关于沥青路面渗水问题的分析.doc

沥青路面具有良好的力学性能、较好的耐久性以及行车的舒适性和安全性等优点，被广泛应用于我国高等级公路的建设中。但是由于沥青路面工程的多变性、复杂性及结构设计和施工质量控制等种种原因，在建成通车后不久，因雨水、交通流量及行车荷载等诸多外界因素，尤其是冻融循环交替作用，使得沥青路在设计使用年限内的早期破坏时有发生。从已有沥青路面的早期破坏情况来看，最为常见、最为严重的危害就是水破坏现象，这越来越引起广大公路工程技术人员的关注。
沥青路面的水破坏，说到底主要是由路面渗水性引发的。沥青路面的早期损坏基本上都与水有关，主要表现为在通车后的第一个雨季，沥青路面出现不同程度的车辙、表面松散、坑洞等损坏。这种现象在南方多雨地区尤其明显，并造成一定的经济损失和社会影响。因此，充分认识和深入研讨沥青路面的渗水特性及其变化规律、影响沥青路面渗水性能的各项因素，最大限度防止和减轻其渗水性而造成的水破坏，这无疑对保证沥青路面质量，提高重载大交通量下沥青路面使用性能具有重要的意义。
１ 沥青路面的渗水机理及危害
水是沥青混凝土路面病害最主要的诱发因素之一，是使沥青路面早期破坏和加速破坏的主要原因。沥青混凝土路面所出现的各种病害如：坑槽、松散、剥落、龟裂、下陷等无一不与水的侵蚀有关。路面的透水危害主要表现包括对材料本身的危害和对整个路面结构的危害。
摘 要：分析了沥青路面的渗水机理及其危害性，提出严格控制原材料、合理选择混合料配合比、提高路面施工质量、采用新型路面结构和材料、增强沥青和集料的粘结力是防止沥青路面渗水的有效措施。
关键词：沥青路面 渗水机理 解决办法
关于沥青路面渗水问题的分析
Analysis of Creepage Problem aboutAsphalt Pavement
■ 重庆交通学院  陆兆峰／ＬＵ Ｚｈａｏｆｅｎｇ          长安大学  秦 旻／ＱＩＮ Ｍｉｎ  陈新轩／ＣＨＥＮ Ｘｉｎｘｕａｎ

■图１
CMTM施工技术
Construction Technology
（１）水力冲刷。路面渗水时，车辆轮胎前面的水可能被挤进混合料的孔隙中，当车辆通过时轮胎后面又将水分吸出，这个压一拉循环就把沥青从集料上扯离开来。孔隙所到之处都会出现这种冲刷作用。而孔隙的连通就将这种水力冲刷带到混合料的各个角落，从而加速混合料的早期破坏。更有甚者，压实不好的材料，被交通车辆压实后，进入孔隙中的水分却不能再出来，造成孔隙水压力。温度升高时会有膨胀应力加速水的流动和粘结破坏，温度低则结成冰亦有同样的破坏性。
（２）置换作用。由于水的极性很强，沥青与集料间的化学粘结相对较弱，水则可以通过较强的定向力吸附到带电荷的集料表面。因此集料表面或多或少有亲水疏油的能力，酸性集料较碱性集料更具有亲水性。如果集料表面潮湿，沥青将无法将水趋散而与集料粘附，然而水却可以穿透沥青膜将沥青同集料分离，所以应尽量避免混合料同水接触。一旦路面渗水，水分进入路面空隙而很难流出，驻留在路面里的水分就会在集料的表面发生置换作用。即使沥青将集料全部裹复，但尖角或粗糙处的沥青膜非常的薄，实验证明，水也能渗透薄膜到集料表面，破坏沥青同集料的粘结，发生沥青薄膜破裂现象。尤其是冬季的雪水进入路面中，通过反复的冻融，在沥青同集料之间产生膨胀应力，更加速了它们的剥离。
１．２ 对路面结构层的破坏
