對(duì)瀝青路面水損害早期破壞的認(rèn)識(shí)

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1 加強(qiáng)對(duì)公路瀝青路面水損害認(rèn)識(shí)的意義

我國(guó)公路損壞的重要原因之一就是水損害。水損害的特征比較明顯，一是存在瀝青泛油現(xiàn)象，且具有明顯的車轍及推移變形現(xiàn)象;二是公路瀝青面層的下層出現(xiàn)油石分離的情況，這種情況大多存在于超載超限車輛過(guò)多的路段及車道上。我國(guó)水損害發(fā)生的范圍較大，在全國(guó)普遍存在，是一個(gè)比較難處理的問(wèn)題。

我國(guó)現(xiàn)階段正處在一個(gè)公路建設(shè)的快速發(fā)展時(shí)期，加強(qiáng)對(duì)瀝青砼路面水損害的認(rèn)識(shí)，其意義非常重大，對(duì)于我們的公路建設(shè)具有以下幾個(gè)方面的積極作用:(1)認(rèn)識(shí)到瀝青路面的水損害有利于今后公路瀝青路面質(zhì)量的提高和改善，進(jìn)一步延長(zhǎng)公路的使用年限，從而降低維護(hù)成本，加強(qiáng)公路的服務(wù)性和經(jīng)濟(jì)效益;(2)提高地產(chǎn)材料在公路建設(shè)中的使用，諸如酸堿性石料和瀝青的有效利用，可以進(jìn)一步降低公路的造價(jià);(3)推進(jìn)發(fā)展當(dāng)前的公路瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)理論研究，推動(dòng)公路進(jìn)一步適應(yīng)重型車輛交通環(huán)境，進(jìn)一步加強(qiáng)公路質(zhì)量控制。

2 對(duì)瀝青路面水損害的認(rèn)識(shí)

瀝青路面水損害的直接原因就是水分進(jìn)入了瀝青路面的結(jié)構(gòu)層內(nèi)，浸入了礦質(zhì)集料，在后續(xù)的物理和化學(xué)作用下造成了瀝青路面的損壞。同時(shí)由于瀝青與石料的結(jié)合力遭到破壞，加之后期車輛的反復(fù)碾壓和揉搓作用，使得路面很快就出現(xiàn)損害現(xiàn)象。

除了瀝青路面遭受水損害的直接破壞原因外，還有一些間接原因，其中包括以下幾個(gè)方面:

(1)采用的石料與瀝青沒(méi)有足夠的裹覆能力，由于集料與瀝青之間的結(jié)合力是影響公路路面壽命的一個(gè)重要原因，所以其結(jié)合力如果不強(qiáng)，極易導(dǎo)致路面產(chǎn)生水損害。通過(guò)現(xiàn)有的研究資料可以知道當(dāng)前影響集料與瀝青之間聯(lián)合力的因素有:瀝青與集料的表面張力;瀝青與集料的化學(xué)成分;瀝青的粘度;集料的表面紋理，集料具有多孔性的特點(diǎn);集料的清潔程度;集料的含水量和與瀝青的拌合溫度［1］。

瀝青與集料的聯(lián)結(jié)力可以通過(guò)四種理論來(lái)進(jìn)行解釋其原理，四種理論分別是:①力學(xué)特性。聯(lián)結(jié)力主要依賴集料的物理特性，諸如其表面的紋理特性，多孔性以及其表面的吸附功能，還有表面積尺寸等。大多數(shù)表面吸附力強(qiáng)的集料具有的聯(lián)結(jié)力也更強(qiáng)。②化學(xué)反應(yīng)。由于瀝青與集料里的化學(xué)成分進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，就可以形成更大的聯(lián)結(jié)力，一般來(lái)說(shuō)堿性石料與瀝青具有更大的聯(lián)結(jié)力。③表面能理論。通過(guò)瀝青與集料以及水間的表面能來(lái)解釋聯(lián)結(jié)力的來(lái)源。④分子定向和排列。集料表面存在的化合物與電荷具有其重要作用，當(dāng)在其表面存在不平衡的電荷時(shí)，一種表面能就在集料表面形成，經(jīng)過(guò)諸如液態(tài)物質(zhì)的包裹，則會(huì)將這種電荷進(jìn)行中和，也就形成了穩(wěn)定的表面能，也就形成了非常強(qiáng)的聯(lián)結(jié)力。

