论文部分内容阅读
[摘 要]水损害是沥青路面较为常见的早期损害之一，为了更好地应对路面病害以及延长沥青路面的使用寿命，有必要对沥青路面水损害防治措施进行分析研究。在分析水损害形成机理的基础上，本文主要从材料与结构设计方面、路面施工质量方面、道路运营管理方面着重进行探讨沥青路面水损害的防治措施。
[关键词]沥青路面 水损害 形成机理 防治措施
中图分类号：U416.217 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）22―0477―01
前言：沥青混凝土路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点，因此获得越来越广泛的应用。在高速公路的建设中，我国的绝大部分高速公路都采用沥青混凝土路面。而且随着公路建设的发展，公路里程和等级也不断提升。沥青路面由于具有其独特的优点而广泛应用于高速公路建设中。然而，沥青路面的水稳定性比较差，在水的作用下容易产生松散、脱落、坑槽等病害，不仅会缩短路面的使用寿命，降低路面的使用性能，而且直接影响了公路的服务水平。因此有必要对沥青路面水损害的防治措施进行分析研究。
1 沥青路面水损害形成机理
沥青路面的水损害破坏是指沥青路面在水分存在的条件下，经受温度胀缩和交通荷载的反复作用，一方面水分逐渐渗入到集料与沥青的界面上，降低沥青与石料之间的粘附性能；另一方面水分的浸泡或动水压力作用等原因，使沥青膜剥离脱落，导致集料间粘结力的损失，引发沥青路面破坏。
沥青路面水损害机理分析不仅是提出防治措施的基础，也是分析水损害原因的出发点。沥青路面水损害的形成机理。可以分为四个阶段，具体如下：
（1）在开始阶段，地下水或大气降水等水分逐渐侵入到沥青与集料的界面上，以水气或水膜的形式存在，降低沥青与集料之间的黏附性能；
（2）在自然环境或者车辆荷载的反复作用下，动水压力使沥青膜与集料的粘结性能进一步恶化，并开始剥离；
（3）当粘结力不断地减小，不足以维持沥青与集料形成一个整体，集料开始松散、脱落；
（4）沥青路面出现一系列病害，公路服务等级和水平降低。
以上是沥青路面水损害的形成机理，预防处治主要包括：设计预防、施工预防、养护期预防三个阶段。只有每个阶段能严格控制质量，才能更为有效地防治沥青路面的水损害。
2 沥青路面水损害防治措施
通过对沥青路面水损害的机理分析，我们知道造成水损害的主要原因是水，但由于水损害产生的数量及速度与沥青混凝土密实度及空隙率大小、沥青与粗集料的粘附力大小或有无使用抗剥落剂、交通量大小及重（超）载车辆的多少也有一定的关系，所以，有效防治水损害发生，应从以下几方面考虑。
2.1材料与结构设计方面
2.1.1选用合适的沥青与集料
沥青路面设计中，沥青与集料的选择是一个重要环节，必须根据路面功能要求选用合适的沥青与集料，保证施工用的沥青与集料之间有良好的粘结性能。沥青与矿料的化学成分组成、沥青的粘性、矿料的含水量与含泥量等都是影响粘结性能的主要因素。例如沥青与碱性矿料的粘结力较好，而与酸性矿料的粘结力往往较差。但在公路建设中，由于考虑到路面的耐磨抗滑的要求或者地方矿料的供应，也会选用一些酸性矿料。同时，不同地区气候特征的差异，应该选择不同粘度的沥青，提高沥青的地区与季节适应性。
2.1.2优选沥青混合料级配
根據沥青混合料级配的不同，路面结构中的空隙也会有不同的程度，水分对路面的作用也会因此产生差异。可以说，沥青混合料级配类型是路面水损害程度的重要影响因素。一般来说，密级配的沥青混合料空隙较小，透水性差，水分很难侵入到沥青混合料内部，水损害现象比较少；开级配的沥青混合料，结构空隙比较大，水可以在这些空隙中自由流动，也不会产生太大的水损害；而对于断级配的沥青混合料来说，由于在空隙中容易产生动水压力或毛细水作用，往往会产生较为严重的水损害破坏。因此，路面材料应尽可能避免选用断级配沥青混合料，这样有利于控制好路面施工的空隙率。
