半刚性基层沥青路面结构和材料特性分析

——水损坏的特性、原因及防治措施

[摘要]：水损坏是当前影响高速公路路况，造成高速公路沥青路面破坏的重要因素。本文分

析了水损坏产生的机理和原因，并提出沥青路面防治水损坏的措施。

[Abstract]:Damage of water is the main factor that affects the pavement and the damage of asphalt pavement in expressway. This paper analyzes the mechanism and the cause of water damage, and puts forward the measures of preventing water damage from asphalt pavement.

[关键词]：沥青路面 水损坏 作用机理 特点 原因 防治措施

[前言：随着高速公路沥青路面的快速发展与建设，沥青的水损坏问题也变得越来越重要，道路工作者也对其越来越重视。做好对沥青路面水损坏的防治，不仅有利于行车的安全性与舒适感，还能延长沥青的适用寿命，节约经济。

沥青的水损坏指沥青路面在存在水的条件下经受交通荷载和温度胀缩的反复作用，一方面水分逐步浸入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用，沥青膜渐渐地从集料表面剥落，并导致集料之间的粘结力丧失而路面破坏的过程[1]。水损坏的发展是一个自下而上的过程，即由沥青层底部逐渐向上扩展，最终贯穿整个沥青面层造成破坏。这个发展规律与地表下的湿度分布密切相关。地下水在蒸发压和毛细作用下，在地下水位较高的条件下，毛细水可以到达沥青面层底部造成该部位的侵蚀。从沥青层的缝隙侵入的外界水也容易在较长时间内积存于沥青层底部。所以沥青剥落一般从沥青层底部发生并逐渐向上发展[2]。

1 沥青路面水损坏的特点及形式

沥青路面水损坏具有以下特点：①损坏发生在雨季，特别是梅雨季节；②多发生在行车道，尤其是重车道比其他车道严重；③发生水损坏的地方一般透水比较严重，排水不通畅；④破坏之初一般先有小块的网裂、冒白浆，然后松散成坑洞[3]。

形式：

唧浆 网裂

坑洞 辙槽 2 沥青路面水损坏的机理

水对沥青面层的损坏包括静水压力作用和动水压力作用。首先，当水渗入沥青混合料本身存在的孔隙以及半刚性基层收缩变形产生的反射裂缝时，如果路面结构内部排水不畅，水便存留在路面内部，由于水对沥青起到乳化作用，使沥青粘附性减小，导致混合料强度和刚度降低；其次，水能进入沥青膜与集料之间，阻断沥青和集料的相互粘结作用。由于集料表面对水具有更强的吸附力，致使沥青与集料表面的接触面逐渐减小，最终沥青从集料表面剥落[4]。

当车辆高速通过时，车轮的压力将使路面结构中的水受到挤压作用，水在高压作用下渗入路面结构中；而当车辆离开路面时，水又受到车轮轮胎的吸引力作用，路面结构中的水又被吸出路面。这两种力瞬间作用将使面层与基层间的浆水唧出路面表面，是路面结构遭到破坏，严重时会造成路及强度下降，变形增加，从而使路面结构失去有效的支撑，产生不均匀沉降，加速路面结构的破坏，缩短道路的使用寿命。

路面结构层水分来源

3 沥青水损坏的工程实例

京秦高速公路由北京开往秦皇岛，是一条重要的交通干线，交通量大，重载货车的比例高，而且靠近渤海海岸线，年均降雨量大，在663mm—769m之间。根据病害调查结果，京秦高速公路水损坏现象最为严重，占所有病害比例的%以上。

4 沥青路面水损坏产生原因

4.1 路面排水系统不健全

路面的水损坏是在有水作用的条件下，路面承载能力严重降低，荷载的作用导致路面损坏。排水不良是造成水损坏的重要原因。秦高速公路上，由于没有采取全面的上面层底面的

防排水措施，导致在上面层空隙率不太大的情况下，重载车辆在高速行驶下产生的较大动水压力使得水分进入沥青面层内部。在我国，大多数路面排水往往只重视路基范围内及路表以外的水的排除，而对路面结构层内的排水则很不重视。我国路面基层普遍采用半刚性基层，近年来对半刚性基层的强度要求越来越高，混合料也越来越致密，基本是不透水的。大多数沥青路面面层本身封不住水。上面渗入的雨水及冰冻地区春融期融化的水容易积聚在基层表面，成为浮浆，造成水损坏[5]。 4.2 路面离析和不均匀

