瀝青路面水損害成因及防治新技術(shù)

1、路基路面課程實習(xí)調(diào)研書 瀝青路面水損害成因及防治新技術(shù) 摘要：隨著近幾年道路建設(shè)的突飛猛進(jìn), 瀝青路面作為高等級路面被廣泛采用, 然而, 瀝青路面極易出現(xiàn)早期損害現(xiàn)象,水損害是其中首要的也是最嚴(yán)重的現(xiàn)象之一應(yīng)引起關(guān)注。本文通過分析瀝青路面水損害的特點, 針對其產(chǎn)生原因, 提出防治措施, 以期通過科學(xué)的方法避免或減輕瀝青混凝土路面的水損害。引言：瀝青路面的破壞形式主要表現(xiàn)為車轍、低溫開裂和疲勞開裂，從60年代以來，幾乎大多數(shù)與瀝青路面研究有關(guān)的課題也集中在這三大破壞形式上。近年來，另外兩種破壞形式水損害和反射裂縫也逐漸引起人們的注意，也已形成世界性范圍的問題。我國在這方面的研究還很少，還沒有引起

2、人們足夠的重視。直至最近，一些高等級公路發(fā)生了較為嚴(yán)重的水損害問題，也到了重視水損害問題的時候了。 一、瀝青路面水損害的概念瀝青路面損害的原因相當(dāng)復(fù)雜，其中水損害是一個不容忽視的重要問題。所謂瀝青路面的水損害，是指瀝青路面在水分存在的條件下，受交通荷載和溫度脹縮的反復(fù)作用，一方面水分逐漸侵入到瀝青與集料的界面上，同時由于水動力的作用，瀝青膜漸漸地從集料表面剝離，導(dǎo)致集料之間的粘結(jié)力喪失而發(fā)生的路面破壞過程。二、瀝青路面的主要水損害表現(xiàn)(1)地下毛細(xì)水的上移，侵人 瀝青混合料內(nèi)部造成瀝青面層的損害。(2)地面水下滲后，若未能及時排出，一部分會沉積在瀝青面層的空隙中，在荷載的反復(fù)作用下由下而上滲入

3、混合料內(nèi)部破壞瀝青與集料的黏結(jié)，一部分會通過面層下滲至路面基層，造成基層的軟化，導(dǎo)致路面面層出現(xiàn)裂縫、斷裂、龜裂、剝離、松散、唧漿等多種病害。三、水損害造成路面破壞的機(jī)理(1) 在開始階段，水分侵入瀝青與集料的界面，以水膜或水氣的形式存在，影響瀝青與集料的黏附性；(2)在荷載的反復(fù)作用下，瀝青膜與集料開始剝離；(3)漸漸地，集料開始松散、脫落；(4)最后形成一系列病害。四、瀝青路面水損害的原因1、結(jié)構(gòu)原因水分通過孔隙(或其他途徑)進(jìn)入瀝青路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)，并浸入礦質(zhì)集料內(nèi)，由于表面張力(和其他化學(xué)力)的作用，使瀝青與石料間的聯(lián)結(jié)被削弱或完全剝離，汽車輪胎對路面擠壓搓揉作用及與路面間的真空吸附作用加

4、速了剝離的進(jìn)程。致使路面很快損壞。1.1瀝青混合料離析湖北高科交通工程咨詢有限公司等單位對瀝青混合料離析進(jìn)行了專門研究，研究結(jié)論表明離析是水損壞的重要原因之一，降低了瀝青路面的物理力學(xué)性能，引起瀝青路面空隙率增加，由于積留在路面中的水不能迅速排出，在夏季高溫時水溫可能達(dá)到60e以上，引起瀝青膜軟化，在車輛荷載作用下，水不斷沖刷瀝青膜使其逐步剝落；在冬季低溫時，積留在路面中的水由于結(jié)冰而體積膨脹，引起瀝青路面內(nèi)部出現(xiàn)微裂縫，經(jīng)過反復(fù)的凍脹和車輛荷載作用，使瀝青路面發(fā)生松散，形成坑槽。1.2路面排水系統(tǒng)不完善水是瀝青路面水損壞的誘因，滯留在瀝青路面結(jié)構(gòu)中的水不能及時排出，也會導(dǎo)致瀝青路面水損壞。橋