2.1.3完善路面排水系统
路面结构排水系统能够快速排除路面、地表的水分，可以从源头上减少水损害的产生。很多道路只注重路线线形、路面结构等主体部分的设计，而往往忽略了路面排水系统设计。下雨过后，路面积水严重，逐渐渗入路面结构，在交通荷载作用下，导致沥青路面产生病害。中央分隔带排水系统不完善，雨水流经中央分隔带渗入到路面结构层内部，最终导致水损害产生。此外，部分道路的排水沟、边沟、桥涵等设计未构成完整的排水系统，造成排水不畅，直接危害着路基、路面的强度和稳定性。路面积水主要是由于路面平整度控制不严、路基压实不均匀或者排水不畅引起。首先需要对路面排水系统的重要性提高认识，做好每一个环节排水设施的设计，充分利用路段地形和天然排水系统，形成完整的排水系统。
2.2路面施工质量方面
2.2.1减少沥青混合料离析
由于施工条件和技术的限制，离析是道路工程施工过程中的一大控制难点。沥青混合料的离析主要包括运输离析和温度离析两大类。无论是运输离析还是温度离析都会严重降低路面施工质量，造成部分路面空隙率过大而出现透水。拌合站和施工地点相隔过远，沥青混合料在运输过程中，容易由于堆料、装卸料方式不当产生的集料的离析，导致沥青混合料不均匀。
沥青混合料的摊铺温度、厚度和速度也要进行严格的控制，例如一般的热拌沥青混合料的摊铺速度宜控制在2m/min～6m/min之间，SMA混合料宜控制在1m/min ～ 3m/min之间，以防止沥青混合料在摊铺环节产生离析现象，降低路面的施工质量。
2.2.2提高基层施工质量
基层是面层的支撑，其施工质量直接关系到面层的平整度和强度形成。通常来说，基层的设计厚度在20cm左右，为了达到强度要求，需要进行分层摊铺和碾压。基层材料的选用也是这一环节的关键，上基层最好采用水泥稳定碎石，透层油可以采用非离子型乳化沥青，使透层油能够渗入到基层，形成一个渐进性的过渡层，提高面层与基层之间的整体强度，也 可以有效防止水分进入基层。同时尽量缩短两层施工的间隔时间，避免出现上刚下柔的分离结构，提高半刚性基层的整体强度和水温稳定性。
2.2.3控制好路面压实度
工程实践表明，沥青混合料的压实度达不到要求是产生水损害的最直接原因。因此，必须严格控制沥青路面混合料的压实功能。首先按照公路等级要求确定压实度限值，以此为标准控制施工时路面的压实度。然后确定碾压机械、碾压次数以及碾压方法。但在实际工程施工中，由于受到施工温度、操作方法、碾压次数等条件的影响，往往造成沥青路面混合料碾压效果不佳的情况。有时为了达到路面平整度的要求，忽略了对碾压不足部位的压实效果。这都会给路面使用期产生水损害带来了不良的因素。
2.2.4设计合理的空隙率
空隙率是沥青水损害产生的最直接原因，国内外相关研究表明，8%的施工空隙率是沥青路面产生早期水损害的分水岭，若路面碾压不充分，压实度不足，沥青混合料的空隙率大于该值，路面渗水程度会大大增加，在外部条件作用下引起沥青路面病害的产生。而4%的设计空隙率是最佳的选择，因此应当提高沥青混合料的压实度，减小剩余空隙率。同时要加强对沥青路面密实度和渗水性的检测，防止水损害的大量出现。
2.3道路运营管理方面
2.3.1加强重交通监督管理
随着交通量以及重型车辆的增加，对沥青路面的危害是极大的。就同一路段而言，外侧车道的路面破损率明显大于内侧车道，主要是由于车辆的荷载强度超过了路面的承受能力，引起路面病害的产生。在水分存在和车辆荷载的共同作用下，动水压力急剧增加，路面病害将迅速发展，削弱了沥青与矿料之间的粘结力。我国路面设计采用的标准轴载BZZ-100，但实际交通中，很多车辆的轴载都超过了该值，同时还有一些车辆超载超重，更加剧了路面的早期破损，从而引起水损害的产生。因此，在开放交通时，要加强对路面重型车辆的检查与监控，减少车辆超载的现象。
2.3.2及时修补路面病害
