半刚性基层沥青路面水损坏防治技术研究

Abstract: This paper discusses the characteristics, apparent in the form and causes of semi-rigid asphalt pavement water damage, put forward technical measures and recommendations in all aspects of Combat asphalt pavement water damage to the from raw material control, asphalt mixture design, construction and compaction process, structure, drainage, and preventive maintenance and control of traffic.

Key words: semi-rigid base; asphalt pavement; water damage; Control Measures

沥青路面因具有行车舒适，维护方便等特点而被应广泛用。由于历史的原因，采用较薄沥青层的半刚性基层沥青路面是我国高等级公路及城市道路的主要路面结构形式。由于这种复合路面结构的自身缺陷加之严重的超限超载车辆的双重作用，沥青路面出现了大量的早期水损坏，有的路面在通车后的短时间内发生的损坏还相当严重。尤其是多雨潮湿地区的沥青路面在春融季节，梅雨季节及雨季，表现尤其突出，水损坏已经成为了半刚性基层沥青路面早期损坏的一种主要形式之一。

1.半刚性基层沥青路面水损坏形式及特点

传统的水损坏是一种自上而下的表面层水损坏，一般病害发生较轻，其主要表现形式为路面坑槽，较传统水损坏严重的是自下而上的水损坏，其主要表现形式为路面唧浆，病害发生严重。重点是如何对第二种类型的水损坏进行了预防和防治。这种水损坏与半刚性基层本身特性有关，基层强度较高，细粉料含量多，本身非常致密，这样的半刚性基层容易产生收缩裂缝，同时沥青路面也易发生反射裂缝，同时基层本身不透水或透水性很差，也就是说基层不能排水，易诱发水损坏发生。另外，水损坏发生在行车道的破坏程度远远大于超车道，这说明种类水损坏与重车超限超载有直接关系。

造成半刚性基层沥青路面水损坏的原因是非常复杂的。为此，防治措施应该主要从原材料质量控制、混合料组成设计与施工工艺控制，养护以及交通环境等诸多方面进行分析，采取行之有效的技术措施。一是解决沥青混合料本身的抗水损坏能力不足;二是解决路面离析现场空隙率过大,路面渗水严重;三是对路面结构形式进一步优化问题;另外,还要强调养护技术和交通“治超”问题。

2.提高混合料的抗水破坏能力

沥青混合料水稳性不足，抗水破坏能力不够，是头等重要的大事，首先要从原材料选择，质量控制入手加以解决。

1)沥青的选择

选择沥青时，如果沥青中含有大量的地沥青酸和地沥青酸酐等极性大的组分，沥青就具有极强的表面活性，且呈酸性，与矿料中的碱性矿物就能形成很强的粘结力。大量的工程实践表明，沥青的针入度小，粘度会很大，与石料的粘附性也就越大;采用改性沥青是改善沥青混合料水稳性非常有效的途径。因此建议，沥青混合料中面层和表面层应该采用改性沥青，下面层可以使用针入度小的重交通沥青。

2)集料的选择

尽可能选择与沥青粘附性好的集料，这是最根本、最简单、也是最有效的方法。也就是通常说的碱性石料，即SiO2含量<52%的石料，通常从颜色上看比较深，如:石灰岩、安山岩和一部分玄武岩。石屑按新修订的《公路沥青路面施工技术规范》(以下简称《规范》)要求，必须减小石屑的含泥量，要大力推广使用机制砂，并限制天然沙的用量，因为机制砂棱角好，含粉量少。强调加工机制砂的石料也应该选用碱性石料，并严格工艺操作，成品材料要有水洗工艺流程。矿粉作为重要的填料必须是石灰岩矿粉，决不能使用酸料石料的石屑代替。

3)掺加消石灰

一般情况下建议集料采用碱性石料，但有些时候，某一地区只产质地坚硬的酸性石料，如：花岗岩、石英岩、一部分玄武岩等等，如果跨地区远运集料，势必造成建设成本的增加，结合新《规范》中规定的三种抗剥离措施，以及国外所采用的抗剥离技术，我们首选是掺加干燥的磨细消石灰粉技术。这主要是因为施工方法简单，易操作，最优效果(重要的是长期的效果)。并且经济性最好。一般沥青混合料掺加量为1.5%～2%。在我国制约了磨细消石灰粉应用的因素主要是2个方面，一是目前市场上没有消石灰粉成品供应;二是现有的沥青混合料拌合设备一般只有1个外加粉料仓，即矿粉仓，没有专门的消石灰粉料仓和计量装置。这两个问题实际上并不难解决，关键还是认识问题。