5、面鋪裝損壞往往從鋪裝下層開始，由于下層結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，引起橋面翻漿、沉陷、網(wǎng)裂、擁包，這種損壞經(jīng)常發(fā)生在車道線上，而且是成片發(fā)生。在局部的路基地段也會發(fā)生此類損壞，但是數(shù)量較少。2、材料原因采用二氧化硅含量高的石料(俗稱酸性石料)，與瀝青的裹覆能力差；瀝青與集料間的聯(lián)結(jié)力是影響瀝青路面壽命的一個重要因素，聯(lián)結(jié)力的喪失會導(dǎo)致瀝青路面的破壞。作為壓實瀝青混合料的強(qiáng)度指標(biāo)，一般認(rèn)為，瀝青混合料內(nèi)聚力指標(biāo)能否是得到滿足，一定程度上取決于瀝青膜與集料間是否有足夠的聯(lián)結(jié)力，同時也受到瀝青膜粘度等因素的影響。2.1集料與瀝青粘性不良雖然我國規(guī)范明確規(guī)定用于高速公路瀝青路面的粗集料的粘附等級不低于4級，潮

6、濕區(qū)不低于5級，但是按此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制的瀝青路面，水損壞現(xiàn)象依然存在。我認(rèn)為對瀝青粘附性的檢測方法存在一定的局限性。首先，試驗方法要求粗集料必須洗凈烘干，實際施工時集料表面不可能十分干凈；其次，對粘附等級的劃分跟據(jù)瀝青剝離面積來評定，其實對不規(guī)則的集料，瀝青剝離面積很難測算準(zhǔn)確。另一方面，既然有瀝青剝落，說明瀝青與集料粘附性并不好，實際使用時瀝青剝落是遲早的問題；第三，試驗方法與水渚時間和瀝青膜厚度有很大關(guān)系，當(dāng)瀝青溫度低時，瀝青膜厚度大，水很難滲入到瀝青和集料的界面，因此瀝青膜在水渚的3 min內(nèi)有可能不剝落，但是并不能說明瀝青與集料粘附性就好。評價瀝青混合料水穩(wěn)定性好壞最好采用漢堡車轍試驗、

7、凍融劈裂試驗和殘留穩(wěn)定度試驗進(jìn)行檢驗。為提高瀝青混合料的水穩(wěn)定性，現(xiàn)行規(guī)范提高了殘留穩(wěn)定度和凍融劈裂指標(biāo)，無疑對提高瀝青路面的抗水損壞能力具有重要意義。2.2集料含泥量偏高集料含泥量偏高將會降低瀝青與集料的粘附能力，拌和過程中瀝青難以均勻裹覆在集料表面，往往出現(xiàn)花白料的現(xiàn)象。一旦混合料施工以后，在行車荷載和水的作用下，由于泥漿乳化，使瀝青膜從集料表面剝落，從而使混合料出現(xiàn)松散等病害。從已經(jīng)通車的瀝青路面中經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)連片的坑槽。這往往是工程最后收尾底腳集料，其含泥量偏高，同時顆粒圓滑，無豐富棱角，雖然經(jīng)過烘干、篩分、除塵，但是難以排除干凈，在集料表面存在粉塵，隔離了瀝青與集料的粘接。2.3瀝青

