李 閩

(福建交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福州 350007)

隨著海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的建設(shè)，福建交通狀況發(fā)生了翻天覆地的變化，高等級(jí)公路與日俱增，交通得到了迅猛發(fā)展，特別是重型車(chē)輛不僅在數(shù)量上增長(zhǎng)快，而且軸載負(fù)荷也越來(lái)越大，但在高等級(jí)瀝青路面的使用過(guò)程中出現(xiàn)了各種形式的路面早期損壞現(xiàn)象，如車(chē)轍、松散剝落、坑槽、裂縫等病害。調(diào)查研究表明：許多路段的病害多發(fā)生在雨季，并與汽車(chē)的重、超載作用直接相關(guān)。

1 瀝青路面水損害及水穩(wěn)定性作用機(jī)理

水損害是瀝青路面在水或凍融循環(huán)的作用下，由于汽車(chē)車(chē)輪動(dòng)態(tài)荷載的作用，進(jìn)入路面空隙中的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用，水分逐漸進(jìn)入瀝青與集料界面上，使瀝青黏附性降低并逐漸喪失，瀝青膜從集料表面剝離，瀝青混合料松散從而導(dǎo)致路面松散、剝落、坑槽等病害。

瀝青路面的強(qiáng)度取決于集料顆粒間的摩擦力和嵌擠力、瀝青膠結(jié)料的黏結(jié)性以及瀝青與集料之間的黏附性。由此可見(jiàn)，黏附性是保證摩擦力和嵌擠力發(fā)揮強(qiáng)度作用的先決條件。根據(jù)黏附理論可知水穩(wěn)定性作用機(jī)理主要指兩個(gè)方面：一個(gè)方面指的是水降低了瀝青的黏附性，由于一般集料都是親水性材料，水分可進(jìn)入瀝青與集料之間，使得瀝青與集料表面的接觸面減小而黏結(jié)力降低，再加上水對(duì)瀝青形成沖刷從而導(dǎo)致瀝青薄膜剝落，使集料裸露而破壞；另一個(gè)方面是指水進(jìn)入瀝青與集料間、隔離了瀝青與集料的黏結(jié)。

通過(guò)上述對(duì)水損害的定義及水穩(wěn)定性作用機(jī)理的分析，為我們進(jìn)一步研究瀝青路面水損害產(chǎn)生的原因提供了理論依據(jù)。

2 瀝青路面水損害的原因分析

2.1 氣候因素

福建省的氣候特征是夏季氣候炎熱，最熱月份平均最高氣溫>30℃；降雨量大，年降雨量>1 000mm，濕度大。針對(duì)瀝青路面而言就必須把高溫與多雨的氣候條件作為重點(diǎn)考慮因素。

2.2 汽車(chē)荷載因素

福建省大力推進(jìn)海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)，提高經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力，汽車(chē)制造業(yè)和汽車(chē)運(yùn)輸企業(yè)以及港口吞吐量都得到了迅猛發(fā)展，高等級(jí)公路承擔(dān)越來(lái)越繁忙的運(yùn)輸任務(wù)，同時(shí)公路運(yùn)輸企業(yè)為了不斷提高經(jīng)濟(jì)效率，降低運(yùn)輸成本及能源消耗，導(dǎo)致高等級(jí)公路上大型集裝箱車(chē)運(yùn)輸車(chē)輛越來(lái)越多且超載現(xiàn)象普遍存在。

由路面病害調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)：處于超載超限狀態(tài)下的路段比正常荷載狀態(tài)下路段更易產(chǎn)生車(chē)轍、橫向裂縫、坑槽及松散剝落等病害，以上病害都給水的浸入提供了通道，再加上車(chē)輛荷載的作用，根據(jù)水穩(wěn)定性作用機(jī)理可知產(chǎn)生瀝青路面水損害就成必然的趨勢(shì)。

2.3 設(shè)計(jì)因素

2.3.1 路面結(jié)構(gòu)不夠合理

調(diào)查發(fā)現(xiàn)損壞的瀝青路面在設(shè)計(jì)上普遍存在層厚與瀝青混合料公稱(chēng)最大粒徑不匹配：層厚偏小，最大公稱(chēng)粒徑偏粗，厚徑比偏小的問(wèn)題。福建省某高速公路瀝青層的厚徑比見(jiàn)表1。

