瀝青路面水損害的因素分析及預防對策

張偉國，杜惠榮

(濰坊市公路勘察設計院，山東 濰坊 201031)

瀝青路面水損害的因素分析及預防對策

張偉國，杜惠榮

(濰坊市公路勘察設計院，山東 濰坊 201031)

分析了瀝青路面水損害的主要病害存在形式和特征，并總結了造成瀝青路面水損害的主要機理和影響因素，說明：降雨是水損害的直接原因，瀝青混合料材料本身特性是內在因素，而車輛荷載作用是病害形成的直接誘因。為了進一步降低瀝青路面水損害的發生，提高瀝青路面結構的長期使用性能和行車安全性能，可以從優化路面排水設計和改善瀝青混合料材料選擇兩個方面進行預防。

瀝青；路面工程；水損害；因素分析；預防對策

0 引言

瀝青路面因其行車噪聲小、抗老化、耐高溫和平整度易控制等優點，在我國道路工程建設中廣泛應用。然而，隨著我國經濟快速增長，交通基礎設施大力發展，早年建設的道路工程廣泛面臨大面積交通流和重載貨車作用，部分已經出現嚴重的病害，其中，水損害是瀝青路面典型病害型式，直接影響了車輛的行車安全和道路使用的長期性能[1]。

水損害是瀝青路面結構在水的誘因下，出現路面材料的退化、結構的損傷破壞等現象，水損害在溫暖潮濕區域特別顯著，因水損害進一步引發的路面沉陷、橋頭跳車、坑蝕等病害，進一步對道路與交通安全造成影響[2,3]。論文將系統分析瀝青路面水損害的主要存在型式和特性，并剖析造成水損害的機理，厘清水損害的主要影響因素和影響特征，最后，提出降低瀝青路面水損害的預防措施，提升瀝青路面的運營質量。

1 瀝青路面水損害存在型式和特性

瀝青路面水損害根據其程度和發展，主要存在型式是路面麻面、唧漿和唧泥、松散和坑槽。

1.1 路面麻面

壓實的瀝青路面不可避免存在部分孔隙，當自由水停留在孔隙中時，水中富含的化學物質一方面與瀝青混合料發生微弱的相互作用，降低瀝青的力學強度和粘度，另一方面自由水的存在會鼓障孔隙，降低了瀝青混合料之間的粘結性能。如此，在外界車輛作用下就會出現路面掉粒、剝離和麻面等病害，這些病害還僅僅是發生在路面層，損害主要是在路面層，見圖1。

圖1 瀝青路面的麻面病害

1.2 唧漿和唧泥

隨著瀝青麻面的產生，當自由水進一步投入表面層而滯留在內部層時，在水與瀝青混合料長期的作用及外界車輛作用下，瀝青路面內部的結構粘性越來越差，會發生從內而外的剝落和形變，路面麻面會進一步演化為肉眼可見的網狀裂縫和龜裂病害，見圖2。

圖2 瀝青路面網狀裂縫及唧漿

而外部灰層及雨水在裂縫間的停留，加上裂縫的出現破壞了瀝青混合料的粘結，瀝青本身的材料與裂縫水的作用，再加上外界車轍和疲勞作用，裂縫處出現泥漿，而這些物質的出現進一步漲大裂縫，使得裂縫更加顯著，出現唧漿和唧泥病害特征。

1.3 松散和坑槽

隨著唧漿和網狀裂縫的擴展，區域內的瀝青路面已經失去了整體的協同受力特性，在車輛作用下會出現路面沉陷、坑槽和顯著的松散，這些病害顯著地導致行車不穩定，甚至引發交通安全事故。快速行車下，甚至部分瀝青顆粒被拖出來，導致瀝青與集料之間的粘附效應急劇下降甚至完全消失，見圖3。