8、混合料中細(xì)集料偏多當(dāng)細(xì)集料偏多時，瀝青混合料不易拌和均勻，同時減小了瀝青膜厚度，從而降低了瀝青路面的耐久性，引起瀝青路面過早地出現(xiàn)開裂，如果不及時進(jìn)行封縫，水會逐步滲透到基層表面，導(dǎo)致翻漿唧泥。細(xì)集料過多，特別是0.075mm以下的粉料難免吸附在粗集料表面，隔離了瀝青與粗集料之間的膠結(jié)作用，降低了瀝青路面的水穩(wěn)定性。有的拌和機(jī)是在先加入礦粉干拌后，再噴入瀝青進(jìn)行濕拌，加劇了粉料隔離的危害。3、施工和設(shè)計原因瀝青混合料設(shè)計孔隙率過大或瀝青路面施工過分強(qiáng)調(diào)平整度，忽略密實度，致使路面碾壓不足，孔隙率過大，或因為瀝青路面攤鋪時混合料離析，造成局部孔隙率過大而出現(xiàn)透水。3.1瀝青混合料拌和不均勻瀝青混

9、合料拌和不均勻引起瀝青路面損壞的特征是表面瀝青膜剝落，露出集料并逐步出現(xiàn)掉粒和松散現(xiàn)象，最后形成坑槽。這種病害往往是成片發(fā)生的，而不是孤立的坑槽。拌和不均勻表現(xiàn)為集料表面不能完全被瀝青膜裹覆，出現(xiàn)花白料或瀝青膜厚度不均勻，瀝青不能發(fā)揮有效的膠結(jié)作用，主要原因是拌和時間太短，瀝青溫度偏低，瀝青含量不足，細(xì)集料偏多等方面。瀝青混合料拌和必須有充足的時間，有時施工單位為了提高產(chǎn)量而縮短拌和時間，這種方法是不妥的，需要注意的是拌和時間也不宜太長，否則在高溫狀態(tài)下瀝青會老化而影響其使用性能。3.2油污染柴油和汽油對瀝青有溶解作用，瀝青路面施工和使用過程中的油污染也會引起水損壞。這類損壞的表現(xiàn)形式是出現(xiàn)孤

10、立的坑槽，其周邊的瀝青路面是完好的，一般不會迅速擴(kuò)大，而且這類坑槽通常發(fā)生在通車后不久，短則3個月，長則2年。筆者通過對早期坑槽的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)生坑槽的部位有明顯的廢柴油或廢機(jī)油的氣味，大部分油污染是施工造成的，也有一部分是使用過程中車輛漏油造成的。 四、瀝青路面水損害的防治新技術(shù) 要解決瀝青路面水損害問題, 根據(jù)其損害特點和和損害原因, 考慮從以下幾方面采取措施。 1.對于結(jié)構(gòu)原因引起的水損害所采取的措施:1.1路面結(jié)構(gòu)層孔隙率設(shè)計瀝青面層的各層采用設(shè)計孔隙率不大于5%的密級配瀝青混合料， 并適當(dāng)增加直徑為2. 36mm 的集料用量。防止面層本身透水， 既可以減輕水損害， 又可以減少轍槽。1.

11、2提高瀝青路面水穩(wěn)定性為提高高速公路瀝青路面水穩(wěn)定性，可采取以下措施:集料與瀝青的粘附等級應(yīng)達(dá)到5級，允許瀝青膜有移動，但是不能有裸露的石料；必須對瀝青混合料進(jìn)行水穩(wěn)定性檢驗，要求殘留穩(wěn)定度不小于85%，凍融劈裂殘留強(qiáng)度比不小于80%；如果集料抗剝離能力不足，可摻入一定劑量的抗剝離劑或石灰，以提高瀝青與集料的粘附能力；可采用改性瀝青，以提高膠結(jié)料的粘附能力。1.3防止瀝青混合料離析離析貫穿瀝青路面施工全過程，主要有材料離析、溫度離析和碾壓離析3種形式，離析程度與施工工藝緊密相關(guān)，瀝青混合料裝卸、運(yùn)輸、攤鋪、碾壓過程中應(yīng)采取合適的工藝措施。1.4設(shè)計完善的排水系統(tǒng)減少水分在瀝青面層中的滯留時間無

