浅谈沥青路面水损害的危害与防治措施

崔恒松

【摘 要】水损害是沥青路面早期损害的方式之一，不仅会造成巨大的经济损失，而且会严重影响行车的安全。因此，总结沥青路面的水损害类型，从设计、施工和养护角度分析水损害的危害原因，以及加强沥青路面水损害的防治措施，有助于提高沥青路面的施工质量。

【关键词】沥青路面；水损害；原因；类型；防治措施

1.引言

所谓沥青路面水损害，是指沥青路面在有孔隙水的工作条件下，由于交通动荷载和温湿胀缩的反复作用，进入路面孔隙的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的循环作用，致使水分逐渐侵入沥青与集料的界面，造成沥青膜从集料表面剥落、沥青混合料内部逐渐丧失粘结力、路面结构使用性能下降，并伴随麻面、松散、掉粒、坑洞或唧浆、网裂、辙槽等病害发生，同时诱发其他路面病害的损坏现象。沥青路面水损害的机理及原因十分复杂[1]，水的存在是沥青路面水损害的内因和先决条件，交通荷载是其损害的外部条件。从设计、施工和养护方面主要有如下几点原因：

（1）从设计角度，发生沥青路面水损害的原因主要表现为：

a、防排水设计。不重视防排水设计，是设计中最薄弱环节之一；路面结构层排水不畅；中央分隔带向路面体渗水；路表面及边沟排水不畅，路面积水；挖方段路基渗水，排水一般采用堵的方式，盲沟效果不好。

b、结构设计。沥青路面的结构形式单一；未考虑沥青路面自身排水；半刚性基层过于致密，排水性差，缺乏基层排水性能指标；路面薄，受离析影响大；路面过早开裂，有半刚性基层开裂的反射缝和温缩裂缝；各层结构组合不当，沥青渗水。

c、材料及配合比设计。沥青混合料水稳定性不足，采用抗剥落剂，没达到目的；沥青混合料矿料级配不合理、空隙率过大；路面密水性差；混合料水稳定性不足。

（2）从施工角度，发生沥青路面水损害原因主要有以下方面：沥青路面的离析严重，混合料施工性差；沥青路面的密水性差；施工压实不足，不敢放开碾压，压实度数据弄虚作假；施工污染严重，层间粘结不成整体。

（3）从养护角度，仍延续中低级公路的养护模式和养护习惯，不变采用抢救养护方式，即安排养护从申请计划到批准实施的周期太长。不能及时封缝、灌浆；超载车使动水压力增大。

2. 沥青路面水损害的危害

2.1产生表面坑洞

由于沥青砼的不均匀性，坑洞总是在局部沥青砼空隙率较大处首先产生。通常采用半开式（Ⅱ型）沥青砼表面层时，产生的水破坏更为严重，只要自由水侵入并滞留在沥青砼的孔隙中，不管是传统纯沥青砼，还是改性沥青或加抗剥落剂的SMA，在大量行车作用下，都会产生沥青剥落现象和水破坏。

2.2唧浆、网裂、坑洞

水透过沥青面层滞留在半刚性基层顶面，在大量快速行车作用下，自由水产生很大压力并冲刷基层混合料表层的细料，形成灰浆。在行车压力作用下，灰浆通过各种裂缝达到路表面。如果灰浆数量较大，可能立即产生坑洞；而数量小的情况下，则导致网裂或变形。在南方潮湿多雨地区，这种破坏更为严重，有些高速公路，每次下雨，都产生唧浆与坑洞，而且唧出的常是底基层石灰土浆。

2.3表面层和中面层同时产生坑洞以及局部表面产生网裂和变形

如果表面层和中面层是由空隙率较大的半开级沥青砼组成的，而底面层为空隙率较小的密实沥青砼时，遇上降水，则自由水易渗入并滞留在表面层和中面层内。而当表面层是半开级配、中面层是密实式沥青砼时，在历时较长的降水过程中，自由水透入表面层后，从中面层的薄弱处进入中面层，并滞留在表面层和中面层内。大量快速行车使这两层内沥青砼中部分碎石上的沥青剥落，导致表面产生网裂、下降和向外侧推挤，或产生坑洞。即使表面层和中面层都是密实式沥青砼，如果沥青砼的不均匀性较大，局部小面积沥青砼的实际空隙率较大，自由水也能逐渐透入并使路面产生水破坏。

