高速公路路面透水病害的防治措施探討

摘 要：主要對高速公路路面透水病害的防治問題進(jìn)行了研究，首先概述了高速公路路面透水病害的危害，然后分析了高速公路路面透水病害的形成機(jī)理，最后探討了高速公路路面透水病害的防治措施。

關(guān)鍵詞：高速公路；路面；透水；病害；防治

中圖分類號：F54文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）07-0343-01

1 高速公路路面透水病害的危害

根據(jù)權(quán)威部門的統(tǒng)計，水造成的損害是我國高速公路瀝青混凝土路面最嚴(yán)重的早期破壞原因之一，同時水損害也是一個世界性的問題。瀝青混凝土的耐久性主要依靠瀝青與集料之間的粘附性程度，雖然施工方法、交通條件、環(huán)境因素以及混合料的性質(zhì)也對瀝青混凝土的路面變質(zhì)有一定影響，但水和水分的作用是影響瀝青混凝土耐久性的主要因素之一。路面水通過各種途徑透入路面與半剛性基層之間產(chǎn)生的破壞作用更為嚴(yán)重，由水引起的瀝青路面的破壞過程主要是：瀝青路面施工完成以后，水和空氣通過混合料和外界的連通空隙進(jìn)入混合料內(nèi)部，如果水分不能及時排出，水就會存留在混合料內(nèi)，在車輛荷載的動水壓力和溫度的共同作用下循環(huán)反復(fù)，將使瀝青和礦料發(fā)生剝離，造成強(qiáng)度下降。如果進(jìn)一步發(fā)展，就會導(dǎo)致其他的一系列諸如唧漿、松散、坑槽、車轍等多種形式的破壞。

水引起的路面破壞有以下特點：（1）破壞發(fā)生在雨季或者春融季節(jié)，有時一場連續(xù)幾天的大雨就會導(dǎo)致嚴(yán)重破壞；（2）行車道破壞嚴(yán)重，超車道一般沒有破壞，顯然與重車、超載有關(guān)；（3）破壞之初一般都先有小塊的網(wǎng)裂、冒白漿（唧漿），然后松散成坑槽；（4）發(fā)生水損壞的地方一般是透水較嚴(yán)重，且排水不暢的部位，如挖開可見下面有積水或浮漿；（5）一般不會全路同時破壞，這顯然與瀝青混合料的不均勻有關(guān)，有些不均勻程度較嚴(yán)重的路段甚至?xí)瑫r發(fā)生泛油。

2 高速公路路面透水病害的形成機(jī)理分析

2.1 機(jī)械粘附理論

認(rèn)為瀝青與集料之間的粘附性主要是來自二者間的分子力，集料的表面通常粗糙且多孔，從微觀角度來看集料表面高低不平，這種粗糙增加了礦料的表面積，使瀝青與礦料的粘合面積增加。另外，集料表面存在著各種形狀、各種取向與各種大小的孔隙和微裂縫，瀝青在高溫時呈液相，能滲入集料的孔隙與微裂縫中，當(dāng)溫度下降時瀝青則在孔隙中發(fā)生膠凝硬化，這種楔入與錨固作用，形成了瀝青與礦料的粘合作用，是一個十分復(fù)雜的過程，機(jī)械粘合力只是其中的一部分。

2.2 化學(xué)反應(yīng)理論

化學(xué)反應(yīng)理論認(rèn)為，瀝青中的酸性成分與集料表面堿性活性成分會發(fā)生反應(yīng)，使堿性集料與瀝青的粘附性較好。瀝青的酸性越大，集料的堿性越強(qiáng)，集料與瀝青的粘結(jié)性能就越好，抗剝落能力也就越強(qiáng)。瀝青中含有表面活性組分，按其活性的強(qiáng)弱排列順序為：地瀝青酸＞地瀝青酸酐＞地瀝青質(zhì)＞樹脂＞油分。地瀝青酸和地瀝青酸酐的表面活性最強(qiáng)，而且都是陰離子型的，即酸性的。瀝青的酸性越大，它與集料的粘結(jié)越好，抗剝落能力也就越強(qiáng)。堿性集料與瀝青的粘附性較好，而酸性集料則相反。酸性礦料由于缺乏堿性活性成分，與瀝青的化學(xué)反應(yīng)較弱，所以與瀝青粘附性差，易發(fā)生剝離，目前以巖石中的SiO2含量來區(qū)分堿性礦料和酸性礦料，SiO2含量越高，巖石的酸性越強(qiáng)，與瀝青的粘附性越差。