12、疑會減少水損壞的危害，瀝青路面的排水系統(tǒng)必須嚴(yán)格按照5公路排水設(shè)計規(guī)范6(jtj018-97)進(jìn)行設(shè)計。在硬路肩下面設(shè)置碎石排水層，必要時在超高段底部可以設(shè)計排水盲溝，確保層間水和表面水能迅速排出路面。另一方面在保證抗車轍能力的條件下，可減少瀝青路面的空隙率，同時設(shè)置完好的層間防水粘結(jié)層，防止水分下滲。對于橋面鋪裝，考慮到水泥混凝土不能滲水，因此在水泥混凝土鋪裝層施工時宜預(yù)留泄水孔，特別是對于有超高的橋梁，在水泥混凝土鋪裝的低洼處應(yīng)設(shè)置泄水孔，以便滲入到瀝青面層下部的水分能迅速排出，減少水損壞的隱患。2. 對于材料原因引起的水損害所采取的措施：2.1材料選擇對于集料， 通常使用孔隙率小于0.

13、5%且粗糙并潔凈的集料。堿性石料比酸性石料具有更好的抗水害的能力。建議瀝青上面層石料采用優(yōu)質(zhì)堿性巖石(如玄武巖)， 以增加瀝青路面抗水損害性能， 中下面層采用石灰?guī)r碎石。瀝青與集料的黏附性與瀝青的黏度有關(guān)。黏度越大， 抗剝離性越好。在選擇瀝青稠度時， 應(yīng)選用針人度小的瀝青， 以增大黏度， 增加抗水損害的性能。此外， 還要防止瀝青污染。2.2摻加抗剝離劑當(dāng)瀝青與集料之間的黏附性不合格， 或瀝青混合料的水穩(wěn)定性達(dá)不到要求時， 必須摻加抗剝離劑。常用的抗剝離劑有以下3種。( 1) 消石灰。消石灰是最常用、最經(jīng)濟(jì)的抗剝離劑， 可提高瀝青的黏性， 改善瀝青混合料的抗剝落性能、水穩(wěn)定性和抗老化性能。( 2

14、)有機(jī)高分子材料抗剝離劑。最好選用高溫時穩(wěn)定、難分解且具有陽離子、陰離子兩種極性的抗剝離劑。( 3)水泥。水泥呈堿性， 可使酸性巖石與瀝青形成良好的黏結(jié)， 提高瀝青路面抗水損害能力。2.3控制集料含泥量和細(xì)集料含量控制集料含泥量和細(xì)集料含量必須從集料加工源頭抓起。首先，應(yīng)選擇干凈的片塊石進(jìn)行破碎加工，鏟運(yùn)時不得粘有泥土；第二，碎石加工設(shè)備必須配備除塵裝置，既可防止污染周邊環(huán)境，又可以控制粉塵含量，將細(xì)集料中0.075mm以下的粉塵控制在10%以內(nèi)；第三，禁止雨天加工和運(yùn)輸集料；第四，拌和場及進(jìn)場道路必須清潔硬化，防止泥土污染；第五，控制拌和機(jī)產(chǎn)量，調(diào)整好除塵裝置，確保不必要的粉塵能排除干凈，不