2.4辙槽

自由水侵入沥青面层后，使沥青与碎石的粘结力减弱。在行车荷载作用下，沥青砼的强度逐渐损失，直至完全松散。在行车轮迹下不但产生压缩变形，更严重的是产生剪切变形，轮下的沥青硷向外侧挤出，使轮迹带下陷，同时其两侧鼓起，形成严重的辙槽，槽深一般达30～40mm，如不及时处理，降雨后，辙槽内积有雨水，在雨水长时间作用下，造成更严重的水损害[2]。

3.水损害的评价指标和方法

3.1空隙率水平与水损害关系

压实度不足是早期水损害最普遍的原因。研究表明，热拌沥青混合料4%～5%的空隙率就认为是不透水的，也就是说一与水损害无关。大多数沥青混合料设计空隙率为3%～5%，当施工完毕，大多数要求达到92%的最大理论密度，也就是说，空隙率为8 %， 2～3年后，可以认为是达到了设计空隙率。路面没有压好，空隙率高于8%，就易渗水，就会引起路面松散。研究表明：空隙率为8%～12%之间的路面是水损害最容易发生的区域，小于8%水不容易进去，而大于12%水很容易流走，但必须要设置排水的结构层。

空隙率-渗透关系的研究指出：空隙率和渗透之间并不是直线关系。当混合料的空隙率小于4%时，混合料几乎不透水。而当混合料的空隙大于某一临界值时（15%），混合料也很少出现水损害的现象，因为此时水在混合料中可以接近自由流动，持水的时间不长。而在这两个空隙率临界之间，是可能出现水损害的危险范围。

为了验证空隙率临界值，曾有研究对三个空隙率水平（4%、8%、30%）的沥青混合料在控制水饱和度的条件下，经20次循环后，进行水敏感性试验（浸水回弹模量/干燥回弹模量）。其结果指出：不透水的一组试件（空隙率4%，没有发生水损害；而级配完全透水的一组试件（空隙率30%），水损害的程度极轻；而空隙率处于中间值的一组试件（8%），则出现了相当严重的水损害。因此增加持水性指标来评价沥青混合料的设计空隙率和水敏感性应该是比较合理的。

3.2现行评价指标和方法的缺陷

现有的试验方法不能有效预测沥青路面出现水损害或与路面使用条件和使用性能建立关系，进而在材料设计阶段加以预防。经常有这种情况出现：浸水试验（残余强度）合格的沥青混合料，摊铺后很短时间内出现水损害破坏；用现有的评价（试验）方法评价沥青混合料剥落措施（抗剥落剂、消石灰处理等）的作用效果，其试验检测结果非常乐观，但高速公路通车第二年雨季即出现大面积破坏。这就使得人们对现有的试验和评价方法产生疑问。现行沥青路面施工技术规范关干水损害的三个指标及其缺陷如下。

（1）按水煮法试验所有的集料与沥青的粘附性都大于4级。对于集料与沥青的粘附性指标来说，这个指标存在着三个致命的缺陷：是否有不同粘附性等级与路面水损害关系的长期性能观测资料，这些资料是否已表明粘附性大于等于4级就不会产生水损害，事实上这种关系没有建立；粘附性等级用水煮法试验评价，水煮法试验结果受人为主观囚素影响太大；水煮法只使用了9. 5～13. 2 mm的粗集料，事实上，部分细集料为砂，与沥青粘附性较差，但并没有评价。

（2）按马歇尔试验所有的沥青混合料残留稳定度均大于80%。对于沥青混合料残留浸水马歇尔稳定度技术指标来说，也存在着致命的弱点：75次马歇尔击实仪双面击实，试件空隙率已达到设计空隙率为3%～5%，水很难浸入，也更难浸人沥青膜与集料之间，没有足够的水，水损害也就谈不上了。如果要用残留马歇尔稳定度技术指标，也得让空隙率接近现场空隙率，也就是说试件空隙率应在5%～8%之间。

（3）简化的洛特曼试验方法测定间接抗拉强度大于70 %。该指标存在的缺陷是：试件的空隙率不明。若路面压实度按马歇尔密度控制，如下表所示若干试验段的数据压实结果。从这些数据可看出，压实度普遍不足，这是由于采用马歇尔密度控制路面压实度所造成的。

