浅议沥青路面水损害杨锐 10808001摘要：本文分析了沥青路面水损害产生机理，并且列出了国内外评价沥青混凝土水损害的试验方法与原理，提出了各试验方法所反映出的水损害的主要影响因素和存在的问题，最后对沥青路面水损害提出了防治措施。
关键词：沥青混合料；水损害原因；评价试验；防治措施随着我国交通事业快速发展，高速公路的建设里程逐年增加，对高速公路路面的耐久性研究也更加广泛和深入。
近年来，沥青路面的“水损害”问题引起了多方面的关注。
沥青路面由水引起的破坏统称“沥青路面水损害”，是沥青路面最常见的破坏现象之一。
通常是由水渗入并滞留在沥青路面中引起，而交通荷载的反复作用则加速了沥青路面的水损害破坏，造成集料松散、掉粉，继而形成坑槽，导致路面全面损坏。
调查发现，在南方多雨以及地下水位丰富地区，水损害现象为沥青路面常见破坏形式。
沥青路面的水损害破坏主要表现为：(1)路面出现麻面、剥离、掉粒、松散、坑槽；(2)路面基层受到损害，发生唧泥，路面出现网裂、龟裂等；(3)路基变形，发生沉降、开裂等；(4)路肩坍塌。
一般地，沥青路面发生水损害破坏，在其开始阶段，先是水分浸入沥青与集料的界面，降低沥青与集料的粘附性，此时水分以水膜或水气形式存在。
在外部荷载及环境的作用下，沥青混合料的性能开始降低，沥青与集料开始剥离，水分开始下渗并以自由水的形式存在，此后会出现唧泥、网裂、龟裂、松散、坑槽等等现象，水分可能以动水形式存在。
国外自2O世纪3O年代开始，就重视沥青路面水损害的研究，从水损害的形成机理、影响因素，评价水损害的试验方法到水损害的防治等各个方面都进行了系统的研究。
l. 沥青路面水损害机理与原因沥青路面的水损害破坏是指沥青路面在存在水分的条件下，经受交通荷载和温度胀缩的反复作用，方面水分逐步浸入到沥青与集料的界面上，易引起沥青和石料界面粘附性降低；另一方面由于水分的浸泡或动水压力等的作用，沥青膜逐渐从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力损失而发生的路面破坏过程。
沥青路面的强度来自沥青本身的粘结力、集料之间的联锁作用、内摩擦力以及沥青与集料的粘附作用，而粘附作用是保证前2个因素发挥强度作用的条件。
沥青路面水损害，一般认为与2种作用过程有关：一是粘附性不足。
由于集料对水分的吸引力比沥青大，水分可进入沥青与集料之间，使沥青与集料表面的接触角减小，粘结力降低，从而导致沥青薄膜剥落，使集料裸露而破坏；二是沥青与集料的粘聚力减弱。
由于水分侵入路面，使沥青变软，粘度降低，导致沥青路面的整体性强度减小。
这2种作用过程往往是同时存在又互相影响。
近年来，随着我国经济建设的发展，地区间客货交流数量的增加，我国公路运输事业蓬勃发展，运输部门为了提高效率，降低运输成本，普遍采用重载超载运输车辆，这也是一个不容忽视的事实。
重载车辆的大幅增加，大大加剧了沥青路面水损害的发生。
观察沥青路面水损害破坏发生的区域可以发现，沥青路面水损害破坏大多发生在高速公路重车方向行车道上。
经常可以看到，同一方向行车道严重破坏，而超车道完好如初。
不难得出结论：沥青路面水损害破坏与车轮荷载的作用有关(轮载和交通量)。
通常认为，汽车轮胎对路面的挤压搓揉作用以及轮胎与路面间的真空吸附作用加速了沥青膜从集料颗粒表面剥离的进程，并使自由沥青迁移到路表面，引起路表泛油和推移变形。
车轮荷载与沥青路面水损害破坏的定量关系还有待于进一步的研究。
由上述沥青路面水损害机理分析可知：水的存在是沥青路面水损害的内因和先决条件，交通荷载是其损害的外部条件。