15、可一味追求拌和機(jī)產(chǎn)量而忽視了粉塵含量；第六，集料的下腳料應(yīng)廢棄不用。通過以上措施將粗集料含泥量控制在1%以內(nèi)，細(xì)集料砂當(dāng)量指標(biāo)達(dá)到60%以上。3.對于施工和設(shè)計原因引起的水損害所采取的措施：3.1施工、養(yǎng)護(hù)與管理從施工角度考慮， 集料應(yīng)干燥、清潔并且拌和良好。若集料潮濕， 應(yīng)提高加熱溫度， 延長拌和時間， 并除去集料中影響瀝青與石料黏結(jié)的雜質(zhì)和塵土。壓實度不足會使孔隙率增大， 降低抗剝離性能， 建議提高壓實度標(biāo)準(zhǔn)值， 并要嚴(yán)格防止混合料離析引起水損害。超重車對瀝青路面的損害非常大。應(yīng)加強(qiáng)管理， 對超重車輛嚴(yán)格予以控制， 而且要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理， 出現(xiàn)水損害時， 應(yīng)及時處理。3.2建議制訂地方性路面

16、設(shè)計指南制訂地方性路面設(shè)計指南， 對于交通量超過104pcu /d 的高速公路， 瀝青路面的上面層和中面層要求采用改性瀝青； 對于上面層， 要求采用sma 結(jié)構(gòu)， 有效提高瀝青路面面層強(qiáng)度和耐久性。3.3保證瀝青混合料拌和均勻為確?；旌狭习韬途鶆蚩梢酝ㄟ^試拌以確定合適的拌和時間，拌和時間過長加速了瀝青的老化，拌和時間太短就不易拌和均勻，一般拌和時間為45s左右，對于最大公稱粒徑13.2mm及以下的瀝青混合料、改性瀝青混合料、加入了纖維的瀝青混合料應(yīng)適當(dāng)延長拌和時間。拌和時應(yīng)保證瀝青有足夠的溫度，使瀝青容易分散和裹覆在集料表面，同時應(yīng)保證瀝青含量符合設(shè)計要求。3.4防止油污染汽油和柴油對瀝青有溶

17、解作用，在瀝青路面施工和使用過程中應(yīng)防止對瀝青路面的污染。攤鋪過程中對攤鋪機(jī)滑靴不能擦過多的柴油或采用非接觸式平衡梁，需要人工補(bǔ)料時應(yīng)盡量避免柴油對瀝青混合料的侵蝕。采用輪胎壓路機(jī)碾壓瀝青路面時應(yīng)對輪胎采取保溫措施，防止瀝青混合料粘輪，一旦出現(xiàn)粘輪應(yīng)采用浸漬植物油的拖把擦輪胎。瀝青路面使用過程中車輛出現(xiàn)漏油故障時，應(yīng)及時用水沖洗油污，防止油污滲入瀝青面層內(nèi)部。綜上所述， 防治瀝青混合料的水損害， 必須從各個方面綜合采取措施才能夠達(dá)到目的。 結(jié)語：瀝青路面的水損害是目前路面的主要危害之一。導(dǎo)致瀝青路面水損害的原因復(fù)雜,影響因素多,因此為了避免或減輕瀝青混凝土路面的水損害,應(yīng)從處理好路基路面排水和

18、提高路面防水性能等多方面來綜合考慮。參考文獻(xiàn)：1郭乃勝；趙穎華；譚憶秋；鄧融；大連海事大學(xué)學(xué)報2011年第02期2郭亮；淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報 2009年10月 第八卷第五期3范文清；長沙鐵道學(xué)院學(xué)報（社會科學(xué)版）2009年6月 第10卷第2期4張新天；高金岐；孔憲惠；北京建筑工程學(xué)院學(xué)報2003年03期5潘寶峰；邵龍?zhí)?；王哲人；武漢理工大學(xué)學(xué)報2009年02期6代印松；張紅兵；齊浩松；河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報2011年第03期7羅志剛；張志剛；山東建筑工程學(xué)院學(xué)報2006年01期8王金龍；濰坊學(xué)院學(xué)報2009年02期9王興學(xué)；西安建筑科技大學(xué)學(xué)報 2009年第1期 總第185期10楊若沖;梁錫