通常情况下，高等级公路沥青路面大都采用面层、基层、垫层等多层式结构类型。水对路面结构层的破坏主要表现在水透过面层进入面层同基层的交界面上，导致路面的冲刷、唧泥等早期损坏现象。一旦面层同基层的脱离，路面同基层之间的抗剪力急剧降低，导致整个路面的强度难以保证，此时的路面结构也不再符合路面设计时的层状理论。雨水一旦侵入基层，基层强度和路面整体承载能力将急剧下降，重者将导致路面结构性破坏。目前沥青混合料的早期破坏中，由于路面的渗水导致基层承载能力下降发生的破坏占有相当大的比重。
２ 路面渗水原因分析及解决办法
路面的渗水问题是个综合的问题，影响因素较多，涉及到混合料配合比设计，施工摊铺、碾压和路面厚度等，故需要全面地来进行解决，单一从某个方面着手很难得到理想的效果。
２．１ 从原材料控制可能造成的渗水
原材料质量的好坏是保证沥青路面质量的前提。沥青路面原材料的控制包括对粗集料、细集料、沥青、矿粉等的质量管理和检查。集料的品质差（如棱角性差）、沥青的使用性能不佳等因素，都会影响集料与沥青的粘附，而集料与沥青的粘附力下降会导致沥青膜
与集料之间丧失粘结力并从集料颗粒表面脱落下来，集料颗粒间由于沥青膜的脱落，会因此形成许多渗水的缝隙，渗水又加剧破坏沥青膜与集料粘附，从而引起面层剥落和松散，削弱沥青混凝土路面强度和密实性。
目前，我国公路沥青路面用的碎石普遍存在吃“百家饭”的现象，碎石质量无法保证，粘土含量大，针片状含量超标，导致沥青路面品质不稳定和空隙率偏大。因此，沥青路面用的碎石必须统一集中生产，采用先进的锥式或反击式破碎机生产工艺，严格筛分，不合格的碎石绝不用于沥青路面施工。优先选用碱性石料，因其与沥青的化学吸附作用强，对于花岗岩、石英岩、砂岩等酸性石料则应掺加消石灰粉、生石灰粉、水泥或其它抗剥离剂，以改善沥青和集料的粘结性。沥青最好选择低针入度、高软化点、高粘度的优质沥青，含蜡高的沥青不宜使用，还可以对沥青掺加各种不同类型的改性剂来提高沥青的粘附性，即使用改性沥青。
２．２ 混合料配合比设计解决路面渗水
沥青混合料的配合比设计中，是以一定粒径一定比例的粗集料构成骨架，骨架之间由矿粉、石屑、沥青等材料进行填充。粗集料间应留有适宜的孔隙率，孔隙率太小，会将粗集料骨架撑开，或导致碾压过程中粗骨料破碎，破坏沥青混合料的整体结构，影响路面的抗滑性能孔隙率过大，沥青混合料容易出现缝隙，容易造成路面渗水。所以，沥青混合料路面的渗水问题首先应该从配合比设计入手，就是要在沥青混合料矿粉、石屑、沥青含量和粗集料骨架间隙之间取得平衡。细集料连同矿粉、沥青填充于骨架间隙，以标准级配范围为基础，选择三种以上粒径不同的粗细集料进行组合试配，分别测量粗集料间隙率和混合料中粗集料骨架孔隙率，进行生产配合比、目标配合比设计，而且还需通过试拌试铺进行验证、调整，直至得到满意的沥青路面路用性能为止。另外，在沥青混合料配合上，还应调整粗细集料筛孔的通过率来满足骨架孔隙率的体积指标要求。
２．３ 从施工工艺解决路面渗水
渗水的问题也要从施工的角度来进行解决，在沥青路面施工过程中，各道工序都应严格把关，以有效减少混合料材料离析和温度离析，确保沥青面层均匀。沥青混合料在拌和、运输、摊铺过程中都会出现一定的离析，施工中如不认真处理，摊铺的面层就会存在不均匀性，特别是在粗集料较多的位置，沥青混凝土的空隙率较大，路面渗水就愈严重，如图中２所示，这是对某施工现场雨天的拍摄图片，呈黑色的地方出现严重的渗水。
（１）拌和：经常检查搅拌机中的相关部件，如拌叶等，并严格控制加热温度、搅拌时间和拌和工艺，注意观察混合料中是否有明显骨料分离、花白料现象，如发现，应查明原因，及时处理。
2006.01建设机械技术与管理
施工技术
Construction Technology