离析表现为混合料粗细集料和沥青含量的不均匀。粗集料集中的部位往往空隙率过大，沥青含量偏少，加速路面出现水损害，形成坑槽；粗集料离析后混合料的拉伸强度低，抗裂性能差，降低疲劳寿命；细集料集中部位则沥青含量偏多，空隙率过小，导致路面永久变形并出现泛油。京秦高速公路全线的空隙率较大，使水更容易侵入，形成水损坏。 4.3 路面压实度不足

压实不足是一个比较突出的问题，在这种情况下，混合料的空隙率加大，对各种使用性能都有影响。在沥青路面施工过程中，如遇雨天，一部分水分经碾压被封闭在沥青混合料中，将严重影响集料与沥青以及铺装层与下层的粘结，同时寒冷、潮湿的气候条件也将影响到沥青混合料的压实与相互粘结，极易造成沥青路面水损坏。开放交通后，行车的碾压会造成混合料的压密变形而形成不正常的车辙，使水进入孔隙。 4.4 沥青混合料的性质

沥青混合料中集料的亲水性、表面化学性质、表面积、孔隙大小等对沥青混合料的水稳定性有很大影响；当集料表面含有铁、钙、镁、铝等高价阳离子时，与沥青产生化学吸附时形成稳定的吸附层;；当含有钠、钾等低价阳离子时，与沥青产生化学吸附形成的吸附层极不稳定，遇水易被破坏。集料表面的洁净程度对集料与沥青的粘附性影响也很大，泥土、粉尘将沥青与集料表面隔离，遇水易剥落[6]。混合料中沥青粘性越大，沥青中存在的极性物质越多，润湿性越好，抵抗水的置换能力越强。此外，沥青混合料的类型也对沥青路面水稳定性有一定影响：对于热拌密级配沥青混合料，其透水性小，水分浸入较困难，一般不易产生水损坏现象。 4.5 其他原因

除了上述原因之外，还有其他的一些因素会造成沥青路面的水损害。例如超载，这个现象在我国非常的严重，尤其是在山西、内蒙古等地，虽然路面设计、施工没有问题，但是经常承受的荷载是设计荷载的好几倍时，路面就会出现车辙、裂缝、坑洞等，这样一遇到水就会形成水损坏，京秦高速公路中的重载货车比例较高，对路面压力也就变大，使路面更容易出现裂缝。还有就是施工过程中的一些注意事项，例如集料要在干燥的情况下与沥青拌和，因为湿集料不能与沥青充分粘结，施工缝要及时合理的处理，选择合理的季节施工等等。

影响沥青水稳定性的因素总结 因素 集料 表面构造 空隙率 矿物成分 表面潮湿 表面化学组成 矿物填充 粘性 化学性质 膜厚 期望性质 粗糙 依赖于孔隙大小 碱性集料更利于抗剥落 干燥 能服从与氢结合中夺取电子 增加沥青粘性 高 氨基和苯酚 厚 沥青 混合料类型 气候条件 空隙率 级配 沥青含量 温度 施工期降雨 施工后降雨 施工后冻融作用 交通荷载 很低或很高 很密或很开 高 热 没有 最小 最小 最低

5 沥青路面水损坏防治措施

5.1 优化路面排水系统

如果进入路面的水是由于雨水或融雪造成的，那么想要做到及时排水是比较困难的。在防护过程中，当水积存于路面结构内部时，可以通过边缘及时排出，如果水积于层间可以通过路肩排水系统。若分隔带为粉砂土，毛细水、雨雪水等大气降水、绿化清洁喷水等都会由于粉砂土的特性容易造成从侧面侵入路面结构层，造成排水不畅，导致路面水损坏。所以， 要排纵向排水沟部分的水，需要带孔的PVC管或填充单一粒径的碎石、砂滤层、多孔混凝土等在纵向沟外面包上单向渗透的土工布，每隔十几米或几十米设一横向沟，将水排至边沟[7]。