在工程实践中，沥青路面产生水损害的原因可以从设计、施工、管理3方面来分析。
从设计角度，发生沥青路面水损害破坏的原因主要在2个方面：(1)路面表面排水不畅，排水设计不完善，路面积水或水分滞留时间太长使水分渗入路面结构内部；(2)路面结构层抗水损害性能差、水稳性不足。
沥青路面的水稳定性，与许多因素有关，包括有沥青与石料的性质、沥青路面结构、水介质、温度、荷载、大气等，但前二者为主要因素。
当面层混合料级配不合理、空隙率过大及沥青与集料的粘附力不足时均会导致混合料的抗水损害性能不足。
从施工的角度，发生沥青路面水损害破坏的原因主要在2个方面：(1)施工管理控制不善、集料过于潮湿、混合料拌和不均匀以及材料中杂质尘土过多都会严重影响沥青与石料的粘结，从而使沥青路面产生水损害；(2)沥青路面施工过分强调平整度，牺牲密实度，致使路面碾压不足，空隙率过大，或因为沥青路面摊铺时混合料离析，造成局部空隙率过大而出现透水。
从路面管理的角度讲，发生沥青路面水损害后，如不能及时采取有效的处治措施，将加快路面损害速度和范围；另外，对当前普遍存在的超重载现象不能采取合理的限制措施，无疑也会加速沥青路面的水损害。
2.水损害评价试验方法2.1试验方法分类水损害试验方法是在分析水害发生机理的基础上发展起来的．沥青混合料水损害的实质是粘附于石料颗粒表面的沥青被水置换下来，脱离石料表面，石料成为松散的颗粒，因此路面材料强度降低了，在车辆荷载的作用下出现松散、裂缝、坑洞等破坏现象．要避免水损害，石料和沥青之问要有足够的粘附力和粘结力，沥青混合料水损害试验的出发点都是基于这一点(水损害试验研究经历了很长的发展过程，近年来又有了一些新方法，下面将介绍到)．按照混合料状态的不同试验可以分为两大类：①松散颗粒的粘附性试验；②混合料成型试件的水损害试验．下面分别讨论这两类试验。
2.2 试验方法介绍2.2.1第一类试验方法第一类试验的试验对象是包裹着沥青的松散石料颗粒，目的是检查浸在水中的混合料颗粒沥青从石料表面的剥落状况，判定其粘附强度是否满足不剥离要求．这类试验的主要方法：静态浸水法、动态浸水法、水煮法、示踪盐法和光电分光光度法等．2.2.1.1 水煮法和浸水法试验水煮法和浸水法试验原理近似，其中浸水法又根据具体试验条件不同分为动态浸水法和静态浸水法．我国沥青混合料设计时，规范所采用的石料粘附性试验就是水煮法和静态浸水法．试验通过裹附沥青的石料在一定高温水中的剥落情况确定其粘附强度．水煮法和浸水法的不同在于水温不同，水煮试验是在微沸状态，浸水试验水温是80℃；动态浸水和静态浸水法的不同在于浸泡时是否有搅动，有搅动的为动态浸水，无搅动的是静态浸水．这些试验方法所采用的评价沥青剥落情况的指标略有不同，如我国采用沥青从石料表面剥落面积的百分率，而有的则采用沥青剥落重量百分率作为评价指标．2.2.1.2 示踪盐法和光电分光光度法试验示踪盐法和光电分光光度法是用化学试剂来显示沥青的剥落。
示踪盐法是先将粗石料用示踪盐溶液浸渍处理，再经沥青包裹，然后浸于蒸馏水中限定时间。
最后用火焰光度计测定示踪盐在水中的浓度，与未经沥青包裹的空白石料试样的浸水后示踪盐的浓度比较，以二者的浓度比值作为剥落度的评价指标。
光电分光光度法则是应用染料的示踪作用，将裹附沥青的石料浸于有染料的水中，当染料跟随水进入沥青与石料的界面时，即吸附于石料的表面．在指定时间内，沥青膜受水的置换作用从石料表面剥落的程度，可以通过染料在石料表面的吸附量来表征。
