公路路面早期水损害的原因分析和防治措施

许永新

摘要：本文对公路路面早期水损害的原因进行分析，提出了具体的防治措施，供大家参考。

关键词：公路 路面 早期水损害 防治措施

0 引言

水损害是我国公路路面主要的病害之一，特别是在南方高温多雨、潮湿地区，尤为严重。对于水泥混凝土路面，水损害的主要表现形式有：唧浆、唧泥，并进一步发展成脱空、断板、错台等；对于沥青路面，其主要表现形式有：坑洞、松散、唧浆、龟裂等等。其表现形式不同，表示水损害处于不同的阶段。不管高速公路采用的是何种路面结构形式，其对高速公路路面结构的承载能力的损害是十分严重的，而且随着时问的增长，承载能力下降的速度越显著。一般南方多雨地区，当开始出现了早期水损害，且没有及时养护的话，多则3～4a，少则1～2a，甚至1个雨季，就出现大面积的损害，导致路面结构的崩溃。因此对高速公路路面水损害的原因进行分析和防治措施的研究具有十分重要的意义，本文根据笔者多年的工作实践对公路水损害产生的原因和防治措施进行一些分析和探讨。

1 水损害的破坏形式及机理

1.1 破坏形式 我国公路沥青路面多采用强基薄面结构形式，即由半刚性基层作为汽车荷载的主要承重层，沥青面层只作为结构层。在这种结构形式下，公路沥青路面中常见的水损害破坏形式有以下几种：t唧浆、形变和网裂、松散、坑洞、辙槽等。以上的早期水损害现象有时单独出现，但大多数是组合出现的。比如产生唧浆的地方通常会出现网裂和形变，并随着时间的推移很快会出现松散和坑洞。

1.2 破坏机理分析 水损害的作用机理主要是粘附理论。粘附是指一种物体与另一种物体粘结时的物理化学作用。对于沥青与集料间的粘附性有四种理论来解释：①力学理论。认为沥青与矿料之间的粘附性主要是其间分子力作用的结果，分子力作用与集料表面的特性(如表面的空隙、粗糙度、比表面积、粒径等)有密切联系，由于吸附和毛细作用，沥青渗入到空隙中增加了沥青与集料之间总的接触面积，产生力学嵌锁。而这种力学嵌锁在沥青与集料之间提供了较强的粘结力，对表面粗糙且多孔隙的集料，这种力学嵌锁非常强烈。②化学反应理论。沥青与集料中含有不同的化学成分，当沥青中含有表面活性物质(如阳离子型极性基团和阳离子极性化合物)和一些含有重金属或碱土氧化物的石料接触时，在表面有可能生成皂类化合物。皂类化合物的化学吸附作用力很强，因而有较大的粘附性。当沥青与酸性石料接触时不能形成化学吸附，分子问的作用力只是由于范德华力的物理吸附，且这种物理吸附是可逆的。③表面能理论。认为沥青与矿料的粘附性是由于能量作用原理即沥青的湿润作用而形成的。沥青的湿润作用使沥青与集料表面紧密结合，而这种湿润通过沥青表面和集料表面之间的能量交换来实现。由于水与集料的粘附力比沥青与集料的粘附力大，因此，水可以侵入沥青一集料界面，形成水一沥青一集料的表面接触。④分子定向理论。现代表面分子物理的研究认为，沥青可视为表面活性物质在非极性碳氢化合物中的溶液，因沥青所含表面活性物质的数量不同而具有不同的极性。沥青粘附于石料表面后，在石料表面发生极性分子定向排列而形成吸附层。与此同时，在极性场中的非极性分子由予得到极性感应，也产生额外的定向能力，进而构成致密的表面吸附层。沥青的极性是吸附的本质也是导致矿料吸附沥青的根本原因。这四种理论从不同角度对沥青与矿料的粘附机理进行了解释，但由于沥青与矿料之间的粘附极为复杂，因此，每一种理论都不能完全概括其机理，只有综合应用才相得益彰。

2 公路沥青路面水损害病害的养护措施

根据沥青混凝土产生水破坏的内因和外因，必须从设计、施工、养护的角度上采取有效的措施，使水破坏现象降到最低。防止水损害的发生关键是要分析水损害产生的原因，并找出水源采取相应的措施。

