沥青路面水损害及其预防措施分析
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摘要：水损坏已成为沥青路面早期破坏的主要方面之一。本文分析了静水和动水对沥青路面的损坏机理，并提出了沥青路面水损坏的防治措施。
关键词：沥青路面；水损害；防治
沥青路面以其足够的力学强度、对行车荷载等各种作用的良好承受力、行车平稳、舒适、无振动和噪音小的特点，在各国的高等级公路建设中都占有很大的份额。但在使用过程中，其所固有的一些缺点也逐步表现出来，如高温稳定性和低温抗裂性差、易老化、易出现水损害等。
水损害是指由于水的作用而引起沥青粘聚力和与矿料粘附性的下降，并进一步在水和荷载的作用下，出现剥落、坑槽、松散等破坏形式。沥青和矿料本身性质决定了水损害是一个普遍的问题，特别是在潮湿多雨地区。水损害问题已引起了世界各国的重视，已开始从各种角度对此问题进行研究，以减少和延缓水对路面的损害程度。因此加强对水损害的研究与防治，对于提高公路建设质量、延长道路使用寿命、减少养护投资等都有重要意义。本文分析了静水和动水对沥青路面的损坏机理，并提出了沥青路面水损坏的防治措施。
一、水浸入沥青路面内部的途径
沥青路面尽管空隙率较小，但是绝对不透水是不可能的，尤其在使用初期，其透水性更大，现场测试结果表明，在开放交通前结构的渗水率较高，开放交通半年后其平均渗水率达20～30ml/min，室内试验结果也同样表明我国常用沥青混合料渗透系数较大，分别为：AC—16B为0.044cm/s，AC—25I为0.018cm/s，因此雨季表面水有可能透过沥青路面浸入基层和底基层中。有专家指出路面渗入水是路面结构自由积水的主要原因。表面水也可能从两侧路肩或路面与路肩结合处以及中央分隔带缘石（通常是预制混凝土块）与路面的结合处透入路面结构层中。如果沥青面层产生了裂缝，表面水更会从裂缝透入路面结构层中。在地下水位接近地表的地段，特别是路基填土不高时，地下水可通过毛细作用进入路面结构中。沥青面层虽不是完全不透水，但却能阻碍路面结构层和土基中的水分蒸发。调查试验表明，水分从沥青面层中蒸发出来要比透进去困难得多、慢的多。浸入路面结构层中的水使结构强度降低、沥青与集料的粘附性下降，从而导致沥青路面过早破坏。
二、动水压力对沥青混凝土路面的影响
与静水压力相同，动水压力可以软化和剥落沥青混合料。并且，高的动水压力可以加速对混合料的软化和剥落。根据粘附理论，高能量的水分子与集料的粘附力比沥青与集料的粘附张力大，在集料表面加速与沥青分子的置换，使沥青混合料的品质迅速变坏。
静的孔隙水压力不影响介质的强度和变形。但是，由孔隙水压力现场测试可知，当面层中存在着多余的自由水时，路面上车轮迹附近的点在行车荷载经过的瞬时，重载在该点产生的孔隙水压力会达到峰值，并与邻近各点形成压力差，压力差将引起自由水的渗流。压力差和水流的大小和方向将随着外荷载的变化而不断变化。
这个压力差会对介质产生剪力，从而对混合料的强度和变形发生影响。同时，由于孔隙水压力的存在降低了混合料的抗剪强度，在每次荷载作用时可能发生初步剪切（冲刷），在行车荷载的反复作用下，这种剪切逐步积累并导致较大的变形。在局部强度和整体性不足的裂缝处，如果存在较多的自由水，高的孔隙水压力会产生高速水流。大小和方向不断变化的水流会对沥青混合料产生直接的冲刷作用，一旦其中细料被带走，反复的冲刷作用会使路面逐渐形成空洞和凹陷，进一步破坏结构的整体性，使破损范围不断扩大，严重降低路面的使用性能。孔隙水压力越大，对路面的破坏越严重。
总而言之，结构中过多的自由水、较多的细料、快速移动重载是导致沥青路面水损害不可或缺的因素。
三、减少沥青混凝土路面水损害的措施
