瀝青路面水損害機理及防護對策的研究

王明剛

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶市 401121）

0 引言

瀝青路面擁有良好的彈塑性變形能力、高度的低噪音和減震性、揚塵少以及維修方便簡單等優點，從而大規模地運用在我國高等級道路。在道路建設中，如何在不同的階段延長瀝青路面的使用壽命，減少各種要素的破壞，應該成為主要探討的問題。

瀝青路面破壞的主要表現形式為低溫開裂、車轍和疲勞開裂，以及材料的松散、析油、脫落、網裂、澗坑、唧漿等，這些損害的原因都與水相關聯，統稱為水損害。水損害是在有水的情況下，瀝青路面在溫度荷載和行車荷載，加之熱脹冷縮的作用下，水滲透進瀝青和集料的界面，因而引發瀝青的粘著性和集料的黏附性下降，使瀝青膜與集料表面逐漸剝離[1]。本文在總結前人研究的基礎上，從水對瀝青路面損害的原理入手，分析其破壞的實質，從而在設計、選材、施工方面提出防護借鑒措施。

1 水損害機理

在自然降雨過程中，一部分雨水慢慢從瀝青路面表層的縫隙滲入。隨著滲入的水越來越多，逐漸包裹在瀝青-集料聚團周圍，在空隙水壓力下，進入瀝青與集料的結合部，導致瀝青與集料分離，使瀝青失去黏聚力[2]。水損害常見過程如圖1所示。

圖1 水損害過程

靜水損壞和動水損壞是水對瀝青混合料產生破壞的兩個主要方面[3]。靜水損壞是指滲入瀝青間隙的水與瀝青發生復雜的化學反應，導致瀝青逐漸軟化和剝落，骨料失去黏結，但靜水損害發展的速率一般較慢。動水損壞是指滲入瀝青間隙的水經受快速行車荷載的沖壓而形成高速水流，對混合料產生沖刷，從而使瀝青混合料分離，主要是物理作用。動水損壞會加速靜水損壞，而靜水損害進一步給高速水流留下空間，兩者相互促進。瀝青路面的水損害是靜水損壞和動水損壞一起共同作用的結果[4]。

2 水損害產生原因分析

2.1 瀝青面層水分進入

水是最直接的原因。瀝青路面在施工后遭到破壞，主要是因為水分進入瀝青面層，并且滯留在各個層間。在動水壓力的作用下，瀝青碎石和基層受到連續沖刷，導致瀝青膜脫落和基層表面離散，最終形成凹陷的路面損壞。

瀝青面層滲水系數與水損害的影響直接相關[5]。不同路面類型實際工程應用情況的數據表明，當瀝青路面的滲水系數平均值小于10 m L/min時，路面較密實，基本不存在水損害的問題；當瀝青路面的滲水系數平均值大于50m L/min時，路面很可能出現由滲水產生的早期病害[6]；而當瀝青路面的滲水系數平均值大于 2 000m L/min時，滲入瀝青路面的水可以在面層內自由流動，可以排走，也不會出現水損害問題。因此只有當孔隙率介于中間值時，瀝青面層可以滲入相當量的水分，同時無法排除，停滯在面層內，產生水損害。

路面橫坡缺乏平整度時，比較容易導致自然降水在道路表面的集聚。在透水性圧力的作用下，路面材料并不完全不透水，且由于行車荷載的動水壓力作用，進而導致水分慢慢滲入路面結構內部。如果在挖方區間施工時，地下水位在路基兩側較高，那么路面的積水就很容易通過巖層裂隙自下而上滲入路面結構的內部，從而導致挖方路段水損害嚴重，而填方路段的水損害較輕。分析其中最主要的原因是挖方將山間土體破壞，進而土體水力失穩，平衡路基下方的水壓力提高，開始向上涌水，水資源充足的地方這種現象更嚴重。挖方區間路段的邊溝幾乎都是漿砌片石，造成路堤內的水無法滲透，路基下部的水沒有通道，這種因道路路基建設而產生的損害無法避免。瀝青路面內部因為有水，若是一直保留而不排出的話，那將對道路造成更大的危害。

2.2 設計重視不夠

在道路設計理念中，比較重視的是路基和路界地表范圍內排水，采取了如橫縱面找坡，設置暗溝、明溝，做面層基層防水隔離層等措施[7]。但對于路面結構，其內部的排水設計通常沒能引起重視，甚至不曾考慮。而瀝青路面水損害的主要原因之一就是路面結構內部的排水不順暢。

2.3 公路所處地區的其他情況

其他情況包括公路所處區域的降水量、交通流量、車輛超限超載情況。南方大多地區降雨頻繁，相比其他半干旱地區，瀝青路面的水損害更為嚴重。動水壓力和通行車輛速度關系成正比，速度越塊，車輛越重，路面破壞越大。交通量過大，遠遠超出了道路實際設計要求的承載能力，路面常常處于疲勞的承載階段，路面應力應變增大，加劇了水從路面的滲透，引起路面內部水壓力的擴大，從而造成水損害。

