瀝青路面水損害研究和現有評價方法

摘要：瀝青路面使用中所發生的水損害涉及多方面的因素，至今許多問題仍沒有令人滿意的解決方案，因此還需進行不斷的研究，對瀝青路面水損害的產生、影響瀝青混合料抗水損害性能的因素以及現有的各種瀝青混合料抗水損害性能的評價方法進行一定對比和分析.

關鍵詞：瀝青混合料；水損害；評價方法

1 引言

由于瀝青路面使用中所發生水損害涉及因素很多，至今許多問題都沒有得到令人滿意答案，因此依然在進行不斷研究.具體研究方向主要體現在瀝青路面水損害的產生和作用機理；影響瀝青混合料抗水損害性能各種因素；瀝青混合料抗水損害性能評價方法；現對瀝青路面水損害產生、影響瀝青混合料抗水損害性能各種因素以及現有各種瀝青混合料抗水損害性能評價方法進行一定分析.

2 瀝青路面水損害產生和作用機理

對于瀝青路面的水損害機理一般可歸結為：瀝青與集料粘結力損失導致兩者的剝離；瀝青粘結力下降導致瀝青混凝土強度損失；集料內部顆粒水膨脹導致瀝青混凝土整體性破壞.瀝青膜從集料表面剝落是造成瀝青路面水損害的最主要原因.對于剝落機理的認識一般分為以下的三個方面：集料表面的紋理特征、有水存在時在瀝青粘結料與集料接觸面之間的物理化學偶合反應、集料表面的雜質及水分使其不能與瀝青完全粘結.也有研究將瀝青混合料剝落分為五種基本類型：瀝青粘結料在水作用下乳化、集料表面的瀝青蛻皮、水對集料表面瀝青粘結膜的置換、在集料銳利棱邊及棱角處瀝青粘結膜的破裂和空隙動水壓力的侵蝕剝落.對瀝青膜剝落的過程，美國瀝青協會則進行了更為深入的研究，把瀝青膜的剝落機理歸納為撕裂、置換、瞬間乳化、間隙壓力、水力沖刷等幾種情況.

3 影響瀝青混合料抗水損害性能因素

瀝青膜從集料表面剝落是造成瀝青路面水損害的最主要原因，而導致瀝青剝落這一結果的影響因素主要有以下幾方面：

瀝青性質：由于在粘性大的瀝青中存在較多的極性物質，并對集料具有良好的浸潤性，所以粘性大的瀝青與集料粘附性能好，其抗剝落能力較粘性小的瀝青強，所拌和的瀝青混合料具有更好的水穩定性.

集料的性質：集料是由礦物質組成的，而每種礦物均有其獨特的化學性質和晶體結構.就剝落而言，關鍵在于集料性質是親水的還是憎水的.對于親水性集料，其對水的吸附能力比瀝青大，集料表面的瀝青膜容易被水置換，而憎水性集料則恰好相反.通常親水性集料有較高的硅質含量，顯酸性，而憎水性集料硅質含量低，呈堿性.因此酸性集料與瀝青的粘附性不如堿性集料好且酸性越大，與瀝青粘附性越差.集料的酸堿性是按其所含SiO2含量來確定的，SiO2含量越高，集料酸性越強.

瀝青混合料許多性能都與其孔隙率息息相關，透水性也不例外，孔隙率大小直接關系到瀝青路面的透水性.根據Zube對密級配瀝青混合料孔隙率與透水性的研究以及Brown和Collins等在喬治亞州對離析混合料的研究可知當瀝青路面的孔隙率在8％以下時混合料透水性很小.幾乎不透水.且此時瀝青面層中的水以薄膜水的狀態存在.在荷載作用下一般不會產生動水壓力.不容易造成水損害破壞.但是孔隙率超過8％.混合料透水系數增長就會很快，因此8％孔隙率是控制路面透水性一個臨界點.當路面實際孔隙率在8％-15％范圍內時水容易侵入面層內部．水又不易迅速排除且難以蒸發，因此水能較長時間滯留在路面內，當在荷載作用下時會產生較大孔隙水壓力并成為動水力造成瀝青混合料水損害破壞.

