公路路面早期水損害的原因分析和防治措施

摘要：本文對公路路面早期水損害的原因進行分析，提出了具體的防治措施，供大家參考。

關鍵詞：公路 路面 早期水損害 防治措施

0 引言

水損害是我國公路路面主要的病害之一，特別是在南方高溫多雨、潮濕地區，尤為嚴重。對于水泥混凝土路面，水損害的主要表現形式有：唧漿、唧泥，并進一步發展成脫空、斷板、錯臺等；對于瀝青路面，其主要表現形式有：坑洞、松散、唧漿、龜裂等等。其表現形式不同，表示水損害處于不同的階段。不管高速公路采用的是何種路面結構形式，其對高速公路路面結構的承載能力的損害是十分嚴重的，而且隨著時問的增長，承載能力下降的速度越顯著。一般南方多雨地區，當開始出現了早期水損害，且沒有及時養護的話，多則3～4a，少則1～2a，甚至1個雨季，就出現大面積的損害，導致路面結構的崩潰。因此對高速公路路面水損害的原因進行分析和防治措施的研究具有十分重要的意義，本文根據筆者多年的工作實踐對公路水損害產生的原因和防治措施進行一些分析和探討。

1 水損害的破壞形式及機理

1.1 破壞形式 我國公路瀝青路面多采用強基薄面結構形式，即由半剛性基層作為汽車荷載的主要承重層，瀝青面層只作為結構層。在這種結構形式下，公路瀝青路面中常見的水損害破壞形式有以下幾種：t唧漿、形變和網裂、松散、坑洞、轍槽等。以上的早期水損害現象有時單獨出現，但大多數是組合出現的。比如產生唧漿的地方通常會出現網裂和形變，并隨著時間的推移很快會出現松散和坑洞。

1.2 破壞機理分析 水損害的作用機理主要是粘附理論。粘附是指一種物體與另一種物體粘結時的物理化學作用。對于瀝青與集料間的粘附性有四種理論來解釋：①力學理論。認為瀝青與礦料之間的粘附性主要是其間分子力作用的結果，分子力作用與集料表面的特性(如表面的空隙、粗糙度、比表面積、粒徑等)有密切聯系，由于吸附和毛細作用，瀝青滲入到空隙中增加了瀝青與集料之間總的接觸面積，產生力學嵌鎖。而這種力學嵌鎖在瀝青與集料之間提供了較強的粘結力，對表面粗糙且多孔隙的集料，這種力學嵌鎖非常強烈。②化學反應理論。瀝青與集料中含有不同的化學成分，當瀝青中含有表面活性物質(如陽離子型極性基團和陽離子極性化合物)和一些含有重金屬或堿土氧化物的石料接觸時，在表面有可能生成皂類化合物。皂類化合物的化學吸附作用力很強，因而有較大的粘附性。當瀝青與酸性石料接觸時不能形成化學吸附，分子問的作用力只是由于范德華力的物理吸附，且這種物理吸附是可逆的。③表面能理論。認為瀝青與礦料的粘附性是由于能量作用原理即瀝青的濕潤作用而形成的。瀝青的濕潤作用使瀝青與集料表面緊密結合，而這種濕潤通過瀝青表面和集料表面之間的能量交換來實現。由于水與集料的粘附力比瀝青與集料的粘附力大，因此，水可以侵入瀝青一集料界面，形成水一瀝青一集料的表面接觸。④分子定向理論。現代表面分子物理的研究認為，瀝青可視為表面活性物質在非極性碳氫化合物中的溶液，因瀝青所含表面活性物質的數量不同而具有不同的極性。瀝青粘附于石料表面后，在石料表面發生極性分子定向排列而形成吸附層。與此同時，在極性場中的非極性分子由予得到極性感應，也產生額外的定向能力，進而構成致密的表面吸附層。瀝青的極性是吸附的本質也是導致礦料吸附瀝青的根本原因。這四種理論從不同角度對瀝青與礦料的粘附機理進行了解釋，但由于瀝青與礦料之間的粘附極為復雜，因此，每一種理論都不能完全概括其機理，只有綜合應用才相得益彰。

2 公路瀝青路面水損害病害的養護措施

根據瀝青混凝土產生水破壞的內因和外因，必須從設計、施工、養護的角度上采取有效的措施，使水破壞現象降到最低。防止水損害的發生關鍵是要分析水損害產生的原因，并找出水源采取相應的措施。

