的坑洞。
２.裂縫類：唧漿、網(wǎng)裂、坑洞
半剛性基層基頂結合料與從路表連通孔隙及裂縫處下滲的水混合，在行車荷載的反復作用下，產(chǎn)生的高速動水壓力沖刷基頂形成灰漿并從裂縫中被擠壓而出形成了唧漿現(xiàn)象；隨著基層結合料的逐漸流失，面層也隨著底部脫空現(xiàn)象的產(chǎn)生而形成沉陷、網(wǎng)裂，進而發(fā)展成坑洞。
３.變形類：轍槽
在行車荷載作用下，滯留在面層內的水使集料特別是粗集料表面裹覆的瀝青膜逐漸剝落，瀝青混合料強度不斷損失直至完全松散。行車輪跡帶下不僅出現(xiàn)了壓縮變形現(xiàn)象，而且產(chǎn)生了嚴重的剪切破壞現(xiàn)象，輪下松散的瀝青混合料向兩側擠出并鼓起，在輪跡帶下形成車轍。轍槽內有時還伴隨著唧漿和網(wǎng)裂現(xiàn)象。
４.凍融循環(huán)破壞
在冰凍地區(qū)或季節(jié)性冰凍地區(qū)，由于水凝聚結冰時體積增大，在瀝青混合料內部會產(chǎn)生很大的膨脹力，致使混合料內部粘結力下降；而當其融化時，又滯留于路面層內，在行車荷載作用下加速瀝青膜的剝落。在路表，冰雪融水進入瀝青混合料內部，在行車荷載和凍融循環(huán)的反復作用下產(chǎn)生破壞。而在下面層，當基礎有較多的細粒土和孔隙時，冬季特有的毛細水使水分逐漸積聚在基層頂面，春融期過飽和的水進入下面層孔隙，在荷載反復作用下產(chǎn)生剝落現(xiàn)象和基頂沖刷。
總的來說，水損害的根本原因在于水的作用致使瀝青對集料的粘附性能喪失，瀝青膜從礦料表面脫落，而造成這種結果的兩個關鍵性因素是水和外力的作用。
二、水損壞產(chǎn)生的原因及影響瀝青路面水穩(wěn)定性的因素
導致瀝青膜剝落產(chǎn)生水損壞的原因可從以下幾方面進行分析。
１.瀝青與集料的粘附性能
瀝青與集料的粘附性主要受自身性質的影響。如瀝青與礦料的化學成分，瀝青與礦料表面的界在張力，瀝青的粘性，礦料的空隙率，礦料的含水量和含泥量等。研究表明，若粘附性不足4級以上，瀝青膜容易脫離，造成路面水損害。
２.瀝青路面施工時的孔隙率
美國Zube對密級配瀝青混合料孔隙率與透水性的研究以及Brown和Collins等在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％（相當于設計孔隙率為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。
而在我國，高等級瀝青路面施工時普遍存在以下問題：現(xiàn)場孔隙率普遍偏大，多分布在8％～15％的范圍內；路面壓實不足，孔隙率加大；瀝青混合料離析導致路面局部壓實不均勻，即細集料集中的部位往往瀝青含量偏多，孔隙率過小，而粗集料集中的部位則孔隙率過大。這都為水的滲入提供了條件。
３.瀝青路面結構層內部排水
在道路工程中，人們比較重視路基和路界地表范圍內的排水，采取的措施也很多。但是對于路面結構層內部的排水則重視不夠，甚至基本沒有考慮。我國高等級公路普遍采用半剛性基層，路面設計時一般不考慮路面結構層內部排水，普遍設計了埋置式路緣石、砌筑式路肩、漿砌擋墻，這些都妨礙了由各種途徑侵入路面結構內部的水分排出。４.評價瀝青路面水損害指標不合理
（１） 用水煮法試驗評價集料與瀝青之間的粘附性存在不合理現(xiàn)象。一方面，集料與瀝青的粘附性等級與路面水損害之間的關系沒有建立，水煮法試驗結果受人為主觀因素影響很大；另一方面水煮法只使用了9.5～13.2 mm的粗集料。事實上，部分細集料為砂，與瀝青粘附性較差，沒有得到評價。
（２） 瀝青混合料殘留浸水馬歇爾穩(wěn)定度也存在致命的弱點。經(jīng)過75次馬歇爾擊實，試件孔隙率已達到設計的3％～5％，水很難進入，沒有足夠的水，檢驗不出瀝青混合料的實際耐久性。
５.其它方面的原因
路面開裂、老化加速水損害的發(fā)生，并形成惡性循環(huán)；道路交通超載嚴重；溫度變化時產(chǎn)生的凍融循環(huán)作用；酸雨、車輛滲油對路面的腐蝕；在冬季、雨季氣候條件下施工。
從以上分析可看出，影響瀝青路面水穩(wěn)定性的因素有：
（1） 瀝青混合料的性質：包括集料性質與瀝青性質。
（2） 瀝青混合料類型：密級配瀝青混合料結構密實、空隙率小，礦粉及瀝青用量較大，瀝青膜較厚，一般水損害較小。斷級配和開級配瀝青混合料粗顆粒較多，瀝青用量較少。
（3） 施工條件：瀝青混凝土路面在施工時，如天氣寒冷潮濕，建成的路面就易發(fā)生水損害；另外如壓實不充分或壓實不及時，成型的路面內部存在較多的孔隙，水分易浸入瀝青路面結構而導致水損害。
（4） 施工后的環(huán)境條件：施工后的環(huán)境條件包括氣候及交通荷載情況，溫度、降雨量、凍融及干濕循環(huán)等，都將影響水損害；其它條件相同時，交通荷載繁重可加速水損害的發(fā)生和發(fā)展。
（5） 路面下的排水情況：路面下排水狀況不良，進入路面的水不能及時排除，也將加速路面水損害的發(fā)生和發(fā)展。
三、瀝青路面抗水損害技術措施
１.路面結構層均采用水穩(wěn)定性好的密實型瀝青混凝土
實踐證明，瀝青路面結構層中僅有一層是密實型（I型）的瀝青混凝土或僅設一層瀝青砂來防止水損害遠不能滿足要求。一旦水通過各種途徑進入到空隙率較大的結構層中，便會滯留于其中，使強度顯著降低，并隨著交通量的增加，出現(xiàn)水損害現(xiàn)象。
２.改善瀝青與礦料之間的粘附性
為了減輕瀝青路面的水損害，改善與提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性與耐久性，需要增加瀝青與礦料之間的粘附性。經(jīng)驗證明，我國目前所使用的表面層石料與瀝青的粘附性都比較差，不能滿足技術要求，必須采取抗剝落措施，以改善礦料與瀝青之間的粘附性。目前我國常用的抗剝離措施主要是添加抗剝落劑。
３.提高瀝青混凝土壓實度標準，增加現(xiàn)場空隙率指標
國內外大量研究表明，7%的現(xiàn)場空隙率是瀝青路面是否產(chǎn)生早期水損害的分水嶺，美國SHRP研究成果也提出4%的設計空隙率是最佳的選擇。若仍按96%的壓實度予以控制，其現(xiàn)場空隙率將達到8%，無法滿足水穩(wěn)定性的要求，應提高壓實度標準；而且在提高壓實度標準的同時，增設現(xiàn)場空隙率作為施工的控制指標。
４.設置路面結構內部排水系統(tǒng)
設置良好的路面結構內部排水系統(tǒng)，迅速排除滲入路面結構內的水分，避免自由水在路面結構層中積滯的時間過長，從而改善路面的使用性能的措施能夠從根本上解決瀝青路面的水損害問題。
