沥青路面水损害原因分析及预防措施

 随着我国高等级公路的迅速发展，沥青路面作为一种高级路面被广泛采用，然而由于交通量的不断增长，重车增多，大型货车超载严重和渠化行车的作用，给路面带来的明显的早期破坏逐渐增多。在对路面破坏现象广泛调查、统计的基础上，各国道路科研工作者通过反复分析、论证发现，沥青路面的早期破坏现象大多与水有关。“在各种类型的沥青路面早期破坏现象中，水损坏是最主要、危害最大的损坏类型”。

一、水损坏现象的类型及其作用机理

沥青路面较为普遍的水损害现象有麻面、松散、掉粒、坑洞、唧浆、网裂、辙槽等。

1.松散类：路表麻面、松散、掉粒、坑洞 

沥青面层在孔隙水压力的反复作用下，使沥青膜从集料表面剥落、混合料中的集料相互之间丧失粘结力而逐渐变软直至松垮，导致麻面、松散现象；在局部松散处，松散的集料颗粒逐渐掉粒、流失进而形成大小不一的坑洞。

2.裂缝类：唧浆、网裂、坑洞 

半刚性基层基顶结合料与从路表连通孔隙及裂缝处下渗的水混合，在行车荷载的反复作用下，产生的高速动水压力冲刷基顶形成灰浆并从裂缝中被挤压而出形成了唧浆现象；随着基层结合料的逐渐流失，面层也随着底部脱空现象的产生而形成沉陷、网裂，进而发展成坑洞。

3.变形类：辙槽

在行车荷载作用下，滞留在面层内的水使集料特别是粗集料表面裹覆的沥青膜逐渐剥落，沥青混合料强度不断损失直至完全松散。行车轮迹带下不仅出现了压缩变形现象，而且产生了严重的剪切破坏现象，轮下松散的沥青混合料向两侧挤出并鼓起，在轮迹带下形成车辙。辙槽内有时还伴随着唧浆和网裂现象。

4.冻融循环破坏

在冰冻地区或季节性冰冻地区，由于水凝聚结冰时体积增大，在沥青混合料内部会产生很大的膨胀力，致使混合料内部粘结力下降；而当其融化时，又滞留于路面层内，在行车荷载作用下加速沥青膜的剥落。在路表，冰雪融水进入沥青混合料内部，在行车荷载和冻融循环的反复作用下产生破坏。而在下面层，当基础有较多的细粒土和孔隙时，冬季特有的毛细水使水分逐渐积聚在基层顶面，春融期过饱和的水进入下面层孔隙，在荷载反复作用下产生剥落现象和基顶冲刷。 

★二、水损害的原因

1.表面产生坑洞

由于沥青混凝土的不均匀性，坑洞总是首先在局部沥青混凝土空隙率较大处产生。通常采用半开式（Ⅱ型）沥青混凝土表层时，产生的水损破坏更为严重。事实表明，只要有自由水侵入并滞留在沥青混凝土的孔隙中，不管是传统纯沥青混凝土，还是改性沥青或加抗剥落剂的SMA，在大量行车作用下，都会产生沥青剥落现象。

2.表面层和中面层同时产生坑洞以及局部表面产生网裂和变形 

当表面层和中面层都是空隙率较大的半开级配沥青混凝土，而底面层为空隙率较小的密实沥青混凝土时，降水过程中，自由水较易渗入并滞留在表面层和中面层内。当表面层是半开级配、中面层为密实式沥青混凝土时，在较长时间的降水过程中，自由水透入表面层后较长时间从中面层的薄弱处浸入中面层，并滞留在表面层和中面层内。大量快速行车使此两层沥青混凝土中部分碎石上的沥青剥落，导致表面产生网裂、形变和向外侧推挤或产生坑洞。 

3.唧浆、网裂、坑洞 

水透过沥青面层滞留在半刚性基层顶面，在大量快速行车作用下，自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表层的细料形成灰白浆。灰浆通过各种形状裂缝被行车压唧到路表面，可使路面产生网裂、变形或坑洞。