19、三;賴用滿;同濟(jì)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2008年第06期瀝青混合料配合比1. 級配類型的選擇選擇合適的瀝青混合料級配類型是確保瀝青凝土路面面層質(zhì)量的前提。瀝青混凝土面層的計一般依據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范（jtj03294）(以下簡稱規(guī)范)公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范（jtj01497）和公路工程集試驗規(guī)程（jtj0582000）。我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，上面層瀝青混合料的最大粒徑不宜超過該層厚的12，中面層瀝青混合料的集料最大粒徑不宜超過該層厚的23；瀝青路面結(jié)構(gòu)層混合料的集料最大公稱尺寸不宜超過該層厚的13。 2 .原材料的選擇要保證工程質(zhì)量，必須對工程材料進(jìn)行嚴(yán)格的選擇和檢驗，這也是在瀝青混合料配合比

20、設(shè)計前必不可少的一個重要環(huán)節(jié)。選擇、確定原材料應(yīng)根據(jù)設(shè)計文件對路面結(jié)構(gòu)和使用品質(zhì)的要求，按照規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合地材的供應(yīng)情況，按照相關(guān)試驗規(guī)程的要求進(jìn)行檢驗，然后擇優(yōu)選材，使材料的各項技術(shù)指標(biāo)都符合規(guī)定的技術(shù)要求。2.1選材原則組成瀝青混凝土的原材料主要有：不同規(guī)格的粗集料、細(xì)集料、填充料（礦粉）、膠結(jié)料（瀝青）。選擇原材料按以下原則：技術(shù)性好（滿足技術(shù)指標(biāo)要求），經(jīng)濟(jì)性好，結(jié)合環(huán)保就地取材。 2.2 瀝青的選擇瀝青是瀝青混凝土的主要組成材料之一，是決定瀝青混合料質(zhì)量的主要因素。因此選擇瀝青時，除了要注意瀝青自身品質(zhì)的優(yōu)劣以外，還要注意瀝青標(biāo)號對當(dāng)?shù)丨h(huán)境、氣、氣溫的適應(yīng)性，既要兼顧冬季的抗裂

21、性，又要兼顧到夏季的抗塑變能力。 2.3 粗集料的選擇 粗集料在瀝青混凝土面層中的作用是通過顆粒間的嵌鎖作用提供穩(wěn)定性，通過其摩擦作用抵抗位移。其形狀和表面紋理都影響瀝青混凝土的穩(wěn)定性，所以選擇粗集料時，要嚴(yán)格按照粗集料的技術(shù)要求選擇。即壓碎值、磨光值、吸水率、粘附性、針偏狀顆粒含量等均符合要求。結(jié)合本地區(qū)選用的粗集料多為石灰?guī)r，這種耐磨性較差，但與瀝青的粘結(jié)力非常好，是修筑較薄瀝青路面的理想材料。主要規(guī)格有：2040mm、1020mm、510mm、36mm。 2.4細(xì)集料的選擇細(xì)集料一般是指天然砂、人工砂、石屑等，在瀝青混合料中增加顆粒間嵌鎖作用，減少粗集料間的孔隙，從而增加混合料的穩(wěn)定性。選擇細(xì)集料時，除考慮應(yīng)滿足規(guī)范規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)外還應(yīng)考慮級配情況，與瀝青的粘結(jié)力以及耐磨性和對混合料的穩(wěn)定性。 2.5填料的選擇 選擇填料時一定要考慮能否滿足親水性和細(xì)度要求，能否改善瀝青與集料的粘結(jié)力。根據(jù)集料的性質(zhì)不同選擇不同的填料，對于堿性集料，可選擇磨細(xì)的石粉作填料；對于中性材料，可使用磨細(xì)的石灰石粉；另外，根據(jù)不同情況還可選用水泥消石灰等作填料。 3. 瀝青混合料配合比設(shè)計規(guī)范規(guī)定對瀝青混合料的配合比設(shè)計采用三階段配合比設(shè)計法。這一方法的目的是為了使設(shè)計程序化和深入