表1福建某高速公路瀝青面層層厚與混合料公稱(chēng)最大粒徑

層位混合料類(lèi)型代號(hào)最大公稱(chēng)粒徑(mm)層厚(mm)厚徑比上面層中粒式AK-16A16402．50中面層粗粒式AC-2526．5501．89下面層粗粒式AC-2526．5702．64

從表1可知，符合我國(guó)現(xiàn)行公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定，表面層集料最大粒徑不大于層厚的1/2、中下層不大于2/3的要求。但實(shí)踐研究表明：當(dāng)最大粒徑與層厚比超過(guò)1/3時(shí)(即厚徑比小于3)，容易引起瀝青混合料的離析，而且不易壓實(shí)，更容易導(dǎo)致路面局部區(qū)域空隙率過(guò)大，成為透水、積水的場(chǎng)所，造成瀝青與集料的剝離。

2.3.2 級(jí)配與空隙率不匹配

控制瀝青路面表層礦料級(jí)配的指標(biāo)眾多，但主要指標(biāo)是混合料的設(shè)計(jì)空隙率和路面實(shí)際空隙率。而原瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定對(duì)瀝青混合料路面壓實(shí)度指標(biāo)只要求按馬歇爾密度的壓實(shí)度不小于96%，并沒(méi)有充分考慮瀝青混合料結(jié)構(gòu)類(lèi)型下最大理論密度壓實(shí)度以及瀝青混合料抗?jié)B指標(biāo)，但實(shí)際情況是按瀝青施工技術(shù)規(guī)范要求控制得到的懸浮密實(shí)型瀝青路面的實(shí)際空隙率大部分都超過(guò)了7%(見(jiàn)表2)。

表2 96%壓實(shí)度控制的馬歇爾試件空隙率與路面實(shí)際空隙率對(duì)照表

注：路面實(shí)際空隙率=100%-96%×(1-馬歇爾試件空隙率)

據(jù)國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)對(duì)密級(jí)配瀝青混合料空隙率與透水性的研究以及美國(guó)的Brown和Collins等在美國(guó)喬治亞州對(duì)離析混合料的研究表明，當(dāng)瀝青路面的孔隙率在8%(相當(dāng)于設(shè)計(jì)空隙率為4%而壓實(shí)度為96%的情況)以下時(shí)，混合料的透水性很小，幾乎不透水，不易產(chǎn)生水損害；而當(dāng)路面實(shí)際空隙率為8%～15%的范圍內(nèi)時(shí)，水就容易進(jìn)入混合料內(nèi)部造成水損害。

2.3.3 原材料選擇及配比方面

黏性大的瀝青的抗水性能要比黏性小的瀝青好,這是由于黏性大的瀝青中存在較多的極性物質(zhì),并具有良好的濕潤(rùn)性。聚合物改性瀝青通常具有良好的抗水性能。集料是由礦物質(zhì)組成的,每種礦物質(zhì)都有其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)。對(duì)于剝落而言,關(guān)鍵是集料對(duì)水的吸附能力的大小,親水性材料對(duì)水的吸附能力比瀝青大,而憎水性材料恰好相反。通常親水性材料有較多的硅質(zhì)含量,集料顯酸性；而憎水性材料硅質(zhì)含量較低,集料呈堿性。另外,瀝青混合料水穩(wěn)定性不足，采用抗剝落劑，沒(méi)達(dá)到目的；瀝青混合料礦料級(jí)配不合理、空隙率過(guò)大；路面密水性差；混合料水穩(wěn)定性不足。

2.3.4 防排水設(shè)計(jì)不善

不重視防排水設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中最薄弱環(huán)節(jié)之一。路面結(jié)構(gòu)層排水不暢；中央分隔帶向路面體滲水；路表面及邊溝排水不暢，路面積水；挖方段路基滲水，排水一般采用堵的方式，盲溝效果不好。

2.4 施工及施工管理因素

2.4.1 瀝青路面施工

在瀝青路面施工工序中，厚度、壓實(shí)度及平整度是三個(gè)最重要的技術(shù)指標(biāo)，一定要在確保壓實(shí)度的前提下努力提高平整度，但一些工程由于施工過(guò)程中片面追求平整度造成壓實(shí)度受到較大的影響，導(dǎo)致了路面的損害。