公路施工建设是质量控制的重点环节，但路面的后期维修养护也是不可忽视的环节。沥青路面容易产生松散、剥落、坑槽等病害。由于季节气候或者材料使用环境等的限制，路面病害修补往往呈现滞后的现象。在车辆荷载的作用下，病害会迅速恶化，更为水分侵入路面结构内部提供了条件，造成更为严重的破坏。
同时要转变路面养护理念，提高对小病害的重视，加强日常巡查养护，做到随时随地及时修补，不要等到病害发展严重了再进行路面修补工作，这将会带来更大的工作量和经济损失。
2.3.3优化养护资源配置
沥青路面的养护资源落后主要表现在养护人员的专业技能低下、养护技术落后和养护费用欠缺三个方面。现有的路面养护人员大多缺乏沥青路面专业知识，包括公路路面施工、路面养护的基本知识与基本技能，往往停留在传统的公路养护方式上，势必造成养护工作的不到位、不及时、不专业，加快沥青路面水损害的扩展。我国公路养护技术相对落后，首先表现在路面病害的养护材料方面，目前路面病害的材料多采用热拌沥青混合料，其施工气候条件要求高、施工工艺复杂、修补时需要加热等缺点，都影响了沥青路面的修补工作。其次修补工作多为人工修补，施工速度慢，质量难以控制。路面的养护也需要经费来源，但由于对路面养护的重视不足，各地公路后期养护的经费都很欠缺，严重阻碍了养护工作的进行，未能及时防治沥青路面水损害的发展。因此，各地区公路营运管理部门要加强对公路后期养护的认识，尽可能为公路的养护配备充足的资源。
3 结语
沥青路面的水损害在各地公路的早期破坏中表现均较为突出，应提高重视程度。沥青路面水损害的防治措施可以从三个方面着手：
（1）材料与结构设计方面：选用合适的沥青与集料；优选沥青混合料的级配；完善路面排水系统。
（2）路面施工质量方面：减少沥青混合料的离析；提高路面基层施工质量；控制好路面压实度；设计合理的空隙率。
（3）公路运营管理方面：加强重交通监督管理；及时修补路面病害；优化养护资源配置。
参考文献
[1] 王泽玉，曹汉琴.沥青路面水損害的原因及防治措施[J].交通标准化，2011.8.
[2] 范志强.沥青路面水损害原因分析及防治措施[J].交通标准化，2012.3：100-102.
[3] 王志刚，盛盛.沥青路面水损害机理和预防措施分析[J].工程技术，2011.8.
[关键词]沥青路面 水损害 形成机理 防治措施
中图分类号：U416.217 文献标识码：U 文章编号：1009―914X（2013）22―0477―01
前言：沥青混凝土路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点，因此获得越来越广泛的应用。在高速公路的建设中，我国的绝大部分高速公路都采用沥青混凝土路面。而且随着公路建设的发展，公路里程和等级也不断提升。沥青路面由于具有其独特的优点而广泛应用于高速公路建设中。然而，沥青路面的水稳定性比较差，在水的作用下容易产生松散、脱落、坑槽等病害，不仅会缩短路面的使用寿命，降低路面的使用性能，而且直接影响了公路的服务水平。因此有必要对沥青路面水损害的防治措施进行分析研究。
1 沥青路面水损害形成机理
沥青路面的水损害破坏是指沥青路面在水分存在的条件下，经受温度胀缩和交通荷载的反复作用，一方面水分逐渐渗入到集料与沥青的界面上，降低沥青与石料之间的粘附性能；另一方面水分的浸泡或动水压力作用等原因，使沥青膜剥离脱落，导致集料间粘结力的损失，引发沥青路面破坏。
沥青路面水损害机理分析不仅是提出防治措施的基础，也是分析水损害原因的出发点。沥青路面水损害的形成机理。可以分为四个阶段，具体如下：
（1）在开始阶段，地下水或大气降水等水分逐渐侵入到沥青与集料的界面上，以水气或水膜的形式存在，降低沥青与集料之间的黏附性能；
（2）在自然环境或者车辆荷载的反复作用下，动水压力使沥青膜与集料的粘结性能进一步恶化，并开始剥离；
（3）当粘结力不断地减小，不足以维持沥青与集料形成一个整体，集料开始松散、脱落；
（4）沥青路面出现一系列病害，公路服务等级和水平降低。
