摘 要 本文对沥青路面水损害的形成原因进行了分析，指出沥青路面水损害是来源于沥青膜从集料表面的剥离，其条件是水分介入沥青与集料界面上，改变了沥青、集料与水分的关系。它的破坏机理是在水动力的作用下，沥青膜逐渐从集料表面剥离，导致集料之间粘结力丧失。在此基础上，提出三种防治途径。最后，展望了未来沥青路面的发展前景。 


关键词 水损害 剥离 SMA 
　　近年来，许多高速公路建成不久，沥青路面的早期破坏便时 有发生。这些损害主要表现在:路面混合料透水和蓄水的情况相当普遍，在不少地区的雨季或春融季节，路面唧浆、松散、坑槽 成为严重的破坏形式。因此有效的分析并制订措施防治水损害，具有重要意义。 

1 原因分析 

　　沥青路面是附着了沥青的集料粘在一起的集合体。对沥青路面来说，沥青与集料的粘附性和抗剥离性能是保证路面性能最基本的条件之一。 

　　所谓沥青路面的水损害，是指沥青路面在存在水分的条件 下，经受交通荷载的反复作用，一方面水分逐步侵入到沥青与集料的界面上，同时由于水动力的作用，沥青膜渐渐从集料表面剥离，并导致集料之间的粘结力丧 失而使路面破坏。由于在沥青路面的材料选择上，一般选择坚硬 的优质石料，采用较粗的粒径，适当减少沥青用量等措施，带来了某些隐患，即沥青路面的水稳定性不足，在春融季节及雨季， 好端端的路面逐渐出现麻面、松散乃至坑槽。水损害已经成为路 面破坏的一种主要模式。 

沥青路面水损害的机理和特征，可以从破坏的发展历程上看出: 


　　应该注意的是，水损害有可能是从沥青面层的下面层开始 的。由于水分进入沥青路面，滞留在基层上面，沥青面层的下面层又往往是空隙率较大的沥青碎石或Ⅱ型沥青混合料，空隙中充 满着水分，给沥青路面水损害造成了潜在的威胁。所以在集料与沥青膜剥离、发生松散后，沥青混合料不再成一个整体，集料在荷载作用下对基层表面产生撞击，基层的粉质部分如水泥、石 灰、粉煤灰以及土质部分便成为稀浆，通过路面的缝隙向上挤 出，在沥青路面上可以看到白色的唧浆，面层可见局部的龟甲状裂缝，这是沥青路面水损害最明显的标志。当沥青路面上出现一 块块泛白色的网状裂缝区的时候，下面层已经成为沥青膜完全 脱落的松散集料，坑槽已不可避免。 

2 防治途径 

     如上所述，沥青路面的水损害是来源于沥青膜从集料表面的 剥离，其条件是水分介入到沥青与集料界面上，改变了沥青、集料与水分的关系所造成的。那么，预防水损害的关键就是要通 过三个途径来解决:①防止或减少水分进入沥青混合料内部，不致侵入到沥青与集料的界面中去;②提高沥青与集料的粘附性， 提高集料之间的粘结力;③防治路面开裂，水分下渗。 

      1、针对第一个途径，沥青混合料的级配是最主要的因素，尤其是减小空隙率。但是，这是有一定限度的。对普通的密级配沥青混合料来说，粗集料基本上是悬浮在沥青砂浆中的，空隙率小于检限空隙率(一般为2%-4%)时，沥青在夏季受热膨胀时无适 当的空隙可去，便容易上浮(泛油)，混合料产生推拥、车辙等流 动性变形。 


