沥青混凝土路面水损害1.沥青路面常见水损害现象①唧浆水透过沥青面层滞留在半刚性基层顶面, 在大量高速行车作用下, 自由水产生很大的压力并冲刷基层和面层的沥青混合料,造成集料和沥青膜剥离,发生松散,从而使得沥青混合料不再成为一个整体,集料在车辆荷载作用下对基层表面产生撞击, 基层中的粉质部分如水泥、石灰、粉煤灰以及土质部分便形成稀浆,通过路面的缝隙向上挤出,这样就会在沥青混凝土路面看到白色的唧浆。
②坑凼当自由水侵入并滞留在沥青混凝土的孔隙中, 在车辆荷载作用下( 特别是在降雨过程中和雨后), 行车道上的局部网状裂缝会逐渐松散, 松散的石料被车轮甩出而形成坑洞。
由于沥青混凝土的不均匀性, 坑洞总是首先在局部混凝土孔隙率较大处产生。
③坑槽由于出现了唧浆现象使得沥青混凝土整体强度下降。
在车辆车轮的作用下, 使得松散的沥青混合料向两侧( 特别是向外侧) 挤出,使轮迹带下陷,同时使其两侧鼓起,形成严重的车辙槽。
2.沥青路面水损害破坏机理水损害的机理主要是沥青混凝土路面自身结构破坏。
开始由于降雨、路面排水不畅、地下水毛细上升以及沥青混凝土路面自身的空隙率等因素导致水侵入沥青与集料的界面,以水膜或水气的形式存在,影响了沥青与集料的粘附性, 大大削弱了粘结力。
随后在车辆等交通荷载的反复作用下,沥青膜与集料开始产生剥离, 进而影响了沥青混凝土的整体强度,导致沥青混凝土开始出现松散,久而久之出现了唧浆、坑凼、坑槽等破坏形式。
3.影响沥青混合料抗水损害性能的各种因素①降水量降水次数多和降水量大, 特别是长时间的降水,空隙率大的沥青混凝土路面, 自由水进入的机会就会增多,渗透进的量就会增大,容易在沥青与集料的界面上以水膜或水气的形式存在, 进而产生水损害。
交通量大小及重车和超重车的比例车辆通过时,面层沥青混凝土的孔隙中或面层与基层交界面上滞留有自由水时都会产生相当大的水压力和抽吸力。
车轮经过时产生压挤力,车轮驶离时又产生抽吸力, 这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面以及面层空隙中的水唧出表面, 并促使沥青膜从较大颗粒的集料上剥落, 逐渐使沥青混凝土强度大幅下降直至路面局部松散并形成唧浆、坑洞或车辙。
交通量大、重车和超重车在交通流量中的比例高, 沥青混凝土路面的水损害严重。
②原材料性质沥青的性质：由于在粘性大的沥青中存在较公路工程与运输多的极性物质，并对集料具有良好的浸润性，所以粘性大的沥青与集料粘附性能好，其抗剥落能力较粘性小的沥青强，所拌和的沥青混合料具有更好的水稳定性。
集料的性质：集料是由矿物质组成的，而每种矿物均有其独特的化学性质和晶体结构。
就剥落而言，关键在于集料性质是亲水的还是憎水的。
沥青集料要求有憎水性，集料表面的化学性质、纹理构造、表面积、孔隙大小、洁净程度以及集料的形状、含水量等均对其与沥青的粘附性能有影响。
沥青路面的现场孔隙率沥青混合料的许多性能都与其孔隙率息息相关，孔隙率大小直接关系到沥青路面的透水性。
当沥青路面的孔隙率在8%（相当于设计孔隙率为4%～5%、压实度为96%的情况）以下时，混合料的透水性很小，几乎不透水。
且此时沥青面层中的水以薄膜水的状态存在，在荷载作用下一般不会产生动水压力，不容易造成水损害破坏。
③路面结构层内部排水不良和施工方面的问题是造成路面水损害的重要原因之一。
4.沥青混合料抗水损害性能的评价方法与评价指标①松散颗粒的粘附性试验将未经压实的松散沥青混合料浸于水中（常温或沸水）一段时间后，主观评价或利用仪器检查集料裹覆沥青膜的剥蚀程度，并据此作为判定混合料水稳定性的依据。