2.1 瀝青混凝土各面層都用空隙率相對較小的密實型瀝青混凝土 根據目前高速公路水損害病害的發展規律可看出，路面結構層中僅設一層密實式瀝青混凝土是不能夠起到路面防水的作用。瀝青面層中哪一層空隙率大，一旦有水進入，哪一層就會產生水損壞。因此，無論路面是二層或是三層，各層都應該采用密實式的或所謂的Ⅰ型瀝青混凝土。綜合考慮瀝青混合料的高溫抗永久變形能力好、透水性小以及表面粗糙度好三個主要性能后，調整SAC-10、SAC-13、SAC-16型作為瀝青混凝土路面上面層結構。碎石瀝青S MA是粗集料斷級配瀝青混凝土。SMA與SAC的最主要的差別在S MA中摻加木質素纖維，并相應的提高瀝青用量，SAC僅用改性瀝青。

2.2 提高瀝青與礦料的粘結力 為減輕瀝青剝落現象，改善瀝青混凝土的水穩定性和耐久性，需要提高瀝青與礦料間的粘結力，對于用做中面層或底面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結力不小于4級，對于用做表面層的瀝青混凝土，要求瀝青與礦料的粘結力不小于5級。在已建成通車的高速公路使用的硬質石料以玄武巖、安山巖、閃長巖、花崗巖為主，這些巖石與瀝青的粘結力只有3 級或4級，因此建議填加消石灰粉或水泥等抗剝落劑來提高瀝青與礦料的粘結力。在兼顧其他性能的基礎上，適當考慮在中面層和下面層中適當采用針入度小的瀝青來增強其抗水損壞能力。

2.3 提高壓實度標準 瀝青混凝土的壓實度對瀝青混凝土的物理化學性能有著至關重要的影響，當設計配合比其空隙率是4%時，在不同的壓實度標準下現場空隙率有明顯差別。在壓實度為96%時，現場空隙率將接近8%，在壓實度為98%時，現場空隙率將接近6%，前者的滲透系數將明顯大于后者。為了盡可能的提高瀝青混凝土面層的不透水性，必須相對提高瀝青混凝土路面的壓實度，高速公路表面層的壓實度不小于98%，中面層和底面層的壓實度不小于97%。

2.4 增加現場空隙率指標 現場空隙率是指面層的某層碾壓結束和冷卻后瀝青混凝土內部空氣所占的體積百分率。用現場空隙率可以更確切地反映瀝青混凝土的壓實結果。建議現場空隙率指標為：表面層≤6%，中面層或底面層≤7%。

2.5 在路面結構中設防水層 從公路瀝青路面的水損壞現象分析，往往表面水還沒有來得及滲透到中層或下層，表面層或中面層就開始破壞，因此，如果在較厚的瀝青面層(兩層以下)下面設置防水層，在某些情況下水還沒有來得及滲透到防水層上，上面的瀝青混凝土層可能已經開始破壞，防水層可能起不到應有的作用。可在瀝青表面層下設置防水層，防止進入瀝青表面層的水繼續下滲到面層的下層及到達滯留在基層頂面，避免其導致沖刷、唧漿和路面坑洞等水破壞。

2.6 有效控制瀝青混凝土的均勻性 瀝青混凝土的礦料級配，礦料顆粒變異性大以及混合料的拌和離析、碾壓時的溫度離析都可使瀝青面層從顆粒組成、瀝青含量、密實度和空隙率都顯著不同。因此應規范筑路材料的供應，將原材料的變異控制在盡可能小的范圍內，對無法保證原材料質量穩定的，更應做好瀝青混合料的生產配合比設計，嚴格禁止拌和樓私自變動熱料倉配比。堆料廠應該硬化處理，對不同規格的集料應嚴格分開堆放，采取可靠措施，避免不同規格的集料堆交錯，避免人為增大集料變異性。各種細集料都應分別搭蓬保護，防止雨淋。嚴格混合料生產、拌和、施工各環節的管理和監控，合理的安排施工工序，盡量減少各環節產生的不均勻現象，保證路面的施工質量。

2.7 中央分隔帶防水措施 中央分隔帶為粉砂土，由于粉砂土本身的特性，毛細水較為活躍，雨雪水、綠化澆水等容易從中央分隔帶側面侵入路面結構層界面間，因此砂土段中央分隔帶防水措施非常重要。

3 結束語

影響公路產生水損害的原因是多方面的，有設計、施工、管理等方面的原因，也有防排水設計、路面材料、路面結構設計等原因，還有許多業主或施工單位容易忽視集料的品質以及路面的壓實標準對路面產生早期水損害的影響，從而出現過分追求平整度，放松壓實度的現象。本文從綜合各方面對路面早期水損害進行原因分析，并介紹水害的防治措施，建議公路建設方、設計方、施工方嚴格對公路建設過程的各環節進行監控，有效地防止高速公路路面早期水損害。