4.桥面唧浆或坑洞 

桥梁、通道等构造物以及水泥混凝土铺装层上的沥青混凝土面层相对于路基上的面层更容易产生坑洞。桥面产生坑洞也往往是先产生唧浆（白浆），接着形变、网裂和坑洞。

5.沥青面层空隙率过大产生渗水 

据资料显示：当沥青路面的空隙率小于8%时，沥青层中水在荷载作用下一般不会产生动水压力，不容易造成水损破坏。当排水性混合料的路面空隙率大于15%时，一般都采用改性沥青，且水能够在空隙中自由流动，也不容易造成水损破坏。而当路面实际空隙率在8%～15%的范围时，水容易产生较大的毛细压力成为动力水，造成沥青混合料的水损坏。 

★三、水损害的预防 

1.应该考虑如何使水不容易侵人路面结构层。例如，防止中央分隔带植草植树后水侵人路面，有的高速公路将中央分隔带封闭后，在其上摆大盆栽树是一种值得提倡的措施；防止凸型中央分隔带两侧缘石与面层沥青混凝土连接处粘结不好而透水。此外，当出现纵向和横向裂缝时应该及时封闭，防止水沿裂缝侵人结构层。为较好的防止水侵人，可以使面层的各层都采用空隙率不大于5%的密实沥青混凝土。实践表明，沥青面层中那一层空隙率大，一旦水进人，那一层就会产生水损害。某高速公路沥青面层的表层和中层都是密实的I型沥青混凝土，但底面层是空隙率较大的Ⅱ型沥青混凝土，开放交通不久，在某些路段上产生了早期纵向裂缝。雨水从纵向裂缝进人并滞留在底面层，使沥青混凝土的强度显著减弱。因此，在保证面层混合料高温稳定性、低温抗裂性和抗滑性的基础上，应该尽量减小各层混合料的空隙率，最好全部面层结构都采用空隙率不大于5%的密实沥青混凝土。 

2.应该提高沥青与矿料的粘结力。当水进人沥青混合料后，在快速重载车辆作用下容易产生沥青剥落现象。为减轻沥青剥落，改善沥青混凝土的水稳定性和耐久性，需要增强沥青与矿料的粘结力。有关研究建议，为加强粘结力应该保证中面层和底面层的粘结力不小于4级，表面层的粘结力不小于5级。

3.应该提高混合料压实标准，沥青混凝土的压实度不仅对沥青混凝土的物理力学性质有着重要的影响，而且是决定现场空隙率的主要因素。对于配合比设计空隙率为4%的同一种沥青混凝土，在不同压实度下的现场空隙率有明显差别。在压实度为96%时，现场空隙率接近8%；在压实度为98%时，现场空隙率接近6%，前者的渗透系数明显大于后者。所以在实际施工中，要严格保证压实度达到设计标准，表面层压实度不小于98%，中面层和底面层不小于97%。

4.应该在路面结构层中设置排水层和防水层。从我国沥青路面的早期破坏来看，往往表面水还没有渗透到中面层或下面层，表面层或中面层就已经开始破坏。鉴于当前我国公路建设中，很多人担心沥青面层薄了容易破坏，愿意用厚的沥青面层。在这种情况下，为了防止水渗人到面层下部造成破坏，可考虑将防水层设在表面层下面。同时，应该在基层顶面设置多孔隙沥青混合料排水层，使水能尽快排出路面结构层。 

四、结语 

⑴沥青混合料和沥青路面施工质量及一些外部因素可能会导致沥青路面剥落，主要是：路面排水系统不健全，路面压实度不足，混合料离析以及集料表面粉尘太多等。 

⑵现行沥青路面施工技术规范关于水损害的三个指标，即粘附性大于4级强度、浸水马歇尔稳定度大于80%，以及简化洛特曼法间接抗拉强度比TSRI≥70%，存在一些缺陷，还控制不了水损害。 

⑶AASHTOT283利用空隙率为7%的试件来进行试验，模拟施工好的路面空隙率，更为科学合理，真空饱水条件更为严密，加上冻融循环，适合作为南方多雨有冰冻地区抗水损害的指标。