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摘要：沥青路面使用中所发生的水损害涉及多方面的因素,至今许多问题仍没有令人满意的解决方案,因此还需进行不断的研究,对沥青路面水损害的产生、影响沥青混合料抗水损害性能的因素以及现有的各种沥青混合料抗水损害性能的评价方法进行一定对比和分析.
关键词：沥青混合料；水损害；评价方法
1 引言
由于沥青路面使用中所发生水损害涉及因素很多,至今许多问题都没有得到令人满意答案,因此依然在进行不断研究.具体研究方向主要体现在沥青路面水损害的产生和作用机理；影响沥青混合料抗水损害性能各种因素；沥青混合料抗水损害性能评价方法；现对沥青路面水损害产生、影响沥青混合料抗水损害性能各种因素以及现有各种沥青混合料抗水损害性能评价方法进行一定分析.
2 沥青路面水损害产生和作用机理
对于沥青路面的水损害机理一般可归结为：沥青与集料粘结力损失导致两者的剥离；沥青粘结力下降导致沥青混凝土强度损失；集料内部颗粒水膨胀导致沥青混凝土整体性破坏.沥青膜从集料表面剥落是造成沥青路面水损害的最主要原因.对于剥落机理的认识一般分为以下的三个方面：集料表面的纹理特征、有水存在时在沥青粘结料与集料接触面之间的物理化学偶合反应、集料表面的杂质及水分使其不能与沥青完全粘结.也有研究将沥青混合料剥落分为五种基本类型：沥青粘结料在水作用下乳化、集料表面的沥青蜕皮、水对集料表面沥青粘结膜的置换、在集料锐利棱边及棱角处沥青粘结膜的破裂和空隙动水压力的侵蚀剥落.对沥青膜剥落的过程,美国沥青协会则进行了更为深入的研究,把沥青膜的剥落机理归纳为撕裂、置换、瞬间乳化、间隙压力、水力冲刷等几种情况.
3 影响沥青混合料抗水损害性能因素
沥青膜从集料表面剥落是造成沥青路面水损害的最主要原因,而导致沥青剥落这一结果的影响因素主要有以下几方面：
沥青性质：由于在粘性大的沥青中存在较多的极性物质,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.对于亲水性集料,其对水的吸附能力比沥青大,集料表面的沥青膜容易被水置换,而憎水性集料则恰好相反.通常亲水性集料有较高的硅质含量,显酸性,而憎水性集料硅质含量低,呈碱性.因此酸性集料与沥青的粘附性不如碱性集料好且酸性越大,与沥青粘附性越差.集料的酸碱性是按其所含SiO2含量来确定的,SiO2含量越高,集料酸性越强.
沥青混合料许多性能都与其孔隙率息息相关,透水性也不例外,孔隙率大小直接关系到沥青路面的透水性.根据Zube对密级配沥青混合料孔隙率与透水性的研究以及Brown和Collins等在乔治亚州对离析混合料的研究可知当沥青路面的孔隙率在8％以下时混合料透水性很小.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.但是孔隙率超过8％.混合料透水系数增长就会很快,因此8％孔隙率是控制路面透水性一个临界点.当路面实际孔隙率在8％-15％范围内时水容易侵入面层内部．水又不易迅速排除且难以蒸发,因此水能较长时间滞留在路面内,当在荷载作用下时会产生较大孔隙水压力并成为动水力造成沥青混合料水损害破坏.
4 沥青混合料抗水损害性能的评价方法
多年来,各国研究人员就水损害提出了许多评价方法和评价指标.这些方法和指标都从不同的角度反映了沥青混合料水稳定性,各具优缺点.Saleh A1.Swailmi和Ronald L.Terrel将试验方法大致分为两类：
对未经压实松散沥青混合料在常温或沸腾温度下浸水一段时间后进行评价.将未经压实松散沥青混合料浸于水中一段时间后,主观评价或利用仪器检查集料裹覆沥青膜剥蚀程度,并据此作为判定混合料水稳定性依据.以水煮法、浸水法和光电分光度法为代表.根据粗集料表面沥青膜在一定温度下遭受水侵蚀而产生剥离的程度来判定沥青与矿料粘附性,具有一些共同优缺点.首先试验都是针对粗集料与沥青相互作用,而细集料和填充料被忽视了；除光电分光度法采用了定量的客观评价指标外,水煮法和静态浸水法仍采用主观评价标准,易受人为因素影响；再次它们的评价标准都不能直接反映混合料水稳定性能.
对混合料成型试件或提取路面芯样在水侵蚀前后某些指标进行对比客观评价.该方法是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水敏感性.马歇尔试验、劈裂试验以及洛特曼方法采用了客观指标,克服主观指标因人而异缺点.在实验室条件下以冻融方式模拟水侵蚀对沥青混合料造成水损坏.该方法可以用遭受不同程度水侵蚀试件强度比来表征不同使用年限沥青混凝土水稳定性,忽略了路面在使用过程中自然老化现象.评价内容针对沥青路面使用初期,即未经老化的沥青混合料抵抗水侵蚀的能力.综上所述,试验方法用来评价沥青混凝土水稳定性是不全面.
