沥青路面的水损害及防治对策

2017-04-10

四川水泥 2017年8期

关键词：消石灰集料沥青路面

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400041)

沥青路面的水损害及防治对策

王肖

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400041)

近几十年来，沥青路面由于众多优点而被世界各国广泛使用。然而，在运营过程中，沥青路面出现了不同程度的水损害。本文介绍了沥青路面水损害的机理、原因及防治对策，对于工程实践具有十分重要的意义。

稳定沥青；路面；水损害

0 引言

沥青路面由于一系列优点受到工程界的青睐，但交通量的日益增大，轴重增加，车辆渠道化，加上各种水温条件的共同作用，由永久变形、低温或疲劳开裂引起路面使用功能的丧失导致的重建、养护费用也逐年剧增。因此，对公路沥青路面水损害进行必要的研究刻不容缓，也是一项十分有理论及现实意义的活动。

1 沥青路面的水损害

1.1 沥青路面水损害的定义及机理

1.1.1 沥青路面水损害的定义

沥青路面水损害是指在工程施工完成通车后，地表水及雨水通过孔隙侵入路面结构内部，并附着于沥青与结合料的分界处。在荷载及水温的共同重复作用下，沥青膜随时间逐渐脱离，结构出现整体性破坏，路面结构承载能力下降，并出现唧浆、坑洞及辙槽等病害的现象。

1.1.2 沥青路面水损害的机理

1)沥青膜的剥落过程

沥青从集料表面剥落的过程相当复杂，虽然众多学者对此有大量的试验和数据参考，但仍然没有一个统一的结论。学术界基本赞成的是沥青膜剥落的过程即是浸入混合料内部的水取代沥青膜的过程。其持续时间表征了沥青的粘结力以及混合料抗水作用的能力。

对沥青的剥落过程，有以下几种模式：

①沥青膜移动

水浸入混合料后，结构整体形成由沥青-集料-水组成的三相体系。在外部因素的各种影响下，水分不断充斥于集料表面，促使沥青膜的脱落，最终水分完全侵占了沥青膜的位置。

②沥青膜分离

在水分介于粒料和沥青之间后，若最终路面结构内部完全干燥，沥青依然可以与集料相连。但在水存在的情况下，沥青路面承受的各种外部作用会加剧混合料的离析，同时破坏沥青混合料的整体结构。

③沥青膜破裂

沥青膜对集料的裹覆并不是绝对均匀的，在集料的棱角处，沥青膜的厚度将发生变化，沥青膜从粒料表面脱落后，一旦承受行车荷载的重复作用，那么集料棱角附近的沥青膜将发生破裂，水分更加容易进入，加速整个过程并一直循环，直至沥青路面的结构性破坏。

④起泡

在较高温度时，沥青的粘结能力会下降，同时由于路面结构内水汽的作用，路面表面会形成气泡，这时水分就更容易进入其中，进一步引起沥青的脱落。

⑤粘结层破坏

水分破坏混合料的微观结构后，在沥青-集料-水组成的混合物中，由于水膜和沥青膜同时带负电，沥青膜将会得到进一步的排斥。此原理作用将加速沥青膜的脱离，直至粘结力的完全消失。同时，混合料中的水将和其中的降解物质发生反应，加速沥青的老化，在荷载的重复作用下，混合料出现结构性破坏，最终丧失路用功能，影响行车体验和安全。

1.3 沥青路面水损害的成因

1.3.1 沥青混合料的性质与类型

沥青混合料的性质包括沥青性质与集料性质、沥青与集料的粘附性等[1]。密级配沥青混合料结构密实、空隙率小，矿粉及沥青用量较大，沥青膜较厚，一般水损害较小。如果沥青的粘附性不足4级以上，沥青膜容易脱落，造成路面水损害。