现有的减少沥青路面水损害的主要措施是加强防水和排水。一方面利用密级配沥青混合料面层和下封层等措施，阻止雨水及地下水进入到路面中，从而减少水与沥青混合料的作用；另一方面是设计合理的排水措施，使进入到路面中的水份尽快排出，从而减少了水与沥青混合料的作用时间。防水和排水是减小沥青路面水损害必不可少的措施，但只依靠这两种措施尚不能完全解决沥青路面水损害问题。防水和排水只是治标不能治本，在防水和排水之间还有一个重要的环节，就是耐水；提高沥青混合料的耐水性，才是解决水损害问题的根本途径，也只有防水、耐水、排水三管齐下，才能彻底解决水损害问题。因此，减少沥青混凝土路面水损害的技术是道路和沥青制造部门共同研究的课题。常用的措施有以下三大类：
1）提高沥青与集料的粘附性—增强耐水性能
由沥青与矿料相互作用的基本理论可知，沥青与矿料的粘附性，取决于沥青-矿料-水三相系的平衡。各种改善措施，主要从降低在集料表面水对沥青的置换能力这一概念出发，保证在有水情况下沥青膜不发生收缩、剥离现象，仍能与矿料形成良好的化学吸附作用。例如，用一部分石灰、水泥代替矿粉，或在沥青中添加少量环烷类高分子有机酸、石油沥青与煤沥青混合等都能改善粘附性。石灰和水泥中CaCO3含量高，易形成正的吸附中心，与沥青中带有负电荷的表面活性物质可形成化学吸附层；各种液态抗剥落剂均属于表面活性物质，市场上较多的是胺类表面活性剂，一端是亲水性的胺基，与酸性石料有很强的亲和力，另一端是融于沥青的亲油性的烷基，由于它在沥青-矿料表面的形成定向排列可降低沥青-矿料界面张力，故能提高沥青与矿料的粘附性。
公路沥青路面施工技术规范规定，当用于高速公路、一级公路的石料为酸性石料时，宜使用针入度小的沥青，并采用抗剥离措施，使沥青与矿料的粘附性符合要求。这些措施有（1）用干燥的磨细消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一部分；（2）在沥青中掺加抗剥落剂；（3）将粗集料用石灰浆处理后使用。
从实际应用来看，用干燥的磨细消石灰粉或生石灰粉、水泥代替部分填料，现场操作简单方便，造价低廉，并具有较好的抗剥离效果。
2）级配优选，合理控制空隙率—增强防水性能
沥青混合料的水稳定性在很大程度上取决于空隙率和空隙结构以及沥青膜厚度。根据试验研究和理论计算表明，空隙率在4%～17%之间，水易于渗入而不易自由排出。在配合比设计中级配设计是一个很重要的方面。沥青混合料的级配决定了集料的嵌锁结构及压实特性。各种级配的混合料形成的沥青混凝土的内部结构各不相同，有的是悬浮密实结构，有的是骨架密实结构，不仅空隙总量不同而且空隙的连通性及孔径分布也是有区别的；可压实性不一样导致沥青膜厚度不相同，因此抗水渗透和软化能力不同。通过混合料级配的优选，合理控制路面空隙率，可以解决防水的问题。
3）设置良好的路面内部排水系统—增强排水性能
水是发生水损害的必要因素，所以设置良好的路面内部排水系统以迅速排出结构层的自由水不失为一项有效的措施。目前认为使用效果比较好的是设置碎石集料排水基层。
路面含水量的减少，必然减轻了路面各结构层遭受水损害的程度，主要有：
（1）减少了动水压力。在排水状态下，行车荷载产生的动水压力峰值会有所下降，减轻了水分对混合料的剪切和冲刷作用。
（2）减轻水分对混合料的静态软化和剥离作用，有效防止了混合料模量和劲度以及路面强度的降低。
（3）改善沥青路面的使用性能并延长它的寿命。国外的一些对比分析和试验观测结果表明，对于沥青混凝土路面，设排水基层的路面比不设的寿命约提高 30%。
四、结束语
1、水损坏已成为沥青路面早期破坏的主要方面之一，加强对水损害的研究与防治，对于提高公路建设质量、延长道路使用寿命、减少养护投资等都有重要意义。
2、路面渗入水是路面结构自由积水的主要原因，浸入路面结构层中的水使结构强度降低、沥青与集料的粘附性下降，从而导致沥青路面过早破坏。
3、沥青混凝土路面的水损害机理有两种：粘附力的损失和粘结力的损失，二者往往共同作用，难以区分。
4、动水压力可以加速对混合料的软化和剥落，车速越高，动水压力越大。
5、减少沥青路面水损害，应从防水、耐水、排水三方面入手，即提高沥青与集料的粘附性；级配优选、合理控制空隙率；设置良好的路面内部排水系统。
参考文献：
[1]程临全，浅析沥青路面的病害成因与防治，山西建筑，2005
[2]罗志刚，周志刚，郑健龙，沥青路面水损害问题研究现状，长沙交通学院学报，2003