（２）运输：运输车辆的运力应能保证大于拌和机产量，车辆装料时需按照前、后、中的顺序移动装料以减少离析。适当平整运输通道，降低行驶速度，使运输过程中尽量减少颠簸，另外对沥青拌和料要采取保温措施，尤其是较长距离的运输，应加盖蓬布等。
（３）摊铺：尽量采用具有大直径、低转速螺旋布料器的摊铺机，降低螺旋布料器的高度，并使混合料的高度超过螺旋布料器，这样可以提高螺旋布料器的输送率，降低转速，减少不同物料颗粒之间的惯性差异。另外还要控制摊铺的宽度，最好不超过６～７ ｍ，摊铺宽度较大时，应采用梯队摊铺，这样可以降低离析，保证摊铺的均匀性。施工中如仍发现不均匀现象，应及时进行人工处治。其次，保证摊铺机匀速连续作业也是十分关键的，为此，除正确调整设备的结构参数和运行参数外，使用具有现场二次搅拌功能的混合料再拌转运车是非常有效的办法，它既避免了以往自卸车与摊铺机的直接接触又保证了给摊铺机受料斗的连续供料。
（４）碾压：沥青面层碾压不充分，压实度达不到要求。在面层施工过程中，常常由于碾压时混合料温度偏低，碾压不及时，施工操作不规范或片面追求表面平整度等原因，造成路面压实度不足，路面空隙率偏大，致使路面渗水，导致早期破坏。
碾压过程一般分为初压、复压和终压三个工序。这三个工序有两种基本的配置类型可供选择：“钢轮＋振动钢轮＋钢轮”与“钢轮＋胶轮＋钢轮”，各碾压工序使用的压实机械搭配要合理。初压时应均匀地向光轮上喷洒雾状水，以免热拌和温度料粘附在光轮上影响路面的平整度。碾压温度的把握十分重要：碾压温度过高，易发生碾压过程开裂、推移现象；温度偏低，会加大粒料之间的内部磨擦阻力，形成局部开裂、松散、不平整等。碾压速度也应符合技术要求，压路机启动和停止需缓慢，不得突然刹车、旋转调头、大角度斜行等；回压时应在无制动停机后进行。
２．４ 采用新结构、新技术、新材料
ＳＭＡ是近年来出现的一种非常引人注目的新型路
面结构，它是按照内摩擦角最大的原则，以间断级配的粗集料形成相互嵌挤的矿料骨架，然后按照空隙率较小的原则，以沥青玛蹄脂填充骨架的空隙，形成一种骨架密实结构的混合料。ＳＭＡ粗集料含量多，形成了骨架嵌挤结构，因此高温性能好。ＳＭＡ空隙率很小，几乎不透水，加上集料和玛蹄脂的粘附性很好，因而具有较好的水稳定性和耐久性。同时，ＳＭＡ粗集料用量多，路表粗糙，抗滑性能较佳。国内多条公路的路面表层均采用了这种形式，使用效果良好。
近年来国内一些道路研究工作者还对半柔性铺装技术进行了研究。半柔性铺装最早为法国专利，并称为“Ｓａｌｖｉａｃｉｍ”施工法。日本也在１９６１年以“半柔性铺装与半柔性铺装施工法”为名称申请了专利，如大林道路株式会社、鹿岛道路株式会社以及日本铺道株式会社等多家企业均对此进行了研究。半柔性铺装材料的组成为多孔沥青混合料基体与水泥胶浆，即将特殊级配的水泥胶浆灌入多孔沥青混合料基体空隙之中而兼有水泥混凝土（刚性）与沥青混合料（柔性）双成优点的一种路面材料。该材料利用骨料间的嵌挤作用与水泥胶浆自身的强度，可以大大改善材料的力学性能与使用性能，同时还具有耐油污、可着色等优点，是一种值得大力发展的新型路面材料。
另外，为提高阻止雨、雪水渗入的能力，在粗粒式沥青混凝土上加设土工布防水层也是实际施工中多采用的方法。国内外所开发研制的一些路面强化剂对于沥青路面也能起到引进防止渗水的作用，如：ＴＬ２０００路面强化剂。
３ 结 语
总之，沥青路面渗水是引起沥青路面早期破损的一个重要因素，通过严格控制原材料、合理选择混合料配比、提高路面施工质量、采用新型路面结构和材料、增强沥青和集料的粘结力等措施，可以有效防止路面渗水的发生发展，延长公路的使用寿命。