2.4.2 施工管理

施工管理不嚴(yán)，混合料拌合不均勻以及礦料中雜質(zhì)塵土過(guò)多，運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生離析，攤鋪和碾壓溫度控制不好，這些都嚴(yán)重影響到瀝青與礦料之間的黏結(jié)，從而使瀝青路面易產(chǎn)生水損害。

2.5 養(yǎng)護(hù)因素

由于我國(guó)高等級(jí)公路養(yǎng)護(hù)歷史較短，養(yǎng)護(hù)管理只能沿用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，一般是依靠路面狀況的定性觀察和工程師的主觀經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定養(yǎng)護(hù)路段和養(yǎng)護(hù)技術(shù)措施，缺乏一定的先進(jìn)性和準(zhǔn)確性，并且養(yǎng)護(hù)技術(shù)手段落后。

3 瀝青路面水損害的防治措施

根據(jù)以上分析，瀝青路面產(chǎn)生水損害的原因復(fù)雜多樣，無(wú)法通過(guò)單一的技術(shù)途徑輕易地解決。因而，必須做好病害發(fā)生前的“防”，同時(shí)還應(yīng)做好病害發(fā)生后的“治”，防止病害進(jìn)一步擴(kuò)大，從各個(gè)方面采取綜合治理措施，將損害發(fā)生的可能降低到最小程度。

3.1 優(yōu)化面層結(jié)構(gòu)

優(yōu)化面層結(jié)構(gòu)，增加中、下面層厚度，控制厚徑比使之大于3(見(jiàn)表3)。

表3 公路瀝青面層層厚與混合料公稱(chēng)最大粒徑

現(xiàn)在瀝青面層的集料粒徑普遍偏粗，通過(guò)控制與調(diào)整使其與相應(yīng)的壓實(shí)層厚度匹配，并使厚徑比不小于3。

3.2 優(yōu)選原材料，調(diào)整混合料級(jí)配

3.2.1 集料

集料的親水性程度也直接決定著瀝青和集料之間黏附性的優(yōu)劣。使用憎水堿性石料時(shí)的黏附性?xún)?yōu)于親水酸性石料的黏附性，因此采用石灰?guī)r集料拌制的瀝青混合料，其黏附性明顯好于酸性的花崗巖瀝青混合料。對(duì)于用于高速公路、一級(jí)公路、城市快車(chē)道、主干路瀝青路面表面層的粗集料應(yīng)該選用堅(jiān)硬、耐磨、抗沖擊性好的碎石或破碎礫石，不得使用篩選礫石、礦渣及軟質(zhì)集料，該類(lèi)粗集料應(yīng)滿(mǎn)足粗集料磨光值以及與瀝青黏附性的技術(shù)要求。當(dāng)堅(jiān)硬石料來(lái)源缺乏時(shí)，允許摻加一定比例較小粒徑的普通粗集料，摻加比例根據(jù)試驗(yàn)確定，同時(shí)，對(duì)在瀝青路面面層使用與瀝青黏結(jié)性差的天然砂或花崗巖、石英巖等酸性巖石破碎的人工砂及石屑等細(xì)集料時(shí)，應(yīng)采取抗剝落措施對(duì)細(xì)集料進(jìn)行處理。另外，為了改善瀝青混合料水穩(wěn)定性，可以采用干燥的磨細(xì)生石灰、消石灰粉或水泥作為填料，但其用量不宜超過(guò)礦料總量的1%～2%。眾所周知，保證材料的質(zhì)量合格是創(chuàng)建合格、優(yōu)質(zhì)工程的前提，對(duì)于集料的采購(gòu)和供應(yīng)，必須事前取樣做好試驗(yàn)，符合質(zhì)量要求才能進(jìn)貨，嚴(yán)把材料的質(zhì)量，不合格的材料決不用于施工，防止不合格的材料給工程造成重大損失。

3.2.2 瀝青

瀝青與集料的黏附性主要取決于瀝青自身特點(diǎn)，隨著瀝青稠度的增加或?yàn)r青中一些類(lèi)似瀝青酸的活性物質(zhì)的增加，其黏附性加大。高等級(jí)瀝青混凝土路面的下面層宜采用優(yōu)質(zhì)的道路石油瀝青70號(hào)，中、上面層宜優(yōu)先選用SBS改性瀝青，下封層和黏層宜采用改性乳化瀝青。