SHRP研究计划的ECS系统考虑的因素可以说是比较全面.不仅考虑饱水率控制以及同时施加动荷载,采用了SHRP研究最新成果--混合料短期老化和旋转压实.从理论上看ECS兼有改进洛特曼试验和浸水轮辙试验优点且能把混合料老化纳入评价内容,弥补其他方法不足.但是Vivek Tandon等人研究认为ECS存在两点缺陷,一是冻融循环过程造成破坏程度太低,二是回弹模量M 测量精度不足,导致其评价结果常与其他试验方法结论存在较大差异.而UTEP研究则指出,ECS应在以下两方面改进 ECS回弹模量测定装置；剥落百分率及空气、水的渗透系数自测量精度.美国科罗卡多州运输部在将其与两种常用方法进行研究比较后指出,ECS的方法与试验过程在其作为常规试验推广之前都需要进一步改进,不过它也未考虑混合料孔隙率的变化对试验结果的影响.
因此尽管国内外目前采用多种方法来评价沥青混合料抗水损害性能,但是这些方法均以不同水侵蚀强度来模拟混合料不同使用阶段的水敏感性能,均忽视了沿线环境、行车荷载和沥青自然老化等因素的影响.实际上这些评价结果只能反映路面建成初期时水稳定性,路面使用中后期性能,也就是老化后的水稳定性能未能得到反映,我国当前规范也同样未能考虑老化对水稳定性的影响.对沥青混合料抗水损害性能的评价方法、评价指标的研究有待进一步加强.
5 结束语
伴随着沥青路面在我国高等级公路中广泛使用同时,水损害现象普遍产生并成为沥青路面主要早期病害之一.导致路面结构性破坏和使用功能降低并誘发其他病害出现,严重影响路面使用寿命和服务质量.本文总结分析了沥青路面水损害产生的机理和影响沥青混合料抗水损害性能主要因素.尽管目前国内外开展了大量的关于沥青路面水损害机理、影响沥青混合料抗水损害性能各种因素、防治水损害的应用性研究和沥青混合料抗水损害性能评价方法与评价指标等方面研究,但我国沥青路面上水损害现象依然严重,因此该研究方向仍有待进一步深入.
参考文献
[1]罗志刚.高等级沥青路面水损害分析[D].长沙：长沙交通学院,2003．
[2]张宏超,孙立军.沥青混合料水稳定性能全过程评价方法研究[J].同济大学学报,2002,30(4)：422-425．
[3]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社．20o1．
关键词：沥青混合料；水损害；评价方法
1 引言
由于沥青路面使用中所发生水损害涉及因素很多,至今许多问题都没有得到令人满意答案,因此依然在进行不断研究.具体研究方向主要体现在沥青路面水损害的产生和作用机理；影响沥青混合料抗水损害性能各种因素；沥青混合料抗水损害性能评价方法；现对沥青路面水损害产生、影响沥青混合料抗水损害性能各种因素以及现有各种沥青混合料抗水损害性能评价方法进行一定分析.
2 沥青路面水损害产生和作用机理
对于沥青路面的水损害机理一般可归结为：沥青与集料粘结力损失导致两者的剥离；沥青粘结力下降导致沥青混凝土强度损失；集料内部颗粒水膨胀导致沥青混凝土整体性破坏.沥青膜从集料表面剥落是造成沥青路面水损害的最主要原因.对于剥落机理的认识一般分为以下的三个方面：集料表面的纹理特征、有水存在时在沥青粘结料与集料接触面之间的物理化学偶合反应、集料表面的杂质及水分使其不能与沥青完全粘结.也有研究将沥青混合料剥落分为五种基本类型：沥青粘结料在水作用下乳化、集料表面的沥青蜕皮、水对集料表面沥青粘结膜的置换、在集料锐利棱边及棱角处沥青粘结膜的破裂和空隙动水压力的侵蚀剥落.对沥青膜剥落的过程,美国沥青协会则进行了更为深入的研究,把沥青膜的剥落机理归纳为撕裂、置换、瞬间乳化、间隙压力、水力冲刷等几种情况.
3 影响沥青混合料抗水损害性能因素
沥青膜从集料表面剥落是造成沥青路面水损害的最主要原因,而导致沥青剥落这一结果的影响因素主要有以下几方面：
沥青性质：由于在粘性大的沥青中存在较多的极性物质,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.对于亲水性集料,其对水的吸附能力比沥青大,集料表面的沥青膜容易被水置换,而憎水性集料则恰好相反.通常亲水性集料有较高的硅质含量,显酸性,而憎水性集料硅质含量低,呈碱性.因此酸性集料与沥青的粘附性不如碱性集料好且酸性越大,与沥青粘附性越差.集料的酸碱性是按其所含SiO2含量来确定的,SiO2含量越高,集料酸性越强.
