沥青路面水损害防护措施探讨

　　摘要：沥青路面的水损坏是目前国内外普通存在的路面破坏形式，成为困扰公路工程质量的世界性难题。文中分析了沥青路面水损坏的主要现象及其发生机理与相关因素，提出了预防沥青路面水损坏的对策。
　　关键词：沥青路面；水损坏；预防对策
　　
　　通过对路面早期破坏现象广泛调查，各国道路科研工作者发现，沥青路面的早期破坏现象或多或少，或直接或间接的都与水有关，即水的破坏作用是关键因素之一。因而探究沥青路面水损害的原因及其水损害的防护措施就显的尤为重要！
　　沥青路面水损害早期损坏一般有这样几种现象:1.路面产生坑洞2.局部表面产生网裂和形变3.唧浆4.水损坏导致松散剥落5.辙槽6.泛油
　　调查表明，造成沥青路面早期水损害破坏的原因非常复杂，可以归结为沥青混合料空隙率过大、路面渗水、排水设施不完善、压实度不足、沥青混合料抗水损害能力不足、厚度偏薄等原因。
　　1 关于表面层的空隙率与级配
　　认真选择表面层矿料级配非常重要，最主要的指标是混合料的设计空隙率和路面的实际空隙率。据研究，沥青路面的空隙率在8%(相当于设计空隙率4%压实度96%时)以下时，沥青层中的水在荷载作用下一般不会产生动水压力，不容易造成水损害破坏。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，也不容易造成水损害破坏。而当路面实际空隙率在8%～15%的范围内时，水容易进入混合料内部，且在荷载作用下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害破坏。
　　我国早期修建的高速公路大都采用I型密实沥青混凝土，路面深水很少，较少产生损坏。但构造深度较小，担心抗滑不利，后来设计规范对构造深度提高了要求。渐渐产生了AK-13，AK-16等磨耗层。随着构造深度的增大，空隙率也跟着增大，设计空隙率往往在6%以上，路面空隙率一般在10%以上，成为渗水严重的半开结构。虽然后来对级配作过各种调整，有些间断级配混合料尽管理论上有许多优点，但施工难度较大，受级配和油石比的波动影响比较敏感，极易造成混合料不均匀，致使路面不是泛油就是透水，实际效果并不理想。
　　为了解决空隙率与构造深度的矛盾，既提高耐久性又使路面具有较好的表面功能，采用沥青碎石玛蹄脂混合料(SMA)或同时改性沥青是比较理想的，它对解决水损害将会有良好的效果。但SMA必然要增加相对的成本，除了少数重要的工程和交通量特别大的工程外，它不可能成为普遍采用的结构。
　　为此，我们主要还是应该在普通的密级配沥青混合料的矿料级配上下功夫。对现行规范的表面层级配进行认真的对比，并充分参考美国Superpave的研究成果，是目前许多工程采用的技术途径。确定一个级配范围的标准是很严肃的工作。随随便便定一个级配就在工程上大规模使用是不合适的。建议有志试用的工程先铺筑试验路，以确认是否可行。同时，作为抗滑表层的马歇尔设计指标应改为规范的I型标准，击实75次，空隙率控制在4%左右。
　　在修订表面层级配时，肯定会遇到与现行规范构造深度之间的矛盾，建议在调整高速公路沥青面层抗滑指标时重点保证表面层集料的磨光值，并以铺筑后行车过程中的摩擦系数作为综合指标，这就足够了。对构造深度的要求要适度，过大的构造深度势必使空隙率跟着变大，并以牺牲耐久性为代价。
　　2 加强压实，减小空隙率
　　我国目前高速公路沥青路面施工存在一种现象就是只注重路面平整度。由于平整度是竣工验收的一项硬指标，因而施工单位非常重视，片面强调平整度。一些工程担心振动压路机碾压影响平整度，而采用吨位偏轻的轮胎压路机，使得最终成形的沥青混合料压实度稍差，空隙率偏大，影响了沥青路面的水稳定性。