在公路修筑時(shí)，我們一般會(huì)遵循石料就地取材的原則，但這也與合理選擇集料的原則是相互矛盾的，如何解決這一矛盾，需提出大量的技術(shù)措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)。在實(shí)際施工中消石灰和抗剝落劑的使用是最為常見(jiàn)的。國(guó)內(nèi)以加抗剝落劑最為常見(jiàn)，但由于沒(méi)有使用性能的系統(tǒng)評(píng)價(jià)，同時(shí)缺乏不同環(huán)境與交通條件的相關(guān)的評(píng)價(jià)體系，從當(dāng)前公路的應(yīng)用情況看，這種效果似乎還不夠理想，公路的使用年限并沒(méi)有得到有效的改善。當(dāng)前也在進(jìn)行一些新型的抗剝落劑的研發(fā)，正逐步在實(shí)際施工中進(jìn)行推廣，例如改性瀝青和橡膠乳液裹覆等。

集料與瀝青的裹覆力是一個(gè)路面壓實(shí)強(qiáng)度的指標(biāo)，測(cè)定聯(lián)結(jié)力當(dāng)前還沒(méi)有這樣的能力，只能間接地來(lái)通過(guò)內(nèi)聚力來(lái)對(duì)聯(lián)結(jié)力進(jìn)行相關(guān)描述。通過(guò)進(jìn)行穩(wěn)定度的試驗(yàn)以及相關(guān)的拉伸試驗(yàn)進(jìn)行混合料內(nèi)聚力的測(cè)量。

(2)瀝青路面過(guò)度追求平整度或者是存在較大的混合料空隙，這樣就可能過(guò)多的犧牲路面的密實(shí)度，造成路面的壓實(shí)度不夠，導(dǎo)致了路面空隙率過(guò)大。同時(shí)在進(jìn)行路面攤鋪過(guò)程中，混合料如果出現(xiàn)過(guò)多的離析，路面就會(huì)出現(xiàn)空隙率過(guò)大的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致透水現(xiàn)象的出現(xiàn)［2］。

通過(guò)大量研究發(fā)現(xiàn)，空隙過(guò)大是瀝青混合料具有過(guò)大水敏感性的重要原因。進(jìn)行定性和定量的研究才是一個(gè)理想狀態(tài)的研究。不同的集料級(jí)配具有不同的空隙率，其對(duì)于水的敏感程度也是大不一樣的。目前進(jìn)行空隙率的測(cè)試方法主要有體積法和水中重法，但也僅能對(duì)空隙的量進(jìn)行測(cè)定，難以給出空隙大小及形態(tài)，連空隙分布的情況也難以給出。因此，可以說(shuō)現(xiàn)在的空隙率數(shù)值僅說(shuō)明瀝青混合料水穩(wěn)定性的一個(gè)平均狀態(tài)。從概率的角度分析，只有大約一半的保證率。但是如果空隙率分布不均勻超過(guò)4%就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。

通過(guò)空隙率-滲透關(guān)系研究指出，這之間并不是簡(jiǎn)單的直線關(guān)系那么簡(jiǎn)單。空隙率低于4%的混合料可以保證幾乎不透水，但是空隙超過(guò)15%也是一個(gè)難以出現(xiàn)水損害的。這是因?yàn)樗诶锩婵梢钥焖倭鞒觯焕谒譁簦沁@兩個(gè)臨界數(shù)值間卻是容易出現(xiàn)水損害的情況。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)空隙率臨界值進(jìn)行定量研究，選取三組混合料，其空隙率分別是4%、8%、30%，在飽水狀態(tài)下，進(jìn)行了多達(dá)20次的循環(huán)操作，再進(jìn)行水敏感性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，空隙率為4%的一組混合料沒(méi)有發(fā)生透水，沒(méi)有水損害產(chǎn)生;空隙率為30%的一組混合料完全透水，水損害情況輕微;而處于空隙率為8%的一組混合料，則出現(xiàn)了嚴(yán)重的水損害現(xiàn)象，這也從試驗(yàn)上驗(yàn)證了空隙率對(duì)水損害的嚴(yán)重程度影響，說(shuō)明僅通過(guò)混合料持水指標(biāo)進(jìn)行分析水損害這一方法是可取的。

(3)對(duì)瀝青路面的水損害進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，當(dāng)前的試驗(yàn)方法還不能實(shí)現(xiàn)。結(jié)合路面的實(shí)際情況與使用功能，通過(guò)相關(guān)聯(lián)系來(lái)進(jìn)行路面材料的設(shè)計(jì)進(jìn)行水損害的預(yù)防措施。