3.完善混合料组成设计和施工工艺

1)沥青混合料组成设计

沥青混合料组成设计，一是矿料级配的选择，二是设计空隙率的确定。要想使沥青混合料自身具有良好的抗水损坏的能力，完善现有密级配沥青混合料组成设计是很有必要的。据研究表明：对于密级配沥青混合料，现场空隙率在8%以上是不利的，因为空隙率大于8%，水容易进入路面，产生水损坏。同时我们还必须要认识到现场空隙率和渗水率是两个不同的概念，即使相同的空隙率，渗水情况却差异很大。因此，设计沥青混合料时要采用合理的设计空隙率，不能一味的规定4%，应有一个范围，对一般情况为3%～5%，对重载交通路段应考虑4%～6%，现场空隙率与压实工艺有直接关系，不能只重视平整度、构造深度而忽视了压实，而导致压实不足，致使现场空隙率太大，而产生渗水损坏。综合上述问题，我们既要兼顾泌水性，又要考虑构造深度，我们推荐“S”型矿料级配，即适当减少最大公称粒径附近的粗集料通过率，减少0.6mm以下部分细分的用量，使中等粒径粗集料较多的级配曲线，这种“S”型级配的沥青混合料属于嵌挤密实型结构，具有适宜的空隙率，渗水性小，同时高温稳定性，即抗车辙能力较好，同时表面还有较大的构造深度。但必须注意，这种类型的混合料要特别加强压实工艺质量控制才行。同时强调矿料级配的范围宜窄不宜宽，过宽的矿料级配范围不能从技术上保证沥青混合料的应有性质。

2)沥青混合料的施工

沥青混合料配合比设计的再完美，最终还要通过施工工艺来保证，在这个阶段，为保证施工质量，一是控制混合料离析;二是加强压实工艺控制;三是加强层间结合，保证路面的受力状态。施工是我们建议采用多冷料仓和多热料仓间歇式沥青拌合站，加强拌合的均匀性。同时建议采用2台或多台沥青摊铺机梯队联合作业。每台摊铺宽度应小于6m，虽然这样施工成本会比使用1台摊铺机宽幅作业增加，但相比施工质量而言，是值得的。这是解决集料离析最有效的技术措施。对温度离析，推荐使用带二次搅拌功能的沥青混合料转运车，该种措施在国外应用普遍，尤其是美国，目前国内如三一重工、徐工等厂家也已开始生产自己的沥青混合料转运车。

对于混合料的压实控制，主要强调2点，一是统一压实标准，严格按新《规范》操作执行，第二点就是严格控制压实工艺，主要包括：压路机配置的数量、吨位、型号、排列和碾压方式，碾压速度和碾压温度，大力推广新型碾压设备，必须明确的是，同样的压实设备，不同的组合顺序，对压实度的影响不是很大，但对沥青路面渗水影响比较大。工程实验表明：在施工中应优先使用轮胎式压路机，用它的搓揉碾压提高泌水性，为此新《规范》要求施工时配置25吨以上轮胎压路机。

沥青混合料拌合的均匀性，有无集料和温度离析及压实的均匀性，是影响沥青路面水损坏除矿料质量和级配之外的最关键因素，也就是说不能把水损坏完全归结为半刚性沥青路面易产生反射裂缝从而使雨水容易渗入路面而产生。这样的认识是片面的不完整的，为此我们强调沥青路面的均匀性是非常必要的。

对于层间粘结问题，按新《规范》在沥青层间必须洒粘层油，对于与基层间的粘结问题，一定要重视透层油的喷洒工艺和数量，以及喷洒的效果。为保证透层油渗透基层5mm以上，新《规范》规定了喷洒时间及用量，建议对半刚性基层使用液体稀释沥青或其他已证明的高科技产品如壳牌的psp乳化沥青。同时还必须注意到，下封层和透层是两个不同的概念，施工工艺是有较大区别的，不能用薄层的下封层代替透层油。一般情况，在基层喷洒透层油后还要做改性沥青下封层，对封闭渗水很有效果。另外在表面层下可以喷洒改性乳化沥青，即可作为粘层，又可做为封层使用。