　　提高沥青混合料的压实度标准对改善其物理力学性质具有重要意义，特别是设计空隙率较大时，有利于减小现场实际空隙率，从而降低渗透系数，达到防水侵入的目的。随着我国公路施工压路机械吨位和技术性能的提高，客观上具备了提高压实标准的条件，若沥青面层的压实度增加到不小于98%～97%，按马歇尔试件的空隙率4%确定沥青混凝土的沥青用量，则现场空隙率约为6%～7%，面层的透水性将会大大减小。为了控制住沥青混合料的压实质量，除现场密实度检测外，应通过现场钻芯取样，测定最大理论密度和空隙率。为实现压实度标准的提高，在施工过程中，宜采用重型振动压实机械和窄幅阶梯摊铺作业，应在保证沥青路面压实要求的前提下，寻求和实施提高平整度、抗滑性能的技术措施。
　　3 采用合理的集料粒径和适宜的沥青面层压实层厚度
　　我国现行路面设计规范没有明确给出沥青混合料级配形式与结构厚度的关系，但过去的经验是结构层厚度为级配中最大集料尺寸的2.5倍。我国常用的AC-16为4.0cm，而按Superpave的规定为4.8cm；AC-13为3cm，按Superpave为3.96cm；AC-20为5cm，按Superpave为5.7cm。由此可以明显看出我国的经验得出的结构厚度偏薄。集料粒径与面层厚度不匹配，集料粒径显得过粗，与其相匹配的厚度显得稍薄，这样既易使混合料产生离析，又不利于压实，这是我国沥青路面水损坏早期破坏的原因之一。沥青混合料的集料粒径大造成的离析是普遍存在的问题。当然集料离析还有另一个更重要的原因是施工所使用材料的变异性大，砂石料料场水平低、来源杂、不稳定，使级配经常发生变化，往往不能达到配合比设计的要求。我们应该象重视沥青质量一样重视占混合料总量90%以上的砂石材料的质量。
　　还应该根据集料粒径采用合理的沥青面层的设计压实厚度，随着时代的发展，不能单纯过分地追求减薄。如果考虑到压实效果，设计层厚一般不宜小于公称最大粒径的3倍。
　　4 做好排水工作
　　水是水损害之源，对付水的办法，一是封(堵)，二是排。现在的问题是沥青面层本身封不住水，基层又不透水，透层油或下封层也封不住水。不要说现在许多表面层本身空隙率甚大，是透水型的；就是很致密的级配，也难免不会局部透水。为此建议从以下几个方面考虑排水问题：
　　（1）路面排水
　　1）路面结构渗水
　　在高速公路中，面层为了能够提供较大摩擦力而采用孔隙率较大的中粒式沥青混凝土，少量的路面雨水不可避免地通过结构孔隙下渗，浸湿路面基层及土基，将导致路面强度降低。为了迅速排除下渗水分，在基层顶面加铺一层沥青封层，并延伸至路肩排水相连接。
　　2）路槽排水
　　在路面结构设计时，底基层采用20ｃｍ级配碎石，兼作调平层与排水层。在路两侧土路肩部位(边沟内侧)设置(40×50)ｃｍ碎石盲沟，盲沟沿路肩布置，在填方路段合适的位置通过横向硬塑料排水管将水排出。路线纵坡较大时，在土石填挖方交界附近应设横向盲沟，防止水份浸入填方路基。
　　3）超高段路面排水
　　超高路段在超高侧的路缘带范围内设集水槽，利用超高横坡将路面雨水排至集水槽内。每150ｍ左右设一集水井，通过横向排水管、边坡急流槽将路面水排至路基排水沟内。
　　4）路肩排水
　　为了及时排除春融期间路基中的自由水，可以在路肩上设置横向盲沟。土路肩下面设置20ｃｍ的纵向碎石盲沟，接触面上涂抹沥青并铺设防渗土工布。在路肩边缘的石砌镶边中，按3～4ｍ的间距横向埋设直径5ｃｍ硬塑料排水管，排除路肩部分的碎石盲沟积水。
　　（2）中央分隔带排水