4 瀝青混合料抗水損害性能的評價方法

多年來，各國研究人員就水損害提出了許多評價方法和評價指標.這些方法和指標都從不同的角度反映了瀝青混合料水穩定性，各具優缺點.Saleh A1.Swailmi和Ronald L.Terrel將試驗方法大致分為兩類：

對未經壓實松散瀝青混合料在常溫或沸騰溫度下浸水一段時間后進行評價.將未經壓實松散瀝青混合料浸于水中一段時間后，主觀評價或利用儀器檢查集料裹覆瀝青膜剝蝕程度，并據此作為判定混合料水穩定性依據.以水煮法、浸水法和光電分光度法為代表.根據粗集料表面瀝青膜在一定溫度下遭受水侵蝕而產生剝離的程度來判定瀝青與礦料粘附性，具有一些共同優缺點.首先試驗都是針對粗集料與瀝青相互作用，而細集料和填充料被忽視了；除光電分光度法采用了定量的客觀評價指標外，水煮法和靜態浸水法仍采用主觀評價標準，易受人為因素影響；再次它們的評價標準都不能直接反映混合料水穩定性能.

對混合料成型試件或提取路面芯樣在水侵蝕前后某些指標進行對比客觀評價.該方法是將瀝青混合料試件或芯樣置于一定水侵蝕環境條件下，以某些物理力學指標的衰變程度來表征混合料水敏感性.馬歇爾試驗、劈裂試驗以及洛特曼方法采用了客觀指標，克服主觀指標因人而異缺點.在實驗室條件下以凍融方式模擬水侵蝕對瀝青混合料造成水損壞.該方法可以用遭受不同程度水侵蝕試件強度比來表征不同使用年限瀝青混凝土水穩定性，忽略了路面在使用過程中自然老化現象.評價內容針對瀝青路面使用初期，即未經老化的瀝青混合料抵抗水侵蝕的能力.綜上所述，試驗方法用來評價瀝青混凝土水穩定性是不全面.

SHRP研究計劃的ECS系統考慮的因素可以說是比較全面.不僅考慮飽水率控制以及同時施加動荷載，采用了SHRP研究最新成果--混合料短期老化和旋轉壓實.從理論上看ECS兼有改進洛特曼試驗和浸水輪轍試驗優點且能把混合料老化納入評價內容，彌補其他方法不足.但是Vivek Tandon等人研究認為ECS存在兩點缺陷，一是凍融循環過程造成破壞程度太低，二是回彈模量M 測量精度不足，導致其評價結果常與其他試驗方法結論存在較大差異.而UTEP研究則指出，ECS應在以下兩方面改進 ECS回彈模量測定裝置；剝落百分率及空氣、水的滲透系數自測量精度.美國科羅卡多州運輸部在將其與兩種常用方法進行研究比較后指出，ECS的方法與試驗過程在其作為常規試驗推廣之前都需要進一步改進，不過它也未考慮混合料孔隙率的變化對試驗結果的影響.

因此盡管國內外目前采用多種方法來評價瀝青混合料抗水損害性能，但是這些方法均以不同水侵蝕強度來模擬混合料不同使用階段的水敏感性能，均忽視了沿線環境、行車荷載和瀝青自然老化等因素的影響.實際上這些評價結果只能反映路面建成初期時水穩定性，路面使用中后期性能，也就是老化后的水穩定性能未能得到反映，我國當前規范也同樣未能考慮老化對水穩定性的影響.對瀝青混合料抗水損害性能的評價方法、評價指標的研究有待進一步加強.

5 結束語

伴隨著瀝青路面在我國高等級公路中廣泛使用同時，水損害現象普遍產生并成為瀝青路面主要早期病害之一.導致路面結構性破壞和使用功能降低并誘發其他病害出現，嚴重影響路面使用壽命和服務質量.本文總結分析了瀝青路面水損害產生的機理和影響瀝青混合料抗水損害性能主要因素.盡管目前國內外開展了大量的關于瀝青路面水損害機理、影響瀝青混合料抗水損害性能各種因素、防治水損害的應用性研究和瀝青混合料抗水損害性能評價方法與評價指標等方面研究，但我國瀝青路面上水損害現象依然嚴重，因此該研究方向仍有待進一步深入.

參考文獻

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