沥青混合料许多性能都与其孔隙率息息相关,透水性也不例外,孔隙率大小直接关系到沥青路面的透水性.根据Zube对密级配沥青混合料孔隙率与透水性的研究以及Brown和Collins等在乔治亚州对离析混合料的研究可知当沥青路面的孔隙率在8％以下时混合料透水性很小.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.但是孔隙率超过8％.混合料透水系数增长就会很快,因此8％孔隙率是控制路面透水性一个临界点.当路面实际孔隙率在8％-15％范围内时水容易侵入面层内部．水又不易迅速排除且难以蒸发,因此水能较长时间滞留在路面内,当在荷载作用下时会产生较大孔隙水压力并成为动水力造成沥青混合料水损害破坏.
4 沥青混合料抗水损害性能的评价方法
多年来,各国研究人员就水损害提出了许多评价方法和评价指标.这些方法和指标都从不同的角度反映了沥青混合料水稳定性,各具优缺点.Saleh A1.Swailmi和Ronald L.Terrel将试验方法大致分为两类：
对未经压实松散沥青混合料在常温或沸腾温度下浸水一段时间后进行评价.将未经压实松散沥青混合料浸于水中一段时间后,主观评价或利用仪器检查集料裹覆沥青膜剥蚀程度,并据此作为判定混合料水稳定性依据.以水煮法、浸水法和光电分光度法为代表.根据粗集料表面沥青膜在一定温度下遭受水侵蚀而产生剥离的程度来判定沥青与矿料粘附性,具有一些共同优缺点.首先试验都是针对粗集料与沥青相互作用,而细集料和填充料被忽视了；除光电分光度法采用了定量的客观评价指标外,水煮法和静态浸水法仍采用主观评价标准,易受人为因素影响；再次它们的评价标准都不能直接反映混合料水稳定性能.
对混合料成型试件或提取路面芯样在水侵蚀前后某些指标进行对比客观评价.该方法是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水敏感性.马歇尔试验、劈裂试验以及洛特曼方法采用了客观指标,克服主观指标因人而异缺点.在实验室条件下以冻融方式模拟水侵蚀对沥青混合料造成水损坏.该方法可以用遭受不同程度水侵蚀试件强度比来表征不同使用年限沥青混凝土水稳定性,忽略了路面在使用过程中自然老化现象.评价内容针对沥青路面使用初期,即未经老化的沥青混合料抵抗水侵蚀的能力.综上所述,试验方法用来评价沥青混凝土水稳定性是不全面.
SHRP研究计划的ECS系统考虑的因素可以说是比较全面.不仅考虑饱水率控制以及同时施加动荷载,采用了SHRP研究最新成果--混合料短期老化和旋转压实.从理论上看ECS兼有改进洛特曼试验和浸水轮辙试验优点且能把混合料老化纳入评价内容,弥补其他方法不足.但是Vivek Tandon等人研究认为ECS存在两点缺陷,一是冻融循环过程造成破坏程度太低,二是回弹模量M 测量精度不足,导致其评价结果常与其他试验方法结论存在较大差异.而UTEP研究则指出,ECS应在以下两方面改进 ECS回弹模量测定装置；剥落百分率及空气、水的渗透系数自测量精度.美国科罗卡多州运输部在将其与两种常用方法进行研究比较后指出,ECS的方法与试验过程在其作为常规试验推广之前都需要进一步改进,不过它也未考虑混合料孔隙率的变化对试验结果的影响.
因此尽管国内外目前采用多种方法来评价沥青混合料抗水损害性能,但是这些方法均以不同水侵蚀强度来模拟混合料不同使用阶段的水敏感性能,均忽视了沿线环境、行车荷载和沥青自然老化等因素的影响.实际上这些评价结果只能反映路面建成初期时水稳定性,路面使用中后期性能,也就是老化后的水稳定性能未能得到反映,我国当前规范也同样未能考虑老化对水稳定性的影响.对沥青混合料抗水损害性能的评价方法、评价指标的研究有待进一步加强.
5 结束语
伴随着沥青路面在我国高等级公路中广泛使用同时,水损害现象普遍产生并成为沥青路面主要早期病害之一.导致路面结构性破坏和使用功能降低并誘发其他病害出现,严重影响路面使用寿命和服务质量.本文总结分析了沥青路面水损害产生的机理和影响沥青混合料抗水损害性能主要因素.尽管目前国内外开展了大量的关于沥青路面水损害机理、影响沥青混合料抗水损害性能各种因素、防治水损害的应用性研究和沥青混合料抗水损害性能评价方法与评价指标等方面研究,但我国沥青路面上水损害现象依然严重,因此该研究方向仍有待进一步深入.
参考文献
[1]罗志刚.高等级沥青路面水损害分析[D].长沙：长沙交通学院,2003．
[2]张宏超,孙立军.沥青混合料水稳定性能全过程评价方法研究[J].同济大学学报,2002,30(4)：422-425．
[3]沈金安.沥青及沥青混合料路用性能[M].北京：人民交通出版社．20o1．