高速公路路面透水病害的防治措施探討

摘 要：主要對高速公路路面透水病害的防治問題進行了研究，首先概述了高速公路路面透水病害的危害，然后分析了高速公路路面透水病害的形成機理，最后探討了高速公路路面透水病害的防治措施。

關鍵詞：高速公路；路面；透水；病害；防治

中圖分類號：F54文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）07-0343-01

1 高速公路路面透水病害的危害

根據權威部門的統計，水造成的損害是我國高速公路瀝青混凝土路面最嚴重的早期破壞原因之一，同時水損害也是一個世界性的問題。瀝青混凝土的耐久性主要依靠瀝青與集料之間的粘附性程度，雖然施工方法、交通條件、環境因素以及混合料的性質也對瀝青混凝土的路面變質有一定影響，但水和水分的作用是影響瀝青混凝土耐久性的主要因素之一。路面水通過各種途徑透入路面與半剛性基層之間產生的破壞作用更為嚴重，由水引起的瀝青路面的破壞過程主要是：瀝青路面施工完成以后，水和空氣通過混合料和外界的連通空隙進入混合料內部，如果水分不能及時排出，水就會存留在混合料內，在車輛荷載的動水壓力和溫度的共同作用下循環反復，將使瀝青和礦料發生剝離，造成強度下降。如果進一步發展，就會導致其他的一系列諸如唧漿、松散、坑槽、車轍等多種形式的破壞。

水引起的路面破壞有以下特點：（1）破壞發生在雨季或者春融季節，有時一場連續幾天的大雨就會導致嚴重破壞；（2）行車道破壞嚴重，超車道一般沒有破壞，顯然與重車、超載有關；（3）破壞之初一般都先有小塊的網裂、冒白漿（唧漿），然后松散成坑槽；（4）發生水損壞的地方一般是透水較嚴重，且排水不暢的部位，如挖開可見下面有積水或浮漿；（5）一般不會全路同時破壞，這顯然與瀝青混合料的不均勻有關，有些不均勻程度較嚴重的路段甚至會同時發生泛油。

2 高速公路路面透水病害的形成機理分析

2.1 機械粘附理論

認為瀝青與集料之間的粘附性主要是來自二者間的分子力，集料的表面通常粗糙且多孔，從微觀角度來看集料表面高低不平，這種粗糙增加了礦料的表面積，使瀝青與礦料的粘合面積增加。另外，集料表面存在著各種形狀、各種取向與各種大小的孔隙和微裂縫，瀝青在高溫時呈液相，能滲入集料的孔隙與微裂縫中，當溫度下降時瀝青則在孔隙中發生膠凝硬化，這種楔入與錨固作用，形成了瀝青與礦料的粘合作用，是一個十分復雜的過程，機械粘合力只是其中的一部分。

2.2 化學反應理論

化學反應理論認為，瀝青中的酸性成分與集料表面堿性活性成分會發生反應，使堿性集料與瀝青的粘附性較好。瀝青的酸性越大，集料的堿性越強，集料與瀝青的粘結性能就越好，抗剝落能力也就越強。瀝青中含有表面活性組分，按其活性的強弱排列順序為：地瀝青酸＞地瀝青酸酐＞地瀝青質＞樹脂＞油分。地瀝青酸和地瀝青酸酐的表面活性最強，而且都是陰離子型的，即酸性的。瀝青的酸性越大，它與集料的粘結越好，抗剝落能力也就越強。堿性集料與瀝青的粘附性較好，而酸性集料則相反。酸性礦料由于缺乏堿性活性成分，與瀝青的化學反應較弱，所以與瀝青粘附性差，易發生剝離，目前以巖石中的SiO2含量來區分堿性礦料和酸性礦料，SiO2含量越高，巖石的酸性越強，與瀝青的粘附性越差。

2.3 表面能理論

近 30 多年來，隨著表面化學的發展，許多研究者應用了表面化學的成果來解釋瀝青與礦料的粘附－剝落機理。對于瀝青與礦料粘附性的研究，通常應用經典的潤濕理論來說明瀝青膜在礦料表面的“鋪展”或被水所置換而“剝落”的過程。表面能理論認為，瀝青與集料之間的粘附性是由于能量作用原理即瀝青潤濕集料表面而形成的，瀝青的潤濕能力是指瀝青與集料表面的緊密接觸能力，與自身的粘附力有關。在無水且溫度較高的情況下，瀝青－礦料界面張力小于礦料－空氣界面張力和瀝青－空氣界面張力，所以瀝青可以在礦料表面鋪展為薄層，當遇水時，瀝青－礦料界面張力總是大于礦料－水界面張力，所以瀝青易于剝落。