2.1 沥青混凝土各面层都用空隙率相对较小的密实型沥青混凝土 根据目前高速公路水损害病害的发展规律可看出，路面结构层中仅设一层密实式沥青混凝土是不能够起到路面防水的作用。沥青面层中哪一层空隙率大，一旦有水进入，哪一层就会产生水损坏。因此，无论路面是二层或是三层，各层都应该采用密实式的或所谓的Ⅰ型沥青混凝土。综合考虑沥青混合料的高温抗永久变形能力好、透水性小以及表面粗糙度好三个主要性能后，调整SAC-10、SAC-13、SAC-16型作为沥青混凝土路面上面层结构。碎石沥青S MA是粗集料断级配沥青混凝土。SMA与SAC的最主要的差别在S MA中掺加木质素纤维，并相应的提高沥青用量，SAC仅用改性沥青。

2.2 提高沥青与矿料的粘结力 为减轻沥青剥落现象，改善沥青混凝土的水稳定性和耐久性，需要提高沥青与矿料间的粘结力，对于用做中面层或底面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于4级，对于用做表面层的沥青混凝土，要求沥青与矿料的粘结力不小于5级。在已建成通车的高速公路使用的硬质石料以玄武岩、安山岩、闪长岩、花岗岩为主，这些岩石与沥青的粘结力只有3 级或4级，因此建议填加消石灰粉或水泥等抗剥落剂来提高沥青与矿料的粘结力。在兼顾其他性能的基础上，适当考虑在中面层和下面层中适当采用针入度小的沥青来增强其抗水损坏能力。

2.3 提高压实度标准 沥青混凝土的压实度对沥青混凝土的物理化学性能有着至关重要的影响，当设计配合比其空隙率是4%时，在不同的压实度标准下现场空隙率有明显差别。在压实度为96%时，现场空隙率将接近8%，在压实度为98%时，现场空隙率将接近6%，前者的渗透系数将明显大于后者。为了尽可能的提高沥青混凝土面层的不透水性，必须相对提高沥青混凝土路面的压实度，高速公路表面层的压实度不小于98%，中面层和底面层的压实度不小于97%。

2.4 增加现场空隙率指标 现场空隙率是指面层的某层碾压结束和冷却后沥青混凝土内部空气所占的体积百分率。用现场空隙率可以更确切地反映沥青混凝土的压实结果。建议现场空隙率指标为：表面层≤6%，中面层或底面层≤7%。

2.5 在路面结构中设防水层 从公路沥青路面的水损坏现象分析，往往表面水还没有来得及渗透到中层或下层，表面层或中面层就开始破坏，因此，如果在较厚的沥青面层(两层以下)下面设置防水层，在某些情况下水还没有来得及渗透到防水层上，上面的沥青混凝土层可能已经开始破坏，防水层可能起不到应有的作用。可在沥青表面层下设置防水层，防止进入沥青表面层的水继续下渗到面层的下层及到达滞留在基层顶面，避免其导致冲刷、唧浆和路面坑洞等水破坏。

2.6 有效控制沥青混凝土的均匀性 沥青混凝土的矿料级配，矿料颗粒变异性大以及混合料的拌和离析、碾压时的温度离析都可使沥青面层从颗粒组成、沥青含量、密实度和空隙率都显著不同。因此应规范筑路材料的供应，将原材料的变异控制在尽可能小的范围内，对无法保证原材料质量稳定的，更应做好沥青混合料的生产配合比设计，严格禁止拌和楼私自变动热料仓配比。堆料厂应该硬化处理，对不同规格的集料应严格分开堆放，采取可靠措施，避免不同规格的集料堆交错，避免人为增大集料变异性。各种细集料都应分别搭蓬保护，防止雨淋。严格混合料生产、拌和、施工各环节的管理和监控，合理的安排施工工序，尽量减少各环节产生的不均匀现象，保证路面的施工质量。

2.7 中央分隔带防水措施 中央分隔带为粉砂土，由于粉砂土本身的特性，毛细水较为活跃，雨雪水、绿化浇水等容易从中央分隔带侧面侵入路面结构层界面间，因此砂土段中央分隔带防水措施非常重要。

3 结束语

影响公路产生水损害的原因是多方面的，有设计、施工、管理等方面的原因，也有防排水设计、路面材料、路面结构设计等原因，还有许多业主或施工单位容易忽视集料的品质以及路面的压实标准对路面产生早期水损害的影响，从而出现过分追求平整度，放松压实度的现象。本文从综合各方面对路面早期水损害进行原因分析，并介绍水害的防治措施，建议公路建设方、设计方、施工方严格对公路建设过程的各环节进行监控，有效地防止高速公路路面早期水损害。