圖3 瀝青路面松散和坑槽病害

2 瀝青路面水損害因素分析

水作用下瀝青路面的損害的根源是：水作用下瀝青與集料之間的粘結平衡被打破，導致其整體性差，在外界車輛和環境作用下，瀝青路面才會發生破壞而呈現出病害。

2.1 水損害的粘結機理

瀝青的破壞從微觀角度，就是外界作用力打破了瀝青與集料的粘結效應，導致骨料和瀝青剝離。雖然瀝青和骨料的粘結粘附機理至今尚無法用一個簡單的理論進行闡述，但總體而言，以分子力為主導的機械性粘附、以化學活性分子為主導的化學粘附、以表面能量作用吸附或者分子極性理論等，都是認為存在內在作用機制使得瀝青和骨料在一定受力程度下能夠完整地保護好其整體性和變形性能。多數研究表明，瀝青與骨料之間的粘結力可以通過穩定性試驗、抗拉強度試驗或者彈性模量試驗測取，且粘結力與瀝青膜厚度高度相關[4]。

水損害的基本機理是：自由水通過侵入瀝青膜或者水中化學物質與瀝青膜進行作用反應，降低了瀝青膜的厚度和性質，導致瀝青與骨料之間的連接性能受到影響，大大削弱其粘結力。這樣，在車輛荷載的外界機械作用下，當粘結力尚不能抵抗外界作用力，就會發生瀝青與骨料的相對變形，產生縫隙。縫隙在水的作用下，其周圍介質的粘結力進一步降低，導致縫隙變大，路面瀝青結構受到破壞。

2.2 水損害影響因素分析

根據瀝青水損害的機理，可以明確，影響瀝青水損害的基本因素包括：交通荷載等級、降雨量、設計材料和施工質量四個方面。

（1）交通荷載等級

交通荷載是導致瀝青路面結構的最主要外因，車輛對于路面的作用不僅包含豎向的彎曲效應，還有豎向剪切、縱向剪切效應，導致路面彎曲、車轍等，這些作用都是對瀝青與骨料粘結作用的考驗。根據道路損傷的累積準則，小噸位的車輛對于瀝青的損傷貢獻不大，而大噸位大軸載的車輛作用下，瀝青路面的損傷累積呈現指數增長，非常顯著，這也是目前多數道路結構的病害源自于大比例超載重車的運營。

水損害中，自由水傾入瀝青縫隙或者膜中，當車輪作用時，產生很大的擠壓力；當車輪駛離該作用位置時，產生很強的抽吸力。這種循環作用，將滯留在基層和面層孔隙中的水擠出表面，從而初始瀝青與骨料的粘結位置發生重組，這樣就降低了粘結力，導致骨料脫落、局部松散甚至破壞。

（2）降雨量

水損害的根源是自由水進入瀝青結構層，如果雨水在路面停留的時間越長，自由水傾入的機會就越大，滲入量也越大，容易在瀝青和集料之間以水汽或者水膜型式存在，從而產生水損害。因而，降雨是水損害的直接誘因，根據資料調研和文獻記錄，我國西南多雨的潮濕區域，其瀝青混凝土路面的水損害現象會顯著大于北方干旱區域。

（3）設計材料性能

瀝青路面的使用材料，是影響瀝青力學性能的根本，也是決定其物理性質的關鍵。采用級配良好的瀝青混合料，施工完成后孔隙率較低，且若摻入防水性質好的材料，可以降低雨水的侵入，提高瀝青路面的水穩定性。設計表明，當瀝青路面的孔隙率低于4%時水滲透的概率很小，路面水穩定性好；當孔隙率超過6%時，則很容易產生水損害現象[5]。

（4）路面施工質量

施工質量對路面使用性能具有重要影響，特別是我國早先建設的道路結構，以及鄉村道路結構，路面的施工質量不注重，施工過程不規范，導致路面成型質量差，也會加大水損害的概率。因此，施工過程中，一方面需要嚴格按照瀝青路面的施工順序進行，另一方面要保障瀝青壓實度和孔隙率，保障質量。