评价方法适用范围试验过程优缺点水煮法粒径大于13.2mm的粗集料直接将沥青裹覆的集料颗粒悬挂于微沸状态的水中沸煮若干分钟（各国规范的时间要求不等），然后目测其表面的剥离程度该试验时间短、操作极为简单，对试验设备无特殊要求且沥青膜剥落情况直观明显，但是该试验方法缺乏定量指标，评定等级往往因人而异静态浸水法粒径介于1.2mm～13.2mm的粗集料将集料与质量分数为5.5%的沥青拌和均匀，然后将其平摊于玻璃板或其他器皿中，浸入一定温度的蒸馏水中，待一定时间后目测其水中剥离的面积百分率该试验同样是一种方便、快捷的试验评价方法，但它同样存在缺乏定量指标，易受人为因素影响等缺陷光电分光度法粒径介于1.2mm～13.2mm的粗集料先将粗集料表面吸附示踪盐，裹覆沥青后浸入一定温度的蒸馏水中16h～18h，然后用光电分光度仪测定分散于蒸馏水中的示踪盐的含量该方法的优点在于对沥青膜的剥落有敏感的定量指标，缺点是试验操作烦琐，试验精度不易控制磨耗试验马氏试件成型试件在120℃水下浸泡该试验试图模仿沥青路面在6d或室温下浸泡20h后，在特定温度下进行磨耗试验，以质量损失为指标水和交通荷载作用下的水损坏，但是质量损失这一指标的物理意义不明确②混合料成型试件的水损害试验将沥青混合料试件或芯样置于一定水侵蚀环境条件下，以某些物理力学指标的衰变程度来表征混合料的水敏感性。
评价方法适用范围试验过程优缺点马歇尔试验中粒式细粒式马氏试件马氏试件浸水48h前后的马氏稳定度比值为残留稳定度该方法试验操作简单易行，然而，除非是酸性石料，此法测定的浸水马氏试验残留稳定度，很少有达不到标准规定的75%的情况，甚至有大于100%的情况劈裂试验圆柱体试验劈裂试验在试验、环境条件及标准等几方面存在不同的选择，但均采用劈裂强度比Rrs作为试验指标Rrs易于对不同沥青混合料的水稳定性进行横向比较，一般认为，Rrs<0.65的沥青混合料欠佳，而Rrs>0.75的水稳定性较好洛特曼试验圆柱体试验成型!102mm×64mm圆柱体试件3组，使其平均空隙率相同，3组试件分别进行干燥、饱和以及冻融循环后的劈裂强度，以Rrs和RM为试验指标该试验是评价沥青混合料水稳定性较早的一种方法，洛特曼建议以饱和试件代表使用4年的沥青路面的水稳定性，而冻融试件代表路龄4～12年的水稳定性，以Rrs=0.7为沥青混合料水稳定性的临界值，模量比RM亦可作为评价指标5 沥青路面水损害的治理措施从沥青混凝土路面的水损害机理中, 我们可以看到沥青混凝土路面水损害主要因为水分介入到沥青和集料的界面,改变了沥青和集料的粘结力,导致了沥青膜从集料表面剥离,从而造成水损害。
因此,预防沥青混凝土路面的水损害关键在于:(1) 防止或减少水分进入沥青混合料内部,使得水分不侵入到沥青和集料的界面中;(2) 提高沥青与集料的粘附性,提高集料间的粘结力。
5.1路表排水设计其路表排水设计可以从以下 3 个方面进行完善 :①在保证高速公路所需表面抗滑功能的前提下 ,提高沥青混凝土表面层的密水性能。
②在所有的填方路段(除超高外侧) 设置路肩沟 ,并根据路线纵坡大小 ,通过水力计算 ,结合结构物、地形状态及其它排水设施等情况 ,设置急流槽 ,44 公路交通技术 2003 年将路表雨水迅速集中排至排水沟中。
③在超高路段的中央分隔带内设置纵向排水沟 ,并根据路线纵坡大小 , 通过水力计算 , 结合结构物、地形状态等情况 , 间隔一定距离设置集水井和横向排水管 ,使得超高段的路表雨水经纵向排水沟 ,过集水井和横向排水管直接排出路基。
5.2路面内排水设计由于结构层空隙率偏大且不均匀 , 雨水容易渗入沥青混凝土路面的结构层中 , 从而导致各种水损害。