这一类试验方法相对来说简单快捷，能直观地反映沥青与石料的粘附与剥离，这是它们的优点．然而它们也存在着问题，例如浸水法和水煮法试验，人为判断沥青剥落面积百分率并不准确，而提出用剥落的沥青质量百分率似乎可以较客观地得到结论，但后者对于剥落却没脱离开石料的沥青却无法确定。
相对而言，示踪盐法和光电分光光度法解决了判断剥落与脱离的问题，然而它们又各自存在着问题，在考虑示踪盐或染料浓度或吸附量时，吸附于沥青上的部分就无法计量．以上仅从试验误差的角度来考虑，而更重要的是，松散的颗粒并不能表现混合料在路面处的真实状态和受力情况，该类试验只反映了沥青与石料的粘附性，所以此类方法对材料的控制并不能避免路面水损害的发生。
经验表明：如果沥青与石料粘附性很差，那么其混合料压实路面的抗水损害性能也不可能好．这类试验方法可以作为材料的简易判别试验。
2.2.1.2 第二类试验方法．第二类方法是沥青混合料压实试件的水损害试验，这是针对第一类粘附试验中松散石料颗粒无法表现路面混合料的真实状态而设计的．这类试验以不同的方式模拟了路面受水、温度和荷载(水损害的3要素)的破坏作用，不仅反映出沥青与石料的粘附性能，也反映出混合料的整体粘结力。
由于各个试验方法所采用的破坏方式和判断破坏的指标不同，其各自反映水损害的主要影响因素也略有不同．这里主要分析几个典型试验，包括AASHOT-283试验、ECS环境条件系统试验、OSU车辙试验和SWK/UN浸水车辙试验。
我国现行规范说明中根据工程实际使用情况提出浸水马歇尔试验或真空浸水马歇尔试验效果不佳，因而提出采用冻融劈裂试验．冻融劈裂试验是根据AASHO T-283试验简化而来，这里不再重复冻融劈裂试验。
2.2.2.1 AASHO T-283试验这种试验方法的出现早于其它3种试验，它是以冻融破坏与未冻融破坏的马歇尔试件抗拉强度比，来判断混合料抗水损害的能力的强弱。
试验要点是试件空隙率控制在7％左右，进行冻融破坏的试件饱水率控制在55％～80％之间．其冻融循环过程是将饱水试件置于一18℃下冷冻16 h，再将饱水试件置60℃水浴中加热24 h，然后做冻融与未冻融试件的抗拉强度试验。
试验对空隙率的控制保证试件处于可能发生水损害的状态下，研究表明空隙率过小，水不易进入混合料，没有水的进入就不会发生水损害；空隙率过大，水可以快速透出混合料，也不会引发水损害。
空隙率的存在为水的进入提供了条件，但水的存在才是破坏发生的关键因素，因此饱水率的控制实现了这一条件，其饱水率范围是由试验确定的。
该试验的冻融循环体现了水和温度升降的共同作用，是对自然气候的模拟．但是T-283试验没考虑车辆荷载的作用，仅以抗拉强度表现了水、温作用后材料的破坏状况，这是该试验不足的地方。
后面将讲到的3种试验补充了这一点，分别采用了不同的荷载作用方式．而研究表明，T-283试验反映出的引发水损害的主要因素：沥青的类型、石料的类型和两者之间的相互作用。
2.2.2.2ECS环境条件系统试验ECS(EnvironlIlen—tal Condition System)试验，即环境调节系统试验，和OSU试验、SWK/UN试验一样，都是美国州公路战略计划(SHRP)提出的试验方法．ECS试验通过模拟路面浸水破坏环境的试验仪，对试件进行饱水处理、温度控制，对试件施加脉冲荷载．通过无破损方式对同一试件进行浸水破坏前后对比分析，以水的渗透性、试件弹性模量和劈裂试件的沥青剥落百分比作为水损害评价指标，判断混合料抗水损害性能．试验采用马歇尔试件，空隙率控制在8％，试件在仪器内受水、温、荷载的破坏作用过程如表l所示。