1.3.2 路面压实不足

压实度反映了路面的孔隙率，而这与路面的水稳定性有极大的关系。压实度高的路面结构密实度高，孔隙率小。压实度不够的路面结构具有较大的孔隙率，这使水更容易渗入路面结构内部。造成压实度不足的一个很重要的原因在于现在国内沥青面层的集料粒径普遍偏大,而与其相匹配的压实厚度则偏薄，造成压实不利。沥青路面压实效果与很多因素有关，压路机的性能，压实速率，遍数等因素的不同会使最终结果产生很大的区别。另外，混合料摊铺及压实的温度与路面的压实效果，同样存在着联系。合理的压实度只有在恰当的温度下，利用合适的压实机械才能够达到理想的效果。

1.3.3 排水设计不合理

我国高等级公路普遍采用半刚性基层，路面设计时一般不考虑路面结构层内部排水，普遍设计了埋置式路缘石、砌筑式路肩、浆砌挡墙，这些都妨碍了由各种途径侵入路面结构内部水分的排出[2]。路面结构内部排水系统不畅，渗入其中的水无法排除，则会导致渗入的水分对混合料的侵蚀作用，引发沥青路面的水损害。

1.3.4 养护的原因

养护不及时，养护方法不当也是造成沥青路面水损害的重要因素。

2 沥青路面水损害的防治措施

沥青路面水损害的原因是多种多样的，水损害的持续发展会造成整个沥青路面的结构性破坏，影响行车安全。因此在混合料的设计、沥青路面的施工中都应尽可能的采取各种措施缓解这一病害。

2.1 路面结构措施

路面水损害的根本原因是水的作用，因此采取适当的工程措施将水隔开无疑是最彻底的措施。

1)用开级配沥青处治碎石作为排水基层材料，它不仅具有较高的强度、良好的路用性能和耐久性，而且有较大的空隙率和良好的排水性能[3]。

2)下面层采用隔水材料作为隔水层，防止结构下部的水分上升造成的对面层的破坏。

3)防止水害，尚需做好挖方路段、中央分隔带的排水设施，建立完整的排水系统。

2.2 沥青及集料的选择

使用空隙率小于5%的粗糙、洁净集料，以形成粗糙的表面构造，增加沥青的裹覆程度；尽量采用碱性集料和粘附性高的沥青，不使用对水敏感的集料和沥青；控制沥青用量，在集料表面形成一层均匀的沥青薄膜。

4)对集料进行预处理和掺加抗剥落剂等措施。

2.3 沥青混合料配合比措施

为了具备优良的密水性能，应在合理允许的情况下，采用尽可能多的沥青，同时增加细集料的用量，使混合料具备较高的密实度。一般认为，沥青混合料的设计孔隙率控制在3%～5%的范围内是适宜的。

2.4 掺加抗剥离剂

当沥青与集料的粘附性不足时，可掺加抗剥离剂，以提高沥青与集料的粘附性。抗剥离剂可为消石灰或有机高分子材料。

1)消石灰

消石灰作为抗剥离剂经常被使用，价格也相对便宜。通过消石灰的作用，其表层的性质将会得到极大的优化，集料与沥青之间的粘结效果将极大提高，集料与沥青将紧密的结合成整体。对于酸性石料，消石灰的作用可使其表面的负电荷减少，使石料对水的亲和作用减小。

2)有机高分子材料的抗剥离剂

这类抗剥离剂实际上是一种表面活性剂。它的作用机理是利用其自身的极性与混合料结合，增强沥青与集料之间的粘结力。

2.5 施工注意事项

在施工前，对原材料的选择应坚持规格完整、搭配均匀合理，对集料的保管应严格周密，要防止集料被污染。在施工过程中，应注意沥青混合料摊铺的均匀性和摊铺速率，同时应严格控制摊铺温度和碾压温度。温度的过高过低，一方面会造成沥青混合料流动性较差，另一方面会造成沥青的老化。老化后沥青的粘结力会下降，将减少其对集料的裹覆作用。此外，应选择功效完备的碾压设备，对路面进行充分的碾压，提高压实度，以达到合理的孔隙率。

2.6 加强管理及养护

重车特别是超重车辆对路面的碾压作用，往往是造成路面病害的原因之一。因此，应加强交通管制。对于不符合道路等级要求的车辆，应对其严格控制，加强监管手段，有效减少并杜绝这一现象。同时，应加强对路面的按时养护。