4.改善沥青路面的防排水设计与结构组合形式

水不可避免的进入沥青路面，是不争的事实，为最大限度的减少水的渗透，表面的通畅排水至关重要，我们可参考国外的一些做法，不再设路缘石拦水带，并在土边坡上种植耐冲刷的草皮，同时还可以把路拱横坡加大到2%，目的就是使雨水排的通畅。但即使是这样，还是会有一部分水进入路面内部，为了解决这个问题，就是要做好结构内部排水，对现有的半刚性基层沥青路面结合形式进行调整。根据国外的道路实践，建议使用柔性基层或组合式基层的沥青路面结构。由于我们对半刚性基层有丰富的应用经验，为了有把握，首先要发展使用组合式沥青路面结构。常用的结构形式有:沥青面层+沥青稳定碎石基层+半刚性底基层或者沥青混凝土面层+沥青稳定碎石基层+粒料过渡层+半刚性底基层。这里的粒料过渡层，是指级配碎石结构层，一般为12～15cm。我们使用级配碎石的目的之一，就是结构内部排水顺畅，不使水长期停留在致密的半刚性底基层表面形成唧浆破坏。

另外，各沥青结构层要合理选择最大公称尺寸的集料，保证与各结构层厚度相匹配，一般厚度为最大公称尺寸粒径的3倍，SMA路面可以是2.5倍左右，也就是说AC-13要4cm, AC-20要6cm, AC-25至少要8cm,我国原有《公路沥青路面施工技术规范》中规定“表面层集料最大粒径不大于层厚的1/2，中下层不大于2/3”，显然不太合适。

顺便也要提到半刚性基层的矿料级配合和强度设计的更新认识问题，半刚性基层细料多，过分致密，强度过高，刚度过大，容易产生收缩裂缝从而引起的沥青路面的反射裂缝，一定程度上加速了水进入路面的程度。建议一方面要调整矿料集配，使之成为嵌挤结构，减少细料含量，提高抗冲刷能力，另一方面，对半刚性基层强度要求不要过高，不能只控制低限，对高限也要控制。要减少水泥用量，一般7d设计强度一般控制在3Mpa左右，高限一般不超过4Mpa，还应尽量少使用石灰粉煤灰稳定碎石，因为它细料含量更多，有可能形不成嵌挤结构，并且太致密，无法排水。另外现有的强度数理统计方法值得讨论。

5.加强养护和交通“治超”控制

沥青路面发生损坏不可怕，更可怕的是养护意识淡泊，防止水损坏严重发展的关键技术措施，也是最简单的技术措施，就是补坑和封逢，这些工作看似简单，但往往得不到重视，眼睁睁看着问题越发严重，为此一定要加强对沥青路面的日常预防性养护工作。建立相应的组织和制度并配备相应的先进设备。积极采用包括微表处技术在内的新材料、新技术、新工艺。鉴于半刚性基层沥青路面自身具有较高的轴载敏感性的特性，车辆超载的作用对水损坏发生的影响是相当大的，为此要加大“治超”力度，采取实行计重收费等措施，从源头抓起，并建立长效机制。从更本上彻底解决超载超限问题，为沥青路面使用创造一个良好的外部环境。

6.结束语

水进入沥青路面是不可避免的，为了防止严重的水损坏发生，保证沥青路面的使用质量。本文探讨了半刚性基层沥青路面水损坏的特点、表观形式以及成因，从原材料控制、沥青混合料配合比设计、施工压实工艺、结构排水及预防性养护和控制交通等各个方面分析，并从大量的工程实践应做到以下几点：

1)加强原材料的质量控制，推广机制砂掺加消石灰粉等技术措施，提高矿料与沥青的粘附性能。

2)完善沥青混合料的组成设计，提高路面施工水平，减少离析，加强压实，保证路面的现场空隙率小于临界渗水空隙率。

3)改善半刚性沥青基层防排水设计和结构形式设计，是结构排水顺畅，目前应大力推广组合式沥青路面结构。

4)做好级配碎石的认识推广应用工作。

5)对半刚性基层设计的强度和施工工艺进行调整，减少基层收缩裂缝和沥青路面反射裂缝的产生。

6)加强预防性养护和交通“治超”工作力度，确保沥青路面的使用环境。

参考文献：

[1] JTGF40-2004 公路沥青路面施工技术规范[S]

[2]沈金安等.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].北京:人民交通出版社,2004.