　　为防止部分水从中央分隔带渗入路面基层、底基层和土基，在中央分隔带内的路面两端部分及中央分隔带底部用水泥沙浆抹2ｃｍ，然后涂沥青，再铺防渗土工布，中央分隔带底部采用纵向碎石盲沟和设横向排水管的排水系统。在纵向碎石盲沟内埋设软式透水管，每隔50～70ｍ设置一个集水槽，再经横向排水管排出路基外。
　　(3)改进透层油或下封层,使其真正起到作用。
　　在半刚性基层上洒布乳化沥青透层油时经常透不下去。有些工程设计的下封层只是在喷洒乳化沥青后撒石屑或砂子，厚度太薄，实际上还是透层油的做法。为了做好透层油，在半刚性基层上一般宜采用煤油稀释的中凝液体沥青，为了使透层油好透一些，并减少唧浆，上基层最好采用水泥稳定碎石，少用二灰碎石,要求至少透下去不少于5mm。
　　5加强沥青层与沥青层之间的粘结
　　现在许多工程的施工顺序安排不当，在沥青面层铺筑过程中或铺筑后，再开挖中央分隔带、埋设管道、埋设路缘石，挖出的土污染了沥青面层，即使清扫也扫不干净，有的甚至不洒粘层油，土影响了上下层的粘结和协同作用。施工规范对粘层油的规定要求不严格也是缺陷。以后应该强化施工组织计划，所有开挖、埋设、绿化等工序应该在基层施工过程中同步完成，最后铺筑沥青层。要求合理安排施工顺序，严格禁止在沥青面层铺筑过程中或铺筑后将挖出的土堆放在沥青面层上造成污染。北京的做法是只要沥青层不是在第二天接着铺，就必须洒粘层油。河北省京秦高速公路在中面层上洒布改性乳化沥青封层，表面层渗入的水绝对进不了中面层。
　　6提高沥青混合料的水稳性
　　为了满足表面层抗滑性能对集料质量的要求，不少地区不得不采用与沥青粘附性不好的酸性集料(有些玄武岩实际上也偏酸性或中性)，致使沥青混合料的抗水损害能力严重不足。有的即使采用了抗剥落剂，但质量甚差，尤其是许多胺类的抗剥落剂，一般在温度100℃以上就会遇热分解、挥发，在拌和、贮存、运输、铺筑过程中都在分解，以后使用过程中长期效果不好，致使使用了抗剥落剂的工程照样发生水损害破坏。国外
　　普遍采用消石灰改善沥青与石料的粘附性，美国、日本及我国的规范都规定把掺消石灰1%～2%(也用水泥，但效果不如石灰好)作为第一项措施，但由于比抗剥落剂麻烦，我国只有少数工程得到了有效应用。因此以后在采用与沥青粘附性不好的酸性集料时，首先应考虑采用消石灰作为改善粘附性的措施，如果采用抗剥落剂，必须公开招标，采用已被证明确实有长期效果的抗剥落剂。现沥青试验规程已经提出了抗剥落剂性能的评价方法，必须严格按新方法进行评价。另外我国规范对沥青混合料的抗水损害能力的评价方法和指标的规定不尽完善，在设计规范中误将冻融劈裂试验仅适用于冰冻地区，是不合适的，实际上它是水稳定性评价方法，同样适用于南方。而且对沥青与石料的粘附性、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验应该作为一个整体对待，不要仅仅依据水煮法检测粘附性合格就认为可以了。
　　（三）结语
　　沥青路面的水损坏是目前国内外普遍存在的路面破坏形式，甚至在道路使用初期即发生，给公路交通运输造成极其不利的影响。导致沥青路面的水损坏的因素复杂繁多，在分析研究沥青路面水损坏形成机理的基础上，从沥青混合料材料组成设计、技术指标的改进与路面结构防排水设施的完善，到工艺过程的严格管理与技术措施的采用，提出了对沥青路面水损坏的多项预防对策，供实际工程应用参考，以期有助于解决公路工程所面临的沥青路面水损坏技术难题。
　　
　　参考文献
　　1. 陈传德，高速公路沥青路面水损坏及防治措施，中南公路工程，2002.9
　　2. 张新天，高新歧，沥青路面的水损坏及其预防对策，北京建筑工程学院学报，2003.9
　　3.沙庆林高速公路沥青路面早期破坏现象及预防北京：人民交通出版社，2001，(5)