沥青路面水损坏的原因和分析

沥青路面水损坏的原因和分析

刘智杰

南京凯盛开能环保能源有限公司

习惯上将早期破坏分为裂缝、修补和坑洞、变形、表面损坏及其他损坏，而水损坏则作为早期损坏现象一般单独讨论，因为其危害最大，往往可以引起其他病害的产生。与国外早期破坏相比，我国的早期破坏出现得更早，许多仅为l—3年，即路面在设计寿命期前l／4至l／3期间内。所发生的过早的各种形式的路面破坏，主要有车辙、开裂、卿浆、泛油、松散、坑槽等几种形式，而其中大部分都可能是水损坏后所引起。

1.从设计角度分析

造成水破坏的因素。沥青路面产生水破坏的外因主要有交通量、交通组成、降雨量以及不尽完善的路面排水系统。近十年来，重载车辆特别是大幅度超载车辆日益显著增加，其作用的直接结果是路面裂缝的产生和扩展，路面开裂破损后，雨水下渗，产生冻涨、翻浆等水破坏，如果不及时养护维修，其破损面积会逐年增大。特别是长期下雨后，轮迹处路面向两边推挤而隆起，轮迹处继续沉陷，再发展，靠近轮迹的隆起部分破损，很快就出现面层松散、剥落、坑槽等。沥青路面产生水破坏的内因可以归纳为排水设施不完善、沥青混合料空隙率过大、路面渗水、路面压实度不足、沥青混合料抗水损害能力不足、厚度偏薄等。

在行车荷载作用下，特别在降雨过程中和雨后行车道上的局部网裂会逐渐松散，松散的石料被车轮甩出形成坑洞。由于沥青混凝土的不均匀性，坑洞总是先在沥青混凝土空隙率较大处产生，随着时间推移，将会造成路面大面积破损。如有沥青混凝土离析现象，那产生的水破坏则更甚。

当水透入沥青面层并滞留在半刚性基层顶面时，在大量高速行车作用下，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浆，灰浆又被行车压唧，通过各种形状不一的裂缝（纵、横、斜裂缝及网裂）到路表面形成唧浆。在灰浆数量大的情况下，可能很快形成更为严重的裂缝，在数量小的情况下，可使路面形成网裂或形变。某处一旦有灰浆唧出，该处很快就会产生网裂和形变，随后的降水就更容易透入，并形成恶性循环，最终导致路面严重破坏。

自由水进入面层后，使沥青与碎石的粘结力减弱。在行车荷载作用下，滞留在面层下部的水使矿料特别是粗集料表面裹覆的沥青膜逐渐剥落，使沥青混凝土的强度逐渐降低，直至完全松散。在行车轮迹下向两侧（特别向外侧）挤出，使轮迹带下陷，同时使其两侧鼓起，形成严重辙槽。形成辙槽后，降雨过程和雨后辙槽就会变成积水槽，致使水有更长的时间透入沥青面层形成更加严重的水破坏。

水进入路面层不可避免。路面上的水大部分被高速行驶的汽车的轮胎溅到路边，还有很少一部分水被挤压而进入路面沥青层中。即使采用密级配沥青混凝土面层，如果沥青混合料的不均匀性较大、局部面积的实际空隙率较大、施工质量控制不好是空隙率增大也会造成局部路段的水破坏。我国早期建成的沈大、京石、京塘等高速公路都采用沥青路面技术规范中的I型沥青混凝土面层，但都未能避免水破坏的产生。只要水侵入并滞留在沥青混凝土的空隙中，不管是传统的沥青混凝土还是改性沥青或加抗剥落剂的SMA，在大量行车的作用下，都会立场声沥青剥落现象，并产生水破坏。

沥青混凝土铺装层中若有水分存在，则在汽车车轮动态荷载的作用下，进入路面空隙中的水会不断产生动水压力及真空负压抽吸的反复循环作用，使沥青粘附性降低并逐渐丧失粘结力。继而，沥青膜从集料表面脱落，沥青混合料出现掉粒、松散，形成沥青混凝土路面的坑槽、松散等损坏现象。因而，必须重视沥青混合料自身抗水损坏能力的好坏。

2.从施工的角度分析

从基层考虑：半刚性基层强度高，容易开裂，反射到路面会加速水破坏。我国的高速公路路面结构基本上采用半刚性基础结构，其干缩性和温缩性相对较大，故其施工碾压、养护过程中不可避免地产生裂缝。在冬季突然降温时基层的裂缝会因为温度收缩而继续拉裂，将给同样产生温度收缩的沥青混凝土面层一个附加拉应力，两个拉应力叠加一旦超过沥青混凝土的抗拉强度，沥青混凝土将产生温度型反射裂缝。下雨时，雨水沿裂缝进入，滞留在半刚性基层与面层之间，很难排走，加之车辆的高速行驶与压迫，路面结构层的受力情况一定会发生变化。