3.2.3 瀝青混合料的配合比

采用懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)的瀝青混合料的水穩(wěn)定性比采用骨架空隙結(jié)構(gòu)瀝青混合料的水穩(wěn)定性要好，兼顧福建省高溫氣候特點(diǎn)，瀝青面層可以采用密實(shí)的粗型“S”型開(kāi)級(jí)配，使路面均勻密實(shí)。

3.3 加強(qiáng)路面施工質(zhì)量及管理

3.3.1 施工操作

瀝青面層宜連續(xù)施工，在沒(méi)有特殊情況下，瀝青面層和基層最好在一天內(nèi)施工完畢，這樣可以大大地減少層間污染，從而有效避免瀝青層的早期損壞。瀝青結(jié)構(gòu)層之間的黏結(jié)宜采用噴灑快裂型乳化瀝青黏層油，使結(jié)構(gòu)層之間完全連續(xù)是一個(gè)整體。

3.3.2 施工質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理

對(duì)瀝青混合料或?yàn)r青路面來(lái)說(shuō)，離析是產(chǎn)生局部損壞的>重要原因，如何發(fā)現(xiàn)離析并采取措施，提高混合料的均勻性是防止瀝青路早期損壞的重要手段之一，這必須借助于動(dòng)態(tài)質(zhì)量管理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.3.3 鋪筑試驗(yàn)路

對(duì)高等級(jí)公路應(yīng)嚴(yán)格按施工技術(shù)規(guī)范要求在正線上按正規(guī)的施工工藝鋪筑正式的試驗(yàn)路段，而不是在老路、匝道、連接線上鋪筑，真正起到對(duì)正線施工的指導(dǎo)作用，保證施工質(zhì)量。

3.4 設(shè)計(jì)完善的排水系統(tǒng)

3.4.1 適當(dāng)增大路拱橫坡,改善超高路段的排水

福建省是多雨潮濕地區(qū),可采用公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)橫坡的上限,以利于排水,在超高路段,水是反向流向路面內(nèi)側(cè),必須做好集水井等排水設(shè)施,內(nèi)側(cè)邊溝和排水管、盲溝等各種措施都必須仔細(xì)考慮。

3.4.2 減少水分在瀝青面層中的滯留時(shí)間

減少水分在瀝青面層中的滯留時(shí)間無(wú)疑會(huì)減少水損壞的危害,瀝青路面的排水系統(tǒng)必須嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì),在硬路肩下面設(shè)置碎石排水層,必須在超高段底部設(shè)置排水盲溝,確保層間水和表面水能迅速排出路面；另一方面在保證抗車(chē)轍能力的條件下,可減少瀝青路面的空隙率,同時(shí)設(shè)置完好的層間防水黏結(jié)層,防止水分下滲。

3.5 加強(qiáng)公路養(yǎng)護(hù)管理

瀝青路面在使用過(guò)程中要保持良好的使用品質(zhì)和延長(zhǎng)使用壽命，養(yǎng)護(hù)是關(guān)鍵。因此必須采取先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)機(jī)械設(shè)備及技術(shù)，不斷改進(jìn)和提高養(yǎng)護(hù)作業(yè)方式和施工工藝，走機(jī)械化養(yǎng)護(hù)的道路，從而降低養(yǎng)護(hù)成本，提高養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

福建省氣候炎熱多雨，交通網(wǎng)絡(luò)四通八達(dá)，但干線道路上多為重載交通，極易發(fā)生瀝青路面水損害，提高瀝青混凝土的水穩(wěn)定性，要充分了解當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料、降水情況；路面設(shè)計(jì)從材料著手，選擇水穩(wěn)定性良好的集料；混合料配合比設(shè)計(jì)以水穩(wěn)定性作為控制指標(biāo)，選擇結(jié)構(gòu)致密的面層級(jí)配，采取綜合治水措施；加強(qiáng)施工過(guò)程中的質(zhì)量動(dòng)態(tài)管理以及養(yǎng)護(hù)管理工作，從而提高路面的使用品質(zhì)，延長(zhǎng)公路的使用壽命。

[1]公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG-F40-2004)[S].北京：人民交通出版社，2004.

[2]錢(qián)國(guó)平，郭忠印，朱云升.重載交通條件下瀝青路面損害類(lèi)型的調(diào)查研究[J].中外公路，2004，(5).

[3]沈金安.解決高速公路瀝青路面水損害的技術(shù)途徑[J].公路，2000，(5).

[4]聞雷，宋文明.瀝青路面水損害成因與防治初探[J].黑龍江交通科技，2008，(10).