2.3 表面能理論

近 30 多年來，隨著表面化學(xué)的發(fā)展，許多研究者應(yīng)用了表面化學(xué)的成果來解釋瀝青與礦料的粘附－剝落機(jī)理。對于瀝青與礦料粘附性的研究，通常應(yīng)用經(jīng)典的潤濕理論來說明瀝青膜在礦料表面的“鋪展”或被水所置換而“剝落”的過程。表面能理論認(rèn)為，瀝青與集料之間的粘附性是由于能量作用原理即瀝青潤濕集料表面而形成的，瀝青的潤濕能力是指瀝青與集料表面的緊密接觸能力，與自身的粘附力有關(guān)。在無水且溫度較高的情況下，瀝青－礦料界面張力小于礦料－空氣界面張力和瀝青－空氣界面張力，所以瀝青可以在礦料表面鋪展為薄層，當(dāng)遇水時，瀝青－礦料界面張力總是大于礦料－水界面張力，所以瀝青易于剝落。

3 高速公路路面透水病害的防治措施探討?yīng)?/p>

3.1 路面材料的選用

容易引起瀝青混合料水穩(wěn)定性不足的集料是SiO2含量較高（酸性）、吸水性大的集料，酸性集料瀝青混合料容易發(fā)生水損害的原因是其表面帶負(fù)電荷，而堿性集料則相反。由于瀝青呈酸性，與酸性集料的粘附性差，對于集料的選用，應(yīng)優(yōu)先選用孔隙率小的、表面粗糙的非親水性堿性集料。當(dāng)?shù)貕A性集料取材困難，而遠(yuǎn)運(yùn)成本又太高，或者為滿足表面層的抗滑性能，不得不采用質(zhì)地堅硬、耐磨性好的酸性集料時，可用添加消石灰、水泥、或經(jīng)驗證耐高溫且具有長期使用效果的抗剝落劑的方法，來提高瀝青混和料的水穩(wěn)定性能，瀝青的粘度對其與集料的粘結(jié)強(qiáng)度有重大影響，瀝青粘度大則粘結(jié)力強(qiáng)。因此，應(yīng)在綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和瀝青路用性能的條件下，盡量選取活性成份含量高（即酸值大）的瀝青，也可對瀝青進(jìn)行改性，以提高瀝青與集料的粘附性能。采用改性瀝青是提高瀝青混合料水穩(wěn)定性很有效的途徑，多年的研究和實踐應(yīng)用都證明，改性瀝青與各種性質(zhì)的集料都有較好的粘附性，基本都能達(dá)到四級以上，采用普通瀝青不能滿足要求時，改用改性瀝青一般都能滿足要求，一般也不用再采取摻加消石灰、水泥或抗剝落劑的措施。

3.2 嚴(yán)格控制路面空隙率

我國早期修建的高速公路采用了密實型瀝青混凝土，路面滲水很少，透水病害發(fā)生的也很少。后來，隨著對車轍和構(gòu)造深度的重視，表面層又較多采用了 AK 類抗滑表層級配，這種級配設(shè)計空隙率在 6%左右，路面實際空隙率大，使透水病害很易發(fā)生，我國的規(guī)范建議級配是一個很寬泛的范圍，并不能一味的采用或接近其中值。在執(zhí)行規(guī)范的時候，必須考慮到當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，必要時對技術(shù)要求作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，各地應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟牧稀⑹┕に健⒔?jīng)濟(jì)實力、習(xí)慣等，并借鑒使用多年的成功的經(jīng)驗，規(guī)定更具體的指標(biāo)。

我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對公稱最大粒徑小于 20mm的混合料，提出了滲水系數(shù)的指標(biāo)要求。在配合比設(shè)計階段，密級配瀝青混合料和 SMA 混合料應(yīng)不大于120mL/min和80 mL/min，在施工質(zhì)量檢測時，要求普通瀝青路面路表滲水系數(shù)不大于 300mL /min，SMA 路面不大于 200mL/min。可以說這一規(guī)定是十分有必要的，瀝青路面的水損壞來源于水，只有水能滲入路面才有可能引發(fā)瀝青膜和集料剝離，滲水系數(shù)與空隙率有所不同，空隙率包括開口孔隙和閉口孔隙，對混合料水穩(wěn)定性有影響，引起滲水的只是開口孔隙部分，因此，對混合料進(jìn)行滲水性質(zhì)的試驗是十分有必要的。

3.3 防排水設(shè)計

瀝青路面的水損壞離不開水，如果水不能進(jìn)入路面也就談不上路面的水損害，所以以前的路面設(shè)計施工中千方百計地封水，試圖阻止水分進(jìn)入路面，實踐證明，要想完全防止瀝青路面進(jìn)水是不可能的，封也不可能完全封住。我國路面基層普遍采用半剛性基層，近年來對半剛性基層的強(qiáng)度要求也越來越高，基層越來越致密，現(xiàn)在普遍采用的二灰碎石比水泥穩(wěn)定碎石透水性更差。水進(jìn)入路面是不可避免的，基層又不透水，上面層滲入路面的水和凍融的水積聚在基層表面，這樣對路面的危害更大，因此，一方面應(yīng)加強(qiáng)防水，減少進(jìn)入路面的水；另一方面應(yīng)做好排水，將進(jìn)入路面的水及時排走。只有這樣才能切實降低水損害發(fā)生的機(jī)率。

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