3 高速公路路面透水病害的防治措施探討

3.1 路面材料的選用

容易引起瀝青混合料水穩定性不足的集料是SiO2含量較高（酸性）、吸水性大的集料，酸性集料瀝青混合料容易發生水損害的原因是其表面帶負電荷，而堿性集料則相反。由于瀝青呈酸性，與酸性集料的粘附性差，對于集料的選用，應優先選用孔隙率小的、表面粗糙的非親水性堿性集料。當地堿性集料取材困難，而遠運成本又太高，或者為滿足表面層的抗滑性能，不得不采用質地堅硬、耐磨性好的酸性集料時，可用添加消石灰、水泥、或經驗證耐高溫且具有長期使用效果的抗剝落劑的方法，來提高瀝青混和料的水穩定性能，瀝青的粘度對其與集料的粘結強度有重大影響，瀝青粘度大則粘結力強。因此，應在綜合考慮當地的氣候條件和瀝青路用性能的條件下，盡量選取活性成份含量高（即酸值大）的瀝青，也可對瀝青進行改性，以提高瀝青與集料的粘附性能。采用改性瀝青是提高瀝青混合料水穩定性很有效的途徑，多年的研究和實踐應用都證明，改性瀝青與各種性質的集料都有較好的粘附性，基本都能達到四級以上，采用普通瀝青不能滿足要求時，改用改性瀝青一般都能滿足要求，一般也不用再采取摻加消石灰、水泥或抗剝落劑的措施。

3.2 嚴格控制路面空隙率

我國早期修建的高速公路采用了密實型瀝青混凝土，路面滲水很少，透水病害發生的也很少。后來，隨著對車轍和構造深度的重視，表面層又較多采用了 AK 類抗滑表層級配，這種級配設計空隙率在 6%左右，路面實際空隙率大，使透水病害很易發生，我國的規范建議級配是一個很寬泛的范圍，并不能一味的采用或接近其中值。在執行規范的時候，必須考慮到當地的實際情況，必要時對技術要求作適當的調整，各地應該根據當地的材料、施工水平、經濟實力、習慣等，并借鑒使用多年的成功的經驗，規定更具體的指標。

我國《公路瀝青路面施工技術規范》對公稱最大粒徑小于 20mm的混合料，提出了滲水系數的指標要求。在配合比設計階段，密級配瀝青混合料和 SMA 混合料應不大于120mL/min和80 mL/min，在施工質量檢測時，要求普通瀝青路面路表滲水系數不大于 300mL /min，SMA 路面不大于 200mL/min。可以說這一規定是十分有必要的，瀝青路面的水損壞來源于水，只有水能滲入路面才有可能引發瀝青膜和集料剝離，滲水系數與空隙率有所不同，空隙率包括開口孔隙和閉口孔隙，對混合料水穩定性有影響，引起滲水的只是開口孔隙部分，因此，對混合料進行滲水性質的試驗是十分有必要的。

3.3 防排水設計

瀝青路面的水損壞離不開水，如果水不能進入路面也就談不上路面的水損害，所以以前的路面設計施工中千方百計地封水，試圖阻止水分進入路面，實踐證明，要想完全防止瀝青路面進水是不可能的，封也不可能完全封住。我國路面基層普遍采用半剛性基層，近年來對半剛性基層的強度要求也越來越高，基層越來越致密，現在普遍采用的二灰碎石比水泥穩定碎石透水性更差。水進入路面是不可避免的，基層又不透水，上面層滲入路面的水和凍融的水積聚在基層表面，這樣對路面的危害更大，因此，一方面應加強防水，減少進入路面的水；另一方面應做好排水，將進入路面的水及時排走。只有這樣才能切實降低水損害發生的機率。

參考文獻

［1］王銘遠. 路面早期損壞的原因探析［J］. 黑龍江科技信息 ， 2007，（7）.

［2］ 楊翠花. 柔性基層瀝青路面結構的應用探討［J］. 中國科技信息，2007，（10）.

［3］ 蒲研. 推廣應用新技術提高城市路面性能［J］. 甘肅科技 ， 2005，（3）.

［4］ 常廣偉， 常旭. 路面早期損壞的深層次原因探析［J］. 內江科技，2006，（6）.