從以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，將瀝青混合料進(jìn)行浸水試驗(yàn)后，水損害在攤鋪后很短時(shí)間內(nèi)就能出現(xiàn)，通過(guò)當(dāng)前的試驗(yàn)方法來(lái)評(píng)價(jià)混合料剝落措施的效果，還是比較理想的。不過(guò)在來(lái)年的雨季極易容易出現(xiàn)大量的水損害情況，也就容易使人對(duì)當(dāng)前的方法和試驗(yàn)造成不信任。

當(dāng)前用于混合料水敏感性和裹覆能力及抗剝落的試驗(yàn)方法有:水煮法:通過(guò)利用沸水對(duì)混合料進(jìn)行沸煮，得到混合料顆粒上瀝青膜的殘存情況，可以對(duì)瀝青與集料的聯(lián)結(jié)力進(jìn)行評(píng)價(jià)，還可以看出其裹覆能力。這樣的同類型辦法還有動(dòng)力水浸法和水浸法，但是此種方法易受到人的主觀意識(shí)影響。殘存強(qiáng)度法:取兩份試驗(yàn)樣品，對(duì)其中一組進(jìn)行常規(guī)的抗壓、抗拉強(qiáng)度及模量和穩(wěn)定度測(cè)定，另一個(gè)則先浸入水中，然后再進(jìn)行第一組的同種試驗(yàn)，得出殘存強(qiáng)度，將兩組的試驗(yàn)的強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行比值的計(jì)算，得出比值，可以當(dāng)作瀝青混合料的水穩(wěn)定性指標(biāo)。我國(guó)在這方面的規(guī)范是一般瀝青混凝土殘留穩(wěn)定度要高于75%，劈裂殘余強(qiáng)度要高于70%，改性瀝青混凝土殘留穩(wěn)定度比要高于80%，劈裂殘余強(qiáng)度比和改性瀝青混凝土殘留穩(wěn)定度比一樣要求標(biāo)準(zhǔn)。

(4)超載和重大交通壓力的作用。通過(guò)實(shí)際的觀察可以發(fā)現(xiàn)，一般的水損害均發(fā)生在路面重車行駛方向的車道上。在公路上我們會(huì)經(jīng)常看到超車道良好，而行車道路面則壓痕較重，積水現(xiàn)象嚴(yán)重，這顯然是由于重載車輛對(duì)路面產(chǎn)生了較大的作用。過(guò)大的車輛壓力，加之車輛的反復(fù)擠壓和揉搓作用，導(dǎo)致瀝青與集料聯(lián)結(jié)力遭到破壞，使路面損壞，從而引起水損害。

3 瀝青路面水損害的應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)前對(duì)于瀝青路面的水損害還沒(méi)有最終的定量研究，但是定性的試驗(yàn)結(jié)果表明，可以就水損害的一些基本原因有針對(duì)性的制定相關(guān)措施予以應(yīng)對(duì):(1)嚴(yán)格控制瀝青混凝土的空隙率，將其控制在4%左右為佳。(2)選擇的集料要與瀝青應(yīng)具有良好的黏附性，這樣就可以盡可能的防止剝落現(xiàn)象的出現(xiàn)，在有條件的公路工程施工時(shí)鼓勵(lì)使用橡膠乳液處理等新技術(shù)、新工藝，或者直接使用改性瀝青增強(qiáng)聯(lián)結(jié)力。(3)做好瀝青砼路面的排水工作，防止水分進(jìn)入路面空隙。特別是針對(duì)設(shè)置中央分隔帶及兩側(cè)綠化帶較高的公路，必須設(shè)置專門(mén)的排水系統(tǒng)，確保強(qiáng)降雨后，積水能及時(shí)有效的排出道路外，不滲入路面結(jié)構(gòu)層，形成水損害。(4)嚴(yán)格查處超載超限車輛，防止超載超限車輛對(duì)路面的過(guò)度碾壓，導(dǎo)致集料與瀝青剝離。

4 小結(jié)

通過(guò)本文的介紹對(duì)瀝青路面的水損害原因及大體機(jī)理都有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，并根據(jù)這些形成原因有針對(duì)性的提出了改善措施，盡量避免今后公路施工中水損害帶來(lái)的危害。

［1］王端宜，鄒桂蓮，韓傳岱．對(duì)瀝青路面水損害早期破壞的認(rèn)識(shí)［J］．東北公路，2001(1)．

［2］汪法仁．解決高速公路瀝青路面水損害早期損壞的技術(shù)途徑［J］．城市道橋與防洪，2008(8)．