以上是沥青路面水损害的形成机理，预防处治主要包括：设计预防、施工预防、养护期预防三个阶段。只有每个阶段能严格控制质量，才能更为有效地防治沥青路面的水损害。
2 沥青路面水损害防治措施
通过对沥青路面水损害的机理分析，我们知道造成水损害的主要原因是水，但由于水损害产生的数量及速度与沥青混凝土密实度及空隙率大小、沥青与粗集料的粘附力大小或有无使用抗剥落剂、交通量大小及重（超）载车辆的多少也有一定的关系，所以，有效防治水损害发生，应从以下几方面考虑。
2.1材料与结构设计方面
2.1.1选用合适的沥青与集料
沥青路面设计中，沥青与集料的选择是一个重要环节，必须根据路面功能要求选用合适的沥青与集料，保证施工用的沥青与集料之间有良好的粘结性能。沥青与矿料的化学成分组成、沥青的粘性、矿料的含水量与含泥量等都是影响粘结性能的主要因素。例如沥青与碱性矿料的粘结力较好，而与酸性矿料的粘结力往往较差。但在公路建设中，由于考虑到路面的耐磨抗滑的要求或者地方矿料的供应，也会选用一些酸性矿料。同时，不同地区气候特征的差异，应该选择不同粘度的沥青，提高沥青的地区与季节适应性。
2.1.2优选沥青混合料级配
根據沥青混合料级配的不同，路面结构中的空隙也会有不同的程度，水分对路面的作用也会因此产生差异。可以说，沥青混合料级配类型是路面水损害程度的重要影响因素。一般来说，密级配的沥青混合料空隙较小，透水性差，水分很难侵入到沥青混合料内部，水损害现象比较少；开级配的沥青混合料，结构空隙比较大，水可以在这些空隙中自由流动，也不会产生太大的水损害；而对于断级配的沥青混合料来说，由于在空隙中容易产生动水压力或毛细水作用，往往会产生较为严重的水损害破坏。因此，路面材料应尽可能避免选用断级配沥青混合料，这样有利于控制好路面施工的空隙率。
2.1.3完善路面排水系统
路面结构排水系统能够快速排除路面、地表的水分，可以从源头上减少水损害的产生。很多道路只注重路线线形、路面结构等主体部分的设计，而往往忽略了路面排水系统设计。下雨过后，路面积水严重，逐渐渗入路面结构，在交通荷载作用下，导致沥青路面产生病害。中央分隔带排水系统不完善，雨水流经中央分隔带渗入到路面结构层内部，最终导致水损害产生。此外，部分道路的排水沟、边沟、桥涵等设计未构成完整的排水系统，造成排水不畅，直接危害着路基、路面的强度和稳定性。路面积水主要是由于路面平整度控制不严、路基压实不均匀或者排水不畅引起。首先需要对路面排水系统的重要性提高认识，做好每一个环节排水设施的设计，充分利用路段地形和天然排水系统，形成完整的排水系统。
2.2路面施工质量方面
2.2.1减少沥青混合料离析
由于施工条件和技术的限制，离析是道路工程施工过程中的一大控制难点。沥青混合料的离析主要包括运输离析和温度离析两大类。无论是运输离析还是温度离析都会严重降低路面施工质量，造成部分路面空隙率过大而出现透水。拌合站和施工地点相隔过远，沥青混合料在运输过程中，容易由于堆料、装卸料方式不当产生的集料的离析，导致沥青混合料不均匀。
沥青混合料的摊铺温度、厚度和速度也要进行严格的控制，例如一般的热拌沥青混合料的摊铺速度宜控制在2m/min～6m/min之间，SMA混合料宜控制在1m/min ～ 3m/min之间，以防止沥青混合料在摊铺环节产生离析现象，降低路面的施工质量。
2.2.2提高基层施工质量
基层是面层的支撑，其施工质量直接关系到面层的平整度和强度形成。通常来说，基层的设计厚度在20cm左右，为了达到强度要求，需要进行分层摊铺和碾压。基层材料的选用也是这一环节的关键，上基层最好采用水泥稳定碎石，透层油可以采用非离子型乳化沥青，使透层油能够渗入到基层，形成一个渐进性的过渡层，提高面层与基层之间的整体强度，也 可以有效防止水分进入基层。同时尽量缩短两层施工的间隔时间，避免出现上刚下柔的分离结构，提高半刚性基层的整体强度和水温稳定性。
2.2.3控制好路面压实度
