公路水破坏的成因与防治

1、高速公路沥青路面水破坏的成因与防治措施 沥青路面和水泥路面的水破坏现象都十分普遍,实际上使用一年以上的每条高速公路不管是采用半钢性路面、刚性组合式路面还是刚性路面都产生了程度不同的水破坏（降水透入路面结构层后使路面产生的早期破坏现象）。差别仅在于有的高速公路水破坏现象严重，有的高速公路水破坏现象较轻。水破坏来得快，性质最为严重，因此它是路基路面的大敌，是路基路面的主要破坏因素。2沥青路面水损坏21概述 近年来，由于交通量的不断增长，重车增多，大型货车超载严重和渠化行车的作用，给路面带来了明显的早期破坏逐渐增多。沥青路面研究有关的课题也集中在车辙、低温开裂和疲劳开裂这三大破坏形式上，但另外一种破

2、坏形式水损害也逐渐引起人们的注意，也已形成世界性范围的问题。我国在这方面的研究还很少，还没有引起人们足够的重视。直至最近，一些高等级公路发生了较为严重的水损害问题，也到了重视水损害从早期水损害发生的过程来看，降水从路面空隙、裂缝、中央分隔带等进入路面结构，在水分的长期侵蚀下，沥青膜从矿料颗粒表面剥离，粘附性丧失，混合料逐渐松散，致使唧浆坑槽等损害现象产生并逐渐扩大。沥青路面的水损害是沥青路面存在水分的条件下，经受荷载和温度的反复作用，使沥青膜逐渐从集料表面剥离，并导致集料之问的粘结力丧失，而发生路面逐渐出现麻面、松散、坑槽等病害这些损坏有以下特点： 1)破坏发生在雨季，有时一场大雨就导致严重破

3、坏。 2)破坏之前一般先有小块的网裂，出现唧浆，然后松散形成坑槽。 3)发生水损害的地方一般是透水或排水不畅通的部位，挖开可以看见下面有积水或浮浆。 4)行车道破坏比较严重，超车道一般没有破坏，这与交通量、重载和超载交通有关。 5)一般不会整个路面同时破坏，这显然是由于沥青混合料的离析造成粗集料集中，形成局部区域空隙率过大，使路面渗水。 沥青路面产生水损害现象既有内因也有外因。外因主要与降水量、交通量、交通组成和行车速度有关。通常降水量大的多雨潮湿地区，水损害现象较为严重。交通量大，超载车辆多，并且行车速度快的高速公路水损害现象非常突出。水损害的内因首先是由于沥青混凝土的空隙率较大以及压实度偏

4、小，现场实际空隙率大，由于混凝土不均匀造成的局部空隙率更大。另外，沥青与碎石的粘结力不足也是重要原因。还有，路面设计时未考虑路面结构层排水，没有设置有效的防水层，不能很好的阻止水侵入结构内部，对于进入内部的水又不能很快的排出，这样就为水损害的形成提供了有利条件。 对于采用密实的I型级配路面结构，由于空隙率很小，理论上是不应该产生明显的水损害现象，但实际却不是这样。在调查分析中可以发现，水损害经常是一个个孤立的随机分布的小坑洞，有的路段数量较多，有的路段数量较少。事实上，铺成的沥青混凝土常是不均匀的。水损害常发生在沥青混凝土层空隙率较大和自由水容易透人的位置。当结构层不均匀性愈大时，空隙率较大的

5、位置愈多，水损害现象也就愈严重。导致沥青混凝土不均匀性大的主要原因包括：矿料颗粒组成的变化，沥青混合料拌和不均匀(拌和时间不足)，现场沥青混合料离析，沥青混合料温度不一致(摊铺机后面不同位置沥青混合料的实际温度常有明显差别，甚至高达40左右)。可见，沥青混凝土的不均匀性是造成密实的I型级配路面产生水损害的原因。 22 产生水损害的原因 产生水损害的结构原因：水分通过空隙或裂隙(或其它途径)进入沥青路面结构层内，并逐渐渗入到矿质集料表面。由于表面张力(和其它化学力)的作用，沥青与石料间的联结被削弱或完全剥离，汽车轮胎对路面的挤压搓揉作用及与路面间的真空吸附作用加速了剥离的进程，致使路面很快损坏。