3 水損害預防對策

根據瀝青路面水損害的基本原理和影響因素，可以從優化路面排水設計和提高瀝青混合料設計質量兩個方面進行改善。

3.1 優化路面排水設計

降雨過程中，雨水作用于路面層，其滲流途徑主要有三種：（1）直接通過道路路面滲流，路面基層設有滲流排放；（2）通過路面斜坡將水流集散到兩邊排水溝進行排水，這種排水方式需要設置雙向的橫坡，也可以采用單向橫坡將水流集中到一側排放；（3）通過中央分離帶進行排水，可以設置向內側的橫坡，將水流集中到中央分離帶進行排放。圖4是典型瀝青混凝土路面的排水滲流路徑，所采用的瀝青面層具有部分排水特性。

圖4 典型瀝青路面排水滲流路徑

進行路面排水設計，需要遵循如下設計原則：第一，道路路基與路面連接層，需要保證具有一定的橫向坡度，方便路面滲水順暢排除，通過孔隙水流傳遞排放到兩側的盲溝或者排水渠道中。同時，還需要在路面與路基連接部位做好防水處理，可采用乳化瀝青下封，使得縫隙向下滲透的水流沿封層表面向兩側道路邊緣排除。第二，設置排水層，在雨流較為豐富區域，可以考慮將排水層設置在路面結構內部，使得滲入路面的水流經過排水層有效排除。排水層的設計應不妨礙道路的基本功能，同時需要對排水層下部進行防水處理，避免路面滲水進入路基結構中。排水層的設置同樣需要一定的橫向坡度，以方便水流的順利排出，排水層選擇透水性好的粒料材料效果更佳，例如砂、礦渣和碎石等，這些材料一方面促進路面水的排除，另一方面還可以防止路基地下毛細水的向上蒸發，使得路面結構保持干燥，增強其行車性能。

3.2 優化瀝青路面材料設計

根據水損害的機理，容易造成水損害的主要是瀝青混合料里面的酸性物質如二氧化硅，以及吸附性差和吸水性強的集料。因此，建議采用堿性骨料作為瀝青混合料，同時設計良好的顆粒級配，保證集料本身的性能。

其次，瀝青與集料之間的粘結性是抵抗水損害的重要因素，粘性越好，水損害的可能性越低。瀝青與混合料之間的粘性與煉制瀝青的原油相關，我國大部分煉制瀝青的是采用環烷基原油，這種原油雖然煉制瀝青含量高，但粘性卻較差，不適合高等級道路路面的建設。另外，在選擇瀝青稠度時，采用針入度小的瀝青往往粘度較大，有利于水穩定性。

4 結 論

水損害一直是瀝青道路路面的主要病害型式，特別是多雨潮濕地區。論文分析了水損害的主要存在類型和特性，從病害的程度主要是路面麻面、唧漿和唧泥、松散和坑槽，這些病害也說明了水損害的發展過程。其次，系統歸納了水損害的產生機制和影響因素，最后提出了從優化路面排水設計和優化瀝青材料選擇兩個方面，進行水損害的預防管理。以保障瀝青路面的使用安全性和長期性。

[1]王鑫.瀝青混凝土路面病害分析及防治[J].公路交通科技(應用技術版),2016(1):132-135.

[2]丁天銳.瀝青混凝土路面水損害的分析與預防對策[J].公路交通科技(應用技術版),2014(8):16.

[3]陳成,冷鵬.瀝青混凝土路面水損病害原因及防治策略[J].交通科技,2014(6):76-78.

[4]任毅，李宇峙.一種新型的瀝青路面水損害特征分析及處治對策[J].華東公路,2008(1):8-10.

[5]侯偉.瀝青路面水損害成因分析與防治對策[J].北方交通,2010(7): 29-31.

U416.217

B

1009-7716（2017）03-0046-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.03.013

2016-12-13

張偉國（1966-），男，山東濰坊人，高級工程師，從事路橋設計工作。