工程实践表明，沥青混合料的压实度达不到要求是产生水损害的最直接原因。因此，必须严格控制沥青路面混合料的压实功能。首先按照公路等级要求确定压实度限值，以此为标准控制施工时路面的压实度。然后确定碾压机械、碾压次数以及碾压方法。但在实际工程施工中，由于受到施工温度、操作方法、碾压次数等条件的影响，往往造成沥青路面混合料碾压效果不佳的情况。有时为了达到路面平整度的要求，忽略了对碾压不足部位的压实效果。这都会给路面使用期产生水损害带来了不良的因素。
2.2.4设计合理的空隙率
空隙率是沥青水损害产生的最直接原因，国内外相关研究表明，8%的施工空隙率是沥青路面产生早期水损害的分水岭，若路面碾压不充分，压实度不足，沥青混合料的空隙率大于该值，路面渗水程度会大大增加，在外部条件作用下引起沥青路面病害的产生。而4%的设计空隙率是最佳的选择，因此应当提高沥青混合料的压实度，减小剩余空隙率。同时要加强对沥青路面密实度和渗水性的检测，防止水损害的大量出现。
2.3道路运营管理方面
2.3.1加强重交通监督管理
随着交通量以及重型车辆的增加，对沥青路面的危害是极大的。就同一路段而言，外侧车道的路面破损率明显大于内侧车道，主要是由于车辆的荷载强度超过了路面的承受能力，引起路面病害的产生。在水分存在和车辆荷载的共同作用下，动水压力急剧增加，路面病害将迅速发展，削弱了沥青与矿料之间的粘结力。我国路面设计采用的标准轴载BZZ-100，但实际交通中，很多车辆的轴载都超过了该值，同时还有一些车辆超载超重，更加剧了路面的早期破损，从而引起水损害的产生。因此，在开放交通时，要加强对路面重型车辆的检查与监控，减少车辆超载的现象。
2.3.2及时修补路面病害
公路施工建设是质量控制的重点环节，但路面的后期维修养护也是不可忽视的环节。沥青路面容易产生松散、剥落、坑槽等病害。由于季节气候或者材料使用环境等的限制，路面病害修补往往呈现滞后的现象。在车辆荷载的作用下，病害会迅速恶化，更为水分侵入路面结构内部提供了条件，造成更为严重的破坏。
同时要转变路面养护理念，提高对小病害的重视，加强日常巡查养护，做到随时随地及时修补，不要等到病害发展严重了再进行路面修补工作，这将会带来更大的工作量和经济损失。
2.3.3优化养护资源配置
沥青路面的养护资源落后主要表现在养护人员的专业技能低下、养护技术落后和养护费用欠缺三个方面。现有的路面养护人员大多缺乏沥青路面专业知识，包括公路路面施工、路面养护的基本知识与基本技能，往往停留在传统的公路养护方式上，势必造成养护工作的不到位、不及时、不专业，加快沥青路面水损害的扩展。我国公路养护技术相对落后，首先表现在路面病害的养护材料方面，目前路面病害的材料多采用热拌沥青混合料，其施工气候条件要求高、施工工艺复杂、修补时需要加热等缺点，都影响了沥青路面的修补工作。其次修补工作多为人工修补，施工速度慢，质量难以控制。路面的养护也需要经费来源，但由于对路面养护的重视不足，各地公路后期养护的经费都很欠缺，严重阻碍了养护工作的进行，未能及时防治沥青路面水损害的发展。因此，各地区公路营运管理部门要加强对公路后期养护的认识，尽可能为公路的养护配备充足的资源。
3 结语
沥青路面的水损害在各地公路的早期破坏中表现均较为突出，应提高重视程度。沥青路面水损害的防治措施可以从三个方面着手：
（1）材料与结构设计方面：选用合适的沥青与集料；优选沥青混合料的级配；完善路面排水系统。
（2）路面施工质量方面：减少沥青混合料的离析；提高路面基层施工质量；控制好路面压实度；设计合理的空隙率。
（3）公路运营管理方面：加强重交通监督管理；及时修补路面病害；优化养护资源配置。
参考文献
[1] 王泽玉，曹汉琴.沥青路面水損害的原因及防治措施[J].交通标准化，2011.8.
[2] 范志强.沥青路面水损害原因分析及防治措施[J].交通标准化，2012.3：100-102.
[3] 王志刚，盛盛.沥青路面水损害机理和预防措施分析[J].工程技术，2011.8.