6、 产生水损害的材料原因：二氧化硅含量高的石料(酸性石料)与沥青的裹覆能力差。沥青与集料间的粘附力是影响沥青路面寿命的重要因素，粘附力丧失会导致沥青路面破坏。影响沥青与集料粘附的因素有： 1)沥青和集料的表面张力； 2)沥青和集料的化学成分； 3)沥青的粘度； 4)集料的表面纹理； 5)集料的多孔性(吸附能力)； 6)集料的清洁程度； 7)集料的含水量和沥青的拌和温度。 有4种理论可以用来解释沥青与集料的粘附机理，它们是： 1)力学特性。粘附力依赖集料的特性，如表面纹理、多孔性、表面吸附、比表面积(颗粒尺寸)等。一般来说，表面粗糙和多孔的集料可以使沥青更好地吸附在其表面，产生较大的范德华力。 2

7、)化学反应。依赖于沥青和集料的化学成分。由于沥青含有有机酸，总体上是弱酸性，所以往往和碱性石料有较强的粘附力。 3)表面能理论。采用集料与沥青、集料与水间的表面能差异，来解释沥青与集料的粘附力。 4)集料表面电荷。酸性集料表面带负电荷，所以粘附了沥青的酸性石料，遇水则容易发生剥离。碱性集料反之。产生水损害的施工和设计原因：路面空隙率过大是造成沥青混合料水损害的根本原因。在施工中过分强调路面平整度，致使路面碾压不足，空隙率过大；或因为混合料离析，路面局部空隙率过大。目前，沥青混合料设计中常用的空隙率测定方法(水中重法、体积法等)只能给出混合料中空隙的总含量，无法给出混合料中空隙的尺寸、分布形状等

8、信息。 沥青混合料中集料与沥青粘附性的试验方法有水煮法、水浸法和动力水浸法等。这些方法是将沥青混合料或裹覆沥青的规格颗粒放入水中并按要求加热一段时间后，取出观察集料颗粒表面沥青膜的存留量，用此评价沥青与集料的粘附力。这些试验方法简单，但试验结果受人为因素影响较大。 另一种方法是残余强度法：取2组试件，一组进行常规的强度试验(抗压、抗拉强度、模量，马歇尔稳定度等)，另一组浸水后(控制水饱和度以及循环次数)进行强度试验，并计算2组试件强度的比值。以沥青混合料浸水后强度损失来评价其水稳定性。残余稳定度标准取8570不等，要求偏低。23 产生水损害的评价指标与方法 空隙率与水损害关系 ：压实度不足是早

9、期水损害的主要原因。研究表明，热拌沥青混合料4一5的空隙率被认为是不透水的。大多数沥青混合料设计空隙率为35。施工完毕，大多数要求压实度达到92，即空隙率为8。23年后，经过车辆压实可以认为达到了设计空隙率。 研究指出，空隙率和渗透之间并不呈直线关系。当混合料的空隙率15时，混合料也很少出现水损害，因为此时从水混合料中可以接近自由流动，持水时间不长。 而在这2个空隙率之间，则是可能出现水损害的危险范围。空隙率在815之间的沥青路面，水分浸入后，水分会长时间滞留，在有快速交通荷载作用时，空隙中的水分变成有压水形成强烈冲蚀，沥青从矿料颗粒表面剥离，矿料颗粒之间失去粘结，导致沥青混合料松散。231现