因此必须完善路面内排水设计 , 可以从以下 5个方面考虑。
①中面层和底基层均采用密实型沥青混凝土 ,面层采用较密实的改进型AK -13 结构②在水泥稳定碎石基层上 ,设置“透层 +封层”的防水结构层。
③除超高外侧外 , 在路肩部位的路面边缘均设置了碎石盲沟。
④土质切方路段 ,在边沟下设置排水盲沟 ; 在石质切方路段 ,在路床上设置 10 cm 厚的级配碎石隔水层。
⑤为防止边沟雨水倒灌进入路面结构层 , 加深边沟。
5.3中央分隔带排水设计①对于中央分隔带设置波形钢护栏的路段 , 全段设置带 PVC 管的碎石盲沟 , 并根据纵坡大小 , 超高集水井结合分布、结构物、地形状态等情况 , 间隔一定距离设置集水井和横向排水管 , 将渗水排出路面结构层和路基( 见图1)。
②对于中央分隔带设置混凝土护栏的路段 , 采用封闭措施 ,只在超高纵向排水沟的边部设置带软式透水管的盲沟 , 小型集水井与横向排水管的布置与设置波形钢护栏的路段相同( 见图 2)③预制块水沟接头多 ,漏水严重 ,为减少超高纵向水沟漏水 ,在超高段采取现浇的施工工艺 ,且每隔10 m 设置一道宽 1 cm 的伸缩缝 ,缝内填塞沥青麻絮。
5.4 完善沥青混凝土路面的结构设计 , 加强沥青混凝土路面的层间技术处理现有的沥青混凝土路面一般采用 3 层设计 , 不同层次之间的沥青混合料配合比一般不同 , 因此在沥青混凝土结构层之间容易产生空隙 ,导致层间的结合强度不够 , 进而进一步影响沥青混凝土路面结构的整体强度 ,降低了抗水侵害的能力。
目前比较成功的层间处理技术有 :①铺设透层透层主要是适用于无机结合料基层表面的有机结合料渗透层 , 它的作用是在于改善和提高无机结合料基层表面的水密性 , 同时在一定的程度上起到与有机结合料面层( 路面底面层) 过度结合的作用。
它既可填充基层表面的空隙 , 又可确保基层材料的强度和稳定性。
②铺设防水层防水层是设在有机结合料层与基层间的、有一定厚度的隔水层。
它与透层油在一起 ,在基层和面层间形成抵御水损害的保护层。
主要作用是防止水分进入结构层从而导致路面整体破坏。
5.5 完善沥青混合料的配合比设计由于空隙率是影响沥青混凝土路面水损害的主要原因之一 ,因此我们必须采取一定的、有效的措施降低沥青混凝土路面的空隙率。
根据大量的实践经验和大量的实验数据表明 , 沥青混凝土路面的空隙率与沥青混合料的不同级配、沥青的用量以及拌和温度存在着一定的关系。
因此我们可以从完善沥青混合料的配合比设计方面来降低空隙率。
5.6加强原材料质量的控制对沥青而言控制好沥青的软化点、延伸度和针入度三大指标 ; 集料要严格控制好其耐磨值、强度和级配 ,同时也要注意集料与沥青的粘附性及粘结力 , 对于粘附性能不好的酸性集料可以采用掺入抗剥落剂的技术措施进行处理。
5.7 控制好施工质量主要控制好以下几个重要的环节 : 沥青混凝土拌和厂必须整齐规范 ;原材料的选用必须规格、均匀和合理 ; 路面压实度试验必须精确 ,并确保压实度 ; 沥青混合料拌和工艺应进一步提高 ; 摊铺工艺应局部调整和改进 ; 设法加强路面的层间粘结能力 ; 设法提高压实工艺。
5.8 应用新型路面防水材料 , 提高路面结构层的密水性 ,进而减少路面的水破坏无论是何种沥青混合料 ,必然有一定的孔隙率存在 , 就会遭受一定的水破坏 , 在沥青面层表面涂上防水材料 ,形成一种不透水的薄膜封层 ,能使因降雨而进入沥青混凝土结构层中的水分基本没有或大为减少 , 从而基本消除沥青面层产生水破坏的外因 , 延长路面使用寿命 ,减少养护费用。