5.2 防止沥青混合料离析 沥青混合料装卸、运输、摊铺、碾压过程中应采取正确的工艺措施，以防止混合料离析。混合料离析有材料离析、温度离析、碾压离析三种形式。混合料装运时应前后移动车厢，同时尽量使车辆中轴线与拌和机卸料斗中轴线一致，运输过程中应覆盖保温，防止温度离析。摊铺过程中应使螺旋分料器连续稳定地转动，否则会因中间缺料造成离析带，压路机应紧跟 摊铺机进行碾压，当摊铺宽度大于 6 m 时，宜采用两台同型号的压路机并排碾压，碾压状态保持一致，重叠宽度不宜小于 15 cm，边缘应设置挡板，防止碾压离析[8]。 5.3 提高沥青的水稳定性

为提高高速公路沥青路面水稳定性，可采取以下措施：一是集料与沥青的粘附等级应达到5级，允许沥青膜有移动，但是不能有裸露的石料；二是必须对沥青混合料进行水稳定性检验，要求残留稳定度不小于85% ，冻融劈裂残留强度比不小于80% [9]；三是如果集料抗剥离能力不足，可渗入一定剂量的抗剥离剂或石灰，以提高沥青与集料的粘附能力；四是可采用改性沥青，以提高胶结料的粘附能力。 5.4 控制集料含泥量和细集料含量

应选择干净的片块石进行破碎加工，铲运时不能粘有泥土，同时碎石加工设备必须配备除尘装置，控制粉尘含量，将细集料中0.075mm以下的粉尘控制在10%以内，细集料砂当量指标达到60%以上[10]。 5.5 下封层设计

多雨地区基层顶面必须设计下封层，其形式应综合考虑基层的材料和施工工艺情况，确保下封层有效防水，分隔带防水封层应与下封层同时施工，使封层覆盖路基全断面，施工时应将分隔带内多余松散的底基层和基层予以清除。 5.6 加强监督与管理

在施工过程中要加强监督，一方面及时纠正错误的施工方法，另一方面杜绝偷工减料的现象；道路开通后，要加强对道路行车的管理，制止超载现象，保证道路在正常状态下运营。

6 结语

公路沥青混凝土路面水损坏，不仅与公路沥青路面设计、施工、排水、防护等方面有关，而且与公路沥青路面使用、养护和管理联系紧密。因此要消灭公路沥青混凝土路面水损坏质量通病，设计、施工、养护等单位必须按现行规范标准，结合工程实际，对公路沥青路面结构层、排水设施设计和施工问题给予高度重视，严格有效地采取上述措施，做到尽职尽责。这样，就能最大限度地避免施工期间以及运营期间地下水和地表水对公路沥青混凝土路面造成的水损坏，延长沥青路面的使用寿命，确保各级公路能够让行人稳定、安全、舒适、高速地通行。

参考文献：

【1】黄晓明，朱湘.沥青设计路面[M].北京：人民交通出版社，2002 【2】孙立军.沥青结构行为理论[M].上海：同济大学出版社，2003

【3】关长禄，吕得保，陶志政.沥青路面用改性矿料技术[M].北京：人民交通出版社，2013 【4】黄晓明，吴少鹏，赵永利.沥青与沥青混合料[M].南京：东南大学出版社，2002 【5】张登良.沥青路用工程手册[M].北京：人民交通出版社，2003

【6】Christopher Martin Raymond. Investigation of Roughness Trends in Asphalt Pavement Overlays[J]. A thesis to the University of Waterloo in fulfillment of the thesis requirement foe the degree of Doctor of Philosophy in Civil Engineering 2001

【7】李俊龙.浅议沥青路面水损坏的原因及防护措施[J].广西凭祥市城市建设投资有限责任公司.2011

【8】刘岩，魏连雨，葛景锋.沥青路面水损坏分析及防治措施研究[J].河北工业大学土木工程学院.2012

【9】沙庆林.高等级公路半刚性基层沥青路面[M].北京：人民交通出版社，1998 【10】梁锡三.沥青混合料设计及质量控制原理[M].北京：人民交通出版社，2008