張曉紅

（邢臺(tái)市信都區(qū)地方道路管理，河北 邢臺(tái) 054001）

0 引言

目前，隨著道路結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展優(yōu)化，公路建設(shè)中的各種病害防治工作日益引起工程技術(shù)人員的重視，瀝青路面水損害問(wèn)題是一個(gè)非常突出的問(wèn)題[1-3]。自20世紀(jì)70 年代末和80 年代初以來(lái)，人們認(rèn)識(shí)到水分對(duì)瀝青混凝土路面有不利影響。在許多路面中，觀察到路面發(fā)生車(chē)轍、剝落和磨損。大量路面因濕害而發(fā)生的損壞和劣化表明了問(wèn)題的重要性和嚴(yán)重性。水分損害通?？煞譃閮煞N機(jī)制：附著力損失和黏聚力損失。這種損害可能是這兩種機(jī)制的綜合結(jié)果。此外，水分損害是其他幾個(gè)因素的函數(shù)，如瀝青黏合劑的變化、瀝青黏合劑含量的減少以滿(mǎn)足與交通量增加相關(guān)的車(chē)轍、骨料質(zhì)量的變化、所選設(shè)計(jì)特征的廣泛使用增加以及質(zhì)量控制差。水損害部位局部透水性較重，排水不良，主要特征有：路面孔洞、局部地表網(wǎng)孔開(kāi)裂變形、泵送漿體和松散片狀[4-6]。

1 瀝青路面水損害特征

1.1 自上而下的水損害

路面早期的水毀多為自上而下的，往往局限于表層的松散和坑洼。地表坑槽的形成條件是水能夠滲入地表，但很難繼續(xù)滲入，同時(shí)孔隙面較大，具體如圖1所示。

圖1 坑槽水害代表形式

1.2 自下而上的水損害

早期，通常伴有小裂縫，泵送泥漿，然后在反復(fù)荷載下高速吸力，瀝青層與基層界面條件惡化，瀝青層底因拉應(yīng)力超過(guò)極限而開(kāi)裂。

2 水損害機(jī)理分析

水損害機(jī)理主要包括黏結(jié)強(qiáng)度損失和黏結(jié)力損失，由內(nèi)部因素和外部因素引起的損害，本文主要從路面結(jié)構(gòu)形式上解決這些問(wèn)題。

2.1 黏附理論

瀝青和集料是瀝青混凝土混合料的兩個(gè)主要組成部分。它們?cè)诨旌狭现械南嗷プ饔脤?duì)路面的性能起著重要作用。這兩種成分都有各自的化學(xué)和物理性質(zhì)。當(dāng)瀝青和集料緊密接觸時(shí)，它們的這些性質(zhì)也會(huì)相互影響?；旌狭现袨r青與骨料的重量比通常為5%～6%瀝青的和94%～95%骨料。集料在組成、表面化學(xué)和形態(tài)方面有很大的差異，包括表面積、孔徑分布和易碎性。由黏土或其他礦物組成的灰塵經(jīng)常覆蓋在表面，在骨料制備過(guò)程中沒(méi)有完全清除。這導(dǎo)致同一骨料表面的不同部分具有不同的表面化學(xué)性質(zhì)。集料在其表面具有各種活性和非活性位點(diǎn)，它們?cè)跒r青分子與集料的相互作用中起主要作用。骨料的表面結(jié)構(gòu)各不相同。有一些集料具有較大的表面積和良好的孔徑，以便充分滲透瀝青。有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)集料表面的這些細(xì)孔中夾帶空氣，因此瀝青很難滲透到整個(gè)集料表面?；诖?，在骨料表面上存在各種活性和非活性部位。

另一方面，瀝青由含有一些極性官能團(tuán)的碳?xì)浠衔锖秃薪饘伲ㄈ珂嚒⑩C和鐵）的有機(jī)金屬成分的混合物組成。通過(guò)進(jìn)一步的研究，可以確定瀝青和集料之間界面的化學(xué)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致影響最終黏結(jié)強(qiáng)度。骨料提供了一個(gè)不均勻的表面，具體見(jiàn)圖2所示。

圖2 瀝青與骨料的吸附作用

瀝青和集料之間的化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在混合時(shí)，由于這些化學(xué)反應(yīng)，更大范圍的化學(xué)作用會(huì)持續(xù)，并影響瀝青和骨料之間的長(zhǎng)期耐久性。當(dāng)熱瀝青覆蓋骨料顆粒時(shí)，它往往會(huì)進(jìn)入任何可用的裂縫或孔隙，帶電骨料表面吸引瀝青中含有的相反帶電或部分帶電的官能團(tuán)。被吸引的分子中可與其他瀝青分子相互作用的部分將是集料的電荷，因此將與其他相反電荷或部分電荷的瀝青分子發(fā)生靜電相互作用。瀝青-骨料黏結(jié)處的準(zhǔn)平衡狀態(tài)可能會(huì)保持一段時(shí)間，具體見(jiàn)圖3所示。由摩擦力引起的破壞將平衡狀態(tài)改變?yōu)樾碌臏?zhǔn)平衡狀態(tài)或?yàn)r青-骨料黏結(jié)的穩(wěn)定（盡管可能緩慢）衰減狀態(tài)。瀝青和集料之間的黏結(jié)失效可能在界面處失效，在瀝青中為黏結(jié)失效，或在集料中為結(jié)構(gòu)失效。