      现在的问题是沥青混合料的空隙往往较大，提供了水分得以 在沥青混合料内部存在的地方。就我国目前大部分高速公路的沥青路面而言，空隙率大的有两个层次:1.首先是抗滑表层，为了抗滑对表面结构深度的需要，不得 不将空隙率增大到4%-8%，不管下多大雨，沥青混合料内部总是 被水浸泡着，这是现在抗滑表层级配的致命缺点。解决抗滑性能 要求与水稳定性矛盾的一个方法是，采用沥青玛蹄脂碎石混合料 (SMA)结构，SMA是有沥青玛蹄脂充间断级配的碎石骨架组成的 混合料。由于间断级配的碎石骨架在表面形成大的空隙，构造深度大，有良好的抗滑性能。同时由于沥青玛蹄脂的充分填充，沥 青混合料内部的空隙率又很小(2%-4%)。SMA基本上不透水的 优点，可使沥青路面的水稳定性得到很大的改善;同样的问题还发生在底面层，现在普遍将下面层设计为空隙率较大的Ⅱ型沥青 混合料，如AC-25或AC-30Ⅱ型是目前较多采用的结构。中面层 则多为Ⅰ型密级配沥青混合料，尽管水分较难从上面层进入路面，但实际上总有少量渗入，有时路面有了裂缝，进水就不可避 免，更何况水分也会从基层上升进入沥青混合料中。尤其是冬季 发生冰冻的过程中，水分通过毛细作用向上聚积，待到春融季节，融化的过量水分自然地滞留在底面层混合料的空隙中。Ⅱ型 沥青混合料的孔隙水在长期的交通荷载作用下，动水压力对沥青膜与集料的粘附性是一个非常大的威胁。所以，实际上沥青路面 的水损害破坏很多是从下面层破坏开始的。我们看到表面层出现 松散、坑槽，其实下面层早就已经松散了。从路面表面有局部密集裂缝的地方开挖，经常可以看见，底面层的沥青混合料已经是石料归石料、沥青归沥青，分得 清清楚楚了，这就是春融季节经常出现大面积坑槽破坏的原因。 

      2、另一方面，随着高速公路的建设，沥青路面对集料的要求 越来越高，尤其是表面层集料的来源更是困难。在通常情况下， 石灰岩等碱性石料与沥青的粘附性很好，但耐磨性能很差，不能适应沥青路面表面层抗滑又耐磨耗的需要。采用石灰岩石料铺筑 的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)路面，所期望的石料之间的嵌挤能力不能很好地形成。所以，现行规范明确规定了对表层粗集料 的磨光值、压碎值的要求;相反，花岗岩、砂岩、石英岩等酸性岩石，石质坚硬、致密、耐磨性强，能充分发挥集料之间的嵌挤作 用。但它与沥青的粘附性能却不好，容易在水分的作用下造成沥 青膜的剥落，很快导致沥青路面的掉粒、松散、坑槽等水损害破坏。 

    《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ032)规定:“当用于高速公 路、一级公路的石料为酸性石料时，宜使用针入度较小的沥青， 并采用下列抗剥离措施，使沥青与矿料的粘附性符合本规范附录表C、8的要求”。这些抗剥离措施是: 

     (1)用干燥的磨细消石灰粉或生石灰粉、水泥作为填料的一 部分，其用量宜为矿料总量的1%-2%。 


     (2)在沥青中掺加抗剥落剂。 

     (3)将粗集料用石灰浆处理后使用。 

      应注意的是， 这里是将掺加消石灰粉、生石灰粉、水泥作为 第一条措施推荐的。其理由是这个措施的效果很好，价格也比较便宜，施工简单，只用它代替一部分矿粉就可以了。 

3、沥青路面开裂渗水造成水损害 

       沥青路面在使用期开裂是普遍存在的问题。在我国的高等级 公路半刚性基层沥青面层上出现的开裂，是多种原因综合作用的结果。因为这些裂缝主要发生在急剧降温的过程中，首当其冲的沥青面层要发生很大的温度应力，它是造成开裂的一个直接 的、主要的原因。另一方面，如果沥青路面建筑在柔性基层上， 或者下边有级配碎石过渡层，仅靠沥青面层的温度应力还不一定达到开裂的程度。但如果下面是半刚性基层，则其本身也将产生 较大的收缩(干缩与冷缩的叠加)，它将使沥青面层的收缩应力增 大，从而造成开裂。如果半刚性基层上原先已经有了裂缝，沥青 面层的温度应力将在基层的裂缝部位造成很大的应力集中，半刚性基层的收缩应力与沥青面层之间的传递在裂缝自由端中断，从 而沥青面层的温度应力明显增大，在裂缝部位或其附近首先开 裂。路面开裂后水分从裂缝中不断进入，使基层甚至路基软化，导致路面承载力下降，产生唧浆、台阶、网裂，加速路面破坏。 