从面层考虑：沥青面层混合料的压实度不足是导致水破坏的最直接原因，根据压实度与空隙率的的计算公式：

压实度＝实测密度/马歇尔密度

空隙率＝1－实测密度/理论密度

压实度＝（理论密度/马歇尔密度）（1－空隙率）

可知，压实度越高沥青混合料嵌锁越紧，越密实，实际空隙率就越小。碾压过程应遵循少量喷水，保持高温，梯形迭进的原则。但往往在实际施工中，由于压力机具故障、操作不规范、碾压不均匀、碾压遍数不够、碾压温度控制不好，造成部分地方压实度不足，而且有时为了片面追求平整度，进行低温碾压，降低压实度标准，忽视了压实度，最终导致面层混合料压实度不足，低温碾压易造成空隙率多大，带来水损害破坏。

3.从排水设施分析

我省位于南方多雨潮湿地区，雨水较为频繁。搞好路面排水设施，对保证公路的使用性能和使用寿命具有十分重要的作用，对防止路面水损害更有其特殊的功能。我们知道发生水损害的路面，多数都有内表排水不良的原因存在。及时排除侵入面层中的水分，减少路面积水停留时间对减少路面病害极为重要。这几年，我省公路建设突飞猛进，往往只重视公路本身施工质量和工程进度，从而忽略了公路建成以后排水设施的建设，排水配套系统没跟上，一旦下雨，路面积水严重，再加上行车荷载的作用，导致路面破坏，还有就是高速公路中央分隔带的排水，人们往往重视不够，排水设计不够完善，雨水通过中央分隔带渗入路面结构层内部，最终导致水破坏产生。

4.从原材料规格分析

集料规格的好坏，直接影响到沥青与集料粘附性能、粘结力大小。沥青路面与其他水泥混凝土路面不同，它对集料的规格要求较高，因为它在相当程度上要依靠集料间嵌锁作用。但在实际施工中，人们往往对集料规格质量重视不够，材料把关不严，集料质量参差不齐，碎石针片状含量过高、含土量大，表面粉尘太多，直接导致沥青与集料之间粘结力下降，一旦水侵入沥青混合料内部，便会造成水损害破坏。采用二氧化硅含量高的石料（俗称酸性石料），与沥青的裹覆能力差；沥青与集料间的联结力是影响沥青路面寿命的一个重要因素，联结力的丧失会导致沥青路面的破坏。

沥青对集料性质和种类的选择性与筑路的就地取材原则是一对矛盾，为了解决这个矛盾，国内外提出过多种技术措施，其中以化学抗剥落剂和消石灰最为常用，国内主要以使用化学抗剥落剂为主。然而，缺乏长期使用性能和不同环境和交通条件下使用效果的系统评价。近年来的应用实践可以看出，目前常用的抗剥落剂对于高速公路重吨位、大交通量条件下的使用效果并不明显，国内已有高速公路沥青路面使用抗剥落剂后，仍然在通车后短时间内出现水损害早期破坏的例子。因此，国内外目前都在研究适用于高速公路的新的抗沥青剥落的技术途径，如：橡胶乳液裹覆、改性沥青等。

作为压实沥青混合料的强度指标。一般认为，沥青混合料内聚力指标能否得到满足，一定程度上取决于沥青膜与集料间是否有足够的联结力，同时也受到沥青膜粘度等因素的影响。由目前的技术水平还无法单独测定联结力的大小，因此目前只能用内聚力指标间接描述联结力情况。混合料原内聚力可以通过稳定度试验、回弹模量试验或拉伸试验来测定。水可以通过多种方式影响沥青混合料的内聚力，如：联结力、沥青膜和混合料内空隙的膨胀等，因此，浸水试验后内聚力测定值的损失，不仅仅是联结力单因素的作用结果。

在实际生产中，施工人员一般都严格按照实验室配合比中的骨料用量应用于实际生产。但这种方法生产的混合料往往不到设计要求，有的甚至出现较大偏差，出现了“目标配合比设计”与“生产配合比设计”不相符的情况，其原因就在于骨料的吸水性上。我国现行的沥青混凝土路面设计方法中，集料密度采用的是视密度，而在实际生产过程中，因为自然条件、环境因素的影响，使生产配合比与实验室配合比出入很大。

参考文献：

[1]纤维沥青混凝土应用技术研究高英刘发陈俊2006

[2]浅谈SBR改性沥青混合料路面施工技术陈红军孙迪2007

[3]沥青混凝土路面早期病害成因分析与对策单标云2009

[4]沥青混凝土桥面铺装早期病害原因分析孟凡成周军2007