4.沥青路面水损害的防治措施

4.1制定地方性路面设计指南

制定地方性路面设计指南，对于交通量超过1万辆/日的高速公路，沥青路面的上面层和中面层，需要采用改性沥青，对于上面层，要求采用沥青玛蹄脂碎石混凝土（SMA）结构采用以上措施，可有效提高路面面层强度和耐久性。

4.2沥青面层各层次尽量采用空隙率小的沥青混合料类型

密级配沥青混凝土，所用矿料的各种料径颗粒级配连续、相互嵌挤严密，压实后空隙率小。尤其是I型密实式沥青混凝土，压实后空隙率很小，一般在5%以下，泌水性好，可有效阻止雨水浸渗。现行沥青路面设计与施工技术规范中均明确规定，在沥青面层中应至少有1层是I型密实式沥青混凝土。另外，为改善路面的抗滑和抗辙槽等性能，近年来，在我国成功应用的抗滑表层和多碎石沥青面层，在空隙率较小的情况下，同样具有较好的泌水性。笔者认为，在满足沥青路面表层抗滑和抗辙槽要求的前提下，各沥青层要尽量采用空隙率小的沥青混合料类型，以防止雨水通过沥青面层空隙向路面结构内大量浸渗而造成破坏。

4.3提高沥青与集料的粘结力

沥青与集料之间的粘附性主要取决于沥青本身的粘度，粘度越大，粘附性越好。另外沥青中表面活性成分含量越高，沥青的酸值越大，其粘附性则越好。对于用作中面层和底面层的沥青砼，要求沥青与矿料的粘结力不小于4级；对于用作表层的沥青砼，要求沥青与矿料的粘结力不小于5级。对于用作表面层的沥青硷，通常要求用既耐磨值和磨光值都高的硬质岩石料，如玄武岩、安山岩、闪长岩、花岗岩、砂岩和辉率岩等。实践证明，这些岩石与沥青的粘结力都较差，往往只有3级，偶尔能达到4级。因此，都需要添加抗剥落剂，改善粘结力。目前常用的抗剥落剂有消石灰与液体抗剥落剂。

4.4设计完善的排水系统

由于路基路面排水设计不够完善，对路面排水设施不够重视，造成路面破损状况较为普遍。因此在公路路面设计时，应进一步完善路面排水设计，在路面结构层中设置防水层、基层顶面设置封层，在中央分隔带处设置纵横向排水渗沟，在土路肩处采用碎石填料进行填筑，并根据实际情况有针对性地进行排水设计，减少水在路面的停留时间，以减少其对路面的破坏。

4.5加强路面施工质置的管理

（1）采取措施，加强路面基层质量，减少基层开裂，并对裂缝封闭处理，减少因此而引起的沥青面层反射裂缝，对面层反射裂缝必须封闭处理，防止水进入面层结构。

（2）控制沥青混合料施工各环节的温度，满足运输、摊铺、碾压的要求，保证面层密实、平整、不离析且满足横向排水要求。

（3）不宜采用强振方式，为避免由于骨料被压碎而产生的不利影响，应采用重型轮胎压路机进行搓揉碾压，即保证了骨料不被压碎，又能保证密实度。

4.6采用新材料、新工艺

每一种沥青混合料，必然有一定的空隙率存在，或多或少都会遭到一定水的破坏，因此应尽可能采用新型防水材料在沥青面层表面涂上一层防水材料，形成不透水的薄膜封层，减少路面水在路面的滞留时间，使路面水尽快排到路基边沟，从而大大减少路面水的侵入，减少水对路面的破坏。

4.7加强公路养护管理

公路建成后，养护是关键。要延长沥青路面的使用寿命，必须加强路面的养护管理。雨后要及时补洞，补洞要规范、整齐，严格按照《沥青公路养护技术规范》要求及操作规程进行养护，把沥青路面的病害消灭在萌芽状态，避免雨水从病害处渗入，造成路基弹簧路面大面积破坏。

5.结束语

综上所述可知，沥青路面水损害已越来越受到公路建设者的重视，水损害的类型与其机理、原因有很大的关联性，而从设计、施工和养护角度做好沥青路面水损害的防治措施，可有效抑制或减少沥青路面的水损害的发生。

参考文献：

[1] 丰培洁. 沥青路面水损害的危害及防治措施[J]. 公路与汽运，2002，06：43～45.

[2] 李春雷. 沥青混凝土路面水损害防治措施浅谈[J]. 中国新技术新产品，2010，15：78～80.