      由于沥青路面所在地区的气候、路面结构、沥青层的厚度及沥青性质、基层含水量及收缩性能、铺筑时间及施工方法等各种因素千变万化，究竟是以沥青面层的温度收缩为主，还是半刚性 基层收缩开裂反射为主，或者以路堤收缩为主，实际上是很难判 断的，必须通过实际调查才能下结论。可以想象，在寒冷时节，由于大风降温造成的突发性开裂、裂缝很快发展延伸甚至贯通时，由于基层、路基的降温迟后较多，沥青面层的温缩裂缝将是主 要原因。 

      针对沥青面层低温收缩开裂问题，经过国内外众多的调查与 研究，方法不少，但下面几个方法较为适宜:首先是严格控制沥 青用量。一般认为在最佳沥青用量OAC的 ±0.5%范围内变动对开裂率无明显影响。而且，沥青用量增加使混合料应力松驰性能 提高的同时，也使收缩性能变大，二者互有抵消。采用质量好的沥青，即使铺筑较薄的面层，其横向裂缝也可能少于厚度较厚但沥青质量差的路段。其次，在气候因素方面，极端最低温度、降温速度、低温持续时间、升温降温循环次数等是影响沥青路面温缩裂缝的四大要素。因此，沥青面层的施工安排，应放在有利的季节施工。另外，基层上和透层油加强粘结对抗裂也是有好处的。 


4、除了以上各种水损坏原因外，还有一种在国外较少发 生、在我国却常常发生的水损坏因素——沥青面层本身的压密造成的。有些公路施工时没有很充分地压实，也有的是受排名抢先 的思想驱动，过分追求平整度，在温度降低时碾压，造成压实度 不足，导致面层空隙较大，水从空隙中下渗并滞留在空隙中，逐步造成沥青膜与集料的粘结力丧失、剥离，集料颗粒产生剥落、掉 粒，最后导致松散、坑槽。这是由于施工不良造成路面透水，这 在道路竣工初期表现较多。由于采用了评优评分的质量评定制度，工程报告不存在压实度不合格的记录，致使事后检查发生困难，但不等于压实度都已经达到了。从这个角度出发，为减少渗 水最重要的一点是施工过程中加强碾压，切忌片面追求平整度而放松压实。保证压实度，使空隙率控制在要求范围内，这是非常 重要的。 

       为了解决水损问题，公路施工部门作了许多努力，尤其是 “SMA混合料新型级配”的应用。由于SMA是一种密实式粗集料嵌挤型间断级配沥青砼，因而与其他沥青路面相比，具有抗车 辙、抗裂、抗滑、泌水及耐久的优点。但采用SMA比传统沥青混合料费用要增加，但耐久性可延长。 

3 结束语 

      采用SMA这样的高新技术， 不仅有一定的风险，而且还增加公路建设成本。 如果盲目使用， 不仅达不到提高路面质量的目的， 反而造成浪费。 按照我国的经济实力和目前的技术水平，只在气候条件恶劣、交通量特别繁重或政治经济地位特别重要的路段上优先考虑采用这种技术。但是随着科学技术的发展，在未来的年代里，以SMA混合新型级配为主的沥青路面材料一定会占主导地位。 

参考文献 

1 公路沥青路面施工技术规范(JTJ032-94) 

2 路基工程 方左英 

3 路面工程 方福森 


工程建设机械2004.NO.7

道路养护