10、行评价指标和方法的缺陷 对大量发生水损害的工程进行调查后发现，水稳性试验结果很好，沥青与矿料的粘附性等级可达4、5级，残留稳定度可达90，甚至98以上，但水损害现象依然难以避免。这说明现行试验方法的试验结果与实际效果相关性较差。232水煮法试验 集料与沥青的粘附性指标，目前还没有粘附性等级与路面水损害关系的长期性能观测资料，也没有资料表明粘附性4级就不会产生水损害。粘附性等级用水煮法试验评价，水煮法试验结果受人为判断因素影响太大。水煮法只使用了粒径为95132 mln的粗集料，而事实上部分细集料砂与沥青粘附性较差，在试验中没有得到体现。调查表明，很多沥青路面的松散是从细料的散失开始的，致使较大

11、颗粒暴露和孤立，在行车荷载的作用下大颗粒脱落，导致路面混合料松散。233马歇尔残留稳定度试验 马歇尔残留稳定度试验采用设计配比(设计级配和最佳沥青用量)的沥青混合料，75次马歇尔击实仪双面击实，试件空隙率已达到设计空隙率(35)，水分很难浸入。没有足够的水，水损害也就谈不上了。试验空隙率水平不能与沥青路面实际空隙率相一致是该法的最大不足。简化的洛特曼试验方法 该法要求按照设计配合比双面各击实50次成型沥青混合料试件，但试件的空隙率不明，无法确认其与沥青路面实际空隙率的关系。上述各种试验方法的缺陷是造成我国高等级公路沥青路面水损害多发的重要原因24 水损害的预防 调查表明，造成沥青路面水损害破坏

12、的非常复杂，可以归结为沥青混合料空隙率过大、压实度不足、路面渗水、路面厚度偏薄、沥青混合料抗水损害能力不足、排水设施不完善等。水损害的预防和治理是一项非常复杂的工作，它涉及到材料的级配，结构层的设计，施工的工艺水平以及通车后的长期养护。因此，必须从设计、施工和养护三方面综合考虑采取多种措施，才能有效预防水损害现象的产生。具体如下： 241应该考虑如何使水不容易侵人路面结构层例如，防止中央分隔带植草植树后水侵人路面，有的高速公路将中央分隔带封闭后，在其上摆大盆栽树是一种值得提倡的措施；防止凸型中央分隔带两侧缘石与面层沥青混凝土连接处粘结不好而透水，如京津唐高速公路那样不作凸型中央分隔带并取消路缘

13、石，消除水透人面层的这一途径。此外，当出现纵向和横向裂缝时应该及时封闭，防止水沿裂缝侵人结构层。为较好的防止水侵人，可以使面层的各层都采用空隙率不大于5 的密实沥青混凝土。实践表明，沥青面层中那一层空隙率大，一旦水进人，那一层就会产生水损害。某高速公路沥青面层的表层和中层都是密实的I型沥青混凝土，但底面层是空隙率较大的型沥青混凝土，开放交通不久，在某些路段上产生了早期纵向裂缝。雨水从纵向裂缝进人并滞留在底面层，使沥青混凝土的强度显著减弱。虽然初期沥青面层尚未产生其他明显的水损害现象，但随着开放交通时间增长，路面逐渐产生了网裂等表面破损。因此，在保证面层混合料高温稳定性、低温抗裂性和抗滑性的基础

14、上，应该尽量减小各层混合料的空隙率，最好全部面层结构都采用空隙率不大于5的密实沥青混凝土。242 应该提高沥青与矿料的粘结力当水进人沥青混合料后，在快速重载车辆作用下容易产生沥青剥落现象。为减轻沥青剥落，改善沥青混凝土的水稳定性和耐久性，需要增强沥青与矿料的粘结力。有关研究建议，为加强粘结力应该保证中面层和底面层的粘结力不小于4级，表面层的粘结力不小于5级。243 应该提高混合料压实标准沥青混凝土的压实度不仅对沥青混凝土的物理力学性质有着重要的影响，而且是决定现场空隙率的主要因素。对于配合比设计空隙率为4 的同一种沥青混凝土，在不同压实度下的现场空隙率有明显差别。在压实度为96时，现场空隙率接近8 ；在压实度为98时，现场空隙率接近6 ，前者的渗透系数明显大于后者。所以在实际施工中，要严格保证压