圖3 瀝青骨料穩(wěn)定平衡狀態(tài)

2.2 水損害原因分析

2.2.1 老化

瀝青混凝土配合比隨時(shí)間劣化的原因之一是老化。由于老化過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)成分變化，使用中的瀝青硬化可能會(huì)影響瀝青-集料黏結(jié)。氧化老化引起的變化可以改變界面的化學(xué)性質(zhì)。老化過(guò)程中產(chǎn)生的化合物對(duì)骨料表面都有很高的親和力。瀝青與表面的附著力取決于界面上官能團(tuán)的類(lèi)型及其與表面的牢固結(jié)合能力。

2.2.2 剝離

瀝青與集料的黏結(jié)剝落是一個(gè)非常復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，通過(guò)熱力學(xué)黏結(jié)強(qiáng)度的計(jì)算，可以看出集料與瀝青黏結(jié)熱值越小，越容易被集料與水之間較高的熱黏結(jié)值所代替；一旦水侵入瀝青-集料界面，從而代替瀝青使其剝離。剝離是瀝青混凝土路面的主要病害之一，是由于水滲入瀝青集料基體界面而引起的。瀝青和骨料中的水侵入力會(huì)破壞路面，水可能存在于用于混合料的骨料孔隙中，也可能通過(guò)滲透瀝青裂縫而侵入。水通過(guò)瀝青膜擴(kuò)散，然后到達(dá)表面，爭(zhēng)奪集料表面的活性部位，從而破壞瀝青-集料的黏結(jié)，具體見(jiàn)圖4所示。

圖4 環(huán)境因素導(dǎo)致瀝青混凝土混合料中的水分入侵

2.2.3 荷載

混凝土混合料中截留的水會(huì)導(dǎo)致壓力，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p壞。由于孔隙壓力的持續(xù)增加會(huì)破壞集料表面的瀝青膜，或會(huì)導(dǎo)致瀝青瑪蹄脂中微裂紋的增長(zhǎng)，因此，重復(fù)交通荷載作用產(chǎn)生的滯留水所承受的應(yīng)力會(huì)加劇損壞。由于微裂紋孔隙中形成的孔隙壓力會(huì)通過(guò)裂紋尖端的更高壓力的發(fā)展，因此在存在水的情況下，這種損傷的速率會(huì)加劇。

路面容易發(fā)生水力沖刷。在這里剝離是由于輪胎在飽和表面上的作用造成的。輪胎作用使水從輪胎下面吸入路面。滲透作用發(fā)生在集料孔隙中存在鹽或鹽溶液的情況下，并產(chǎn)生滲透壓梯度，實(shí)際通過(guò)瀝青膜吸水，具體見(jiàn)圖5所示。

圖5 在荷載條件下瀝青混凝土因水損壞模型

3 路面水害防治

防止水損害有兩種途徑：一是減少水分進(jìn)入；二是提高集料與瀝青之間的黏結(jié)性。

3.1 控制空隙率減少水分進(jìn)入

經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)壓實(shí)度為95%時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)鉆孔試件空隙率值約為8%～10%?，F(xiàn)場(chǎng)鉆芯空隙率為：

式中：k為現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度，VV為標(biāo)準(zhǔn)密度的馬歇爾試件空隙率。

Ⅰ型瀝青混合料規(guī)定為3%～6%，計(jì)算某現(xiàn)場(chǎng)鉆孔芯樣空隙率，具體結(jié)果如表1所示。

表1 現(xiàn)場(chǎng)試件空隙率計(jì)算結(jié)果 單位：%

3.2 提高集料與瀝青之間的黏結(jié)性

提高集料與瀝青之間的黏結(jié)性即防止瀝青混凝土拌和料剝離，防止剝離的方法多種多樣，通常是通過(guò)在瀝青集料混合料中添加抗剝落劑實(shí)現(xiàn)的。其中一種是熟石灰，由于熟石灰表面官能團(tuán)對(duì)水的作用不敏感，在這種情況下形成牢固的不溶性鍵，因此，石灰處理過(guò)的骨料會(huì)與瀝青黏結(jié)得更牢固、更耐用。在瀝青混凝土生產(chǎn)中，添加熟石灰的方法包括：按比例向滾筒或間歇式攪拌機(jī)中添加石灰；向干骨料和濕骨料中添加干石灰；在混合前向干骨料中加入石灰漿；混合前浸泡或儲(chǔ)存石灰處理過(guò)的骨料。

4 結(jié)語(yǔ)

瀝青路面水損害有路面結(jié)構(gòu)、施工水平的原因，本文探討了水損害發(fā)生的形式以及形成機(jī)理，闡述雨水對(duì)路面水損害的影響，在分析瀝青路面水損害成因的基礎(chǔ)上，從外部和內(nèi)部?jī)蓚€(gè)方面分析了水損害的類(lèi)型以及形成機(jī)理，并提出了防治措施，希望能提高瀝青路面水損害的防治水平，保證瀝青路面的使用壽命。