3 水損害防護對策

3.1 設計過程中的防護

水是水損害的必要條件。通過合理的設計、施工等，使路面具有良好的排水系統，結構層的自由水能夠順利排除，以至于減少水損害。我國的大部分高速公路面層是三層式瀝青混凝土結構，為使面層的摩擦力增大，通常使用孔隙率較大的中粒式瀝青混凝土，這種設計所占比重較大時，一些路面的積水就有機會通過孔結構向路面基層及土基滲透，致使路面強度下降。為避免這種情況發生，采用在基層基頂面加鋪一層瀝青封層，并擴大延伸至與路肩排水處相結合，這樣就不會讓滲入的水集聚在瀝青面層內，避免路面強度下降，從而減輕水損害。因此在設計超高區間路面、路槽及路層的排水時，需要認真斟酌。

3.2 基層抗沖刷的改善

（1）影響基層抗沖刷因素有：壓實度、水泥劑量、級配、養生條件。

（2）采取的措施：除了要避免水進入路面結構層，還應注意水從其他路徑進入瀝青面層內部。例如瀝青面層與路緣石接觸部位必須采取防水封閉措施，同時也可以在面層之間設置封層，用來阻止水向下滲透。用水泥穩定料做基層時，應限制集料中小于0.075mm的顆粒不超過5%[8]。

3.3 完善中央分隔帶排水系統

道路中央建有綠化帶時，對于傳統的凸性中央分隔帶，不能將全部的積水排出路面時，可在中央分隔帶底部以及路面兩端部分，在基礎上涂抹2 cm厚度的水泥砂漿，然后鋪上防滲土工布；同時在分隔帶底部橫向安裝寬排水溝、縱向安裝碎石盲溝，使其共同承擔中央分隔帶的排水作用；在碎石盲溝內預先埋設軟式透水管，每隔60 cm設置1個集水槽，從而使集水槽中滲入的積水通過管道排出路基之外，大大減少水損害的發生[9]。近幾年隨著中央分隔帶硬隔離設施的推廣與應用，以往所設計的中央分隔帶造成的水損害也在逐漸消除。

3.4 施工過程的控制

（1）就我國石料廠現狀來看，尚未形成專業的石子產業鏈，難以出產高質量的石料，致使瀝青路面集料的級配往往不合理。所以，合理的混合料級配，需要在石料廠加工方面進一步規范化，加強管理力度，以便生產出級配合理的石子。

（2）瀝青路面圧實度反映道路的壓實程度，實踐中最后指標體現在現場空隙率。在保證合理平整度的情況下，現場的空隙率需要受到嚴格控制，必要時可使用改性瀝青材料，從而提高瀝青路面壓實度，使混合料在溫度較高時能進入碎石縫隙中，形成良好的隔膜效果。在機器的碾壓下，瀝青混凝土路表面的白碎石轉化為瀝青碎石，嵌入瀝青面層之中并形成整體。通過現有的工程實例，路面圧實度在95%時，現場的空隙率可控制在8%左右，此時水損害較小[10]。

（3）離析的類型主要是集料離析和溫度離析兩類，需要嚴格控制集料的生產和使用流程，特別要在拌和、裝卸、運輸過程中運用正確的方法，以有效避免離析的發生；同時要做好車輛內部的保溫工作，減少因溫度過高發生的離析現象。具體注意要點：①冷料倉產生的離析防治。必須對鏟車上料速度進行控制，使料位維持在合適的位置。②熱料倉產生的離析。③攪拌器產生的離析。

4 問題及對策

4.1 提出問題

對于瀝青路面水損害，如何結合材料的選擇，進而增強路面的性能。

4.2 解決方案

（1）采用安全性較高的密實型瀝青混凝土。在經濟狀況允許的情況下，采用S M A材料，就能很好地提高路面結構的抗水損害能力。

（2）有效提高瀝青混凝土壓實度。所采用的面層瀝青混凝土壓實度是針對實驗室內馬歇爾試件標準密度的，而最后以現場空隙率作為反映瀝青混凝土路面密實程度的指標。因此需要提高壓實度，除此之外，空隙率也應作為標準之一。

（3）改善瀝青與集料間的黏結度。我國當前多使用的石料是輝緑巖、安山巖、砂巖等，通過黏結度的試驗表明，這些石料與瀝青的黏附性較差，無法滿足相應的技術要求，需要應用抗剝落措施，進行黏附性的改善才可以使用。添加的抗剝落劑主要包括胺類抗剝落劑、水泥、消石灰粉等，可以作為抗剝落措施應用。

5 結語

水損害作為瀝青路面主要危害，提前防護應從基本原理入手，結合現場勘察，合理設計，恰當選擇路面材料，正確管控施工過程。上述過程對于緩解瀝青路面水損害等早期的病害現象有顯著促進作用，可以提高路面使用壽命，具有良好的環保價值和經濟效益。