瀝青路面施工期短、表面平整、養(yǎng)護(hù)維修方便，是路面的主要形式之一。然而瀝青路面早期損壞的現(xiàn)象普遍存在，如松散、坑槽、車轍等。雖然路段的早期破壞很大程度上與汽車的重載和超載有關(guān)，但事實(shí)上水損害也是造成瀝青路面早期破壞的主要模式之一，我國(guó)從南方到北方，都出現(xiàn)過(guò)由于水損害引起的高速公路大面積早期破壞。出現(xiàn)的時(shí)間，有的在竣工通車后不足一年或兩年，時(shí)間短的只有幾個(gè)月。尤其在我國(guó)南方地區(qū)，氣候溫暖潮濕，降水量較大，水損害問(wèn)題更為突出。因此，高速公路瀝青路面水損害問(wèn)題成為研究熱點(diǎn)。

     目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者已對(duì)水損害的概念有了較為明確且一致的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為水損害是指水由瀝青路面孔隙、裂縫進(jìn)入路面內(nèi)部后，在凍融、車輛輪胎動(dòng)荷載產(chǎn)生的動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)作用下，水分逐漸滲入瀝青與礦料的界面或?yàn)r青內(nèi)部，使瀝青與礦料之間的黏附性降低并逐漸喪失黏結(jié)能力，瀝青膜逐漸從礦料表面剝離，瀝青混合料掉粒、松散，造成瀝青路面結(jié)構(gòu)整體性的破壞。

 

     瀝青路面水損害表現(xiàn)形式多樣。一般可歸納為三類即松散類（路表麻面、松散、掉粒、坑洞）、裂縫類（唧漿、網(wǎng)裂、坑洞）和變形類（轍槽）。以上的早期水損害現(xiàn)象有時(shí)單獨(dú)出現(xiàn)，但大多數(shù)是組合出現(xiàn)的。比如產(chǎn)生唧漿的地方通常會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)裂和形變，并隨著時(shí)間的推移很快會(huì)出現(xiàn)松散和坑洞。此外，水損害按照水對(duì)路面損害的部位，可以分為路表水對(duì)路面的損害和進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)的水對(duì)路面的損害；按照形成過(guò)程的不同，可以分為自上而下的表面層水損害和自下而上的水損害。許多初期的路面水損害都是由上往下發(fā)生的，它往往局限于表面層發(fā)生松散和坑槽，當(dāng)表面的水從裂縫和孔隙較大的裂隙中進(jìn)入路面內(nèi)，即形成路面內(nèi)自下而上的水損害。

 

     造成瀝青路面水損害的因素很多，可分為外部因素和內(nèi)部因素。外部因素主要為：水、載荷和施工方法；內(nèi)部因素主要為：集料性質(zhì)、瀝青性質(zhì)、瀝青混合料的空隙率、瀝青混合料的離析和路面結(jié)構(gòu)排水系統(tǒng)。水損害的發(fā)生往往是各種因素共同作用的結(jié)果。瀝青與石料的黏附性不足和混合料空隙率過(guò)大是造成瀝青路面水損害的主要原因。國(guó)內(nèi)關(guān)于水損害的作用機(jī)理的研究主要涉及到以下幾種理論：

 

     普遍認(rèn)為黏附-剝落理論是水損害的主要作用機(jī)理。黏附是指一種物體與另一種物體黏結(jié)時(shí)的物理作用。黏附-剝落理論主要體現(xiàn)為兩種作用過(guò)程，即黏附力和黏結(jié)力的損失。黏附力損失是指水進(jìn)入瀝青和礦料之間的界面上，礦料對(duì)水的吸力比對(duì)瀝青的吸力大，造成瀝青剝落；黏結(jié)力損失是指瀝青內(nèi)部的水使瀝青軟化，黏性降低，從而使瀝青混合料的整體性與強(qiáng)度降低。對(duì)于瀝青與集料間的黏附性有四種理論來(lái)解釋：力學(xué)理論、化學(xué)反應(yīng)理論、表面能理論和分子定向理論。

 

     靜水壓力作用瀝青路面的水損害與軟化和剝落兩種過(guò)程有關(guān)。首先，水能進(jìn)入瀝青中使瀝青黏附性減小，從而導(dǎo)致混合料的強(qiáng)度減�。黄浯�，水能進(jìn)入瀝青膜和集料之間，阻斷瀝青和集料的相互黏結(jié)。由于集料表面對(duì)水的吸附力比對(duì)瀝青的吸附力強(qiáng)，致使瀝青與集料表面的接觸面減少，結(jié)果瀝青從集料表面剝落。

 

     行車車輪在瞬間通過(guò)時(shí)，輪荷對(duì)路面產(chǎn)生的動(dòng)水壓力，先是擠壓，迫使空隙中的滯留水沿隙四周擠壓、滲流。車輪駛離時(shí)，輪后的真空抽吸、路面自身的回彈，又會(huì)促使結(jié)構(gòu)內(nèi)的滯留水產(chǎn)生抽吸和回流，如此動(dòng)水壓力的擠壓、抽涮，頻繁交替作用于瀝青混合料。另外，高能量的水分子與集料的黏附力比瀝青與集料的黏附力要大，會(huì)在集料表面加速與瀝青分子的置換，使瀝青混合料的品質(zhì)迅速變壞。

 

     水損害防治

     國(guó)內(nèi)關(guān)于水損害防治的研究集中在兩個(gè)方面，一是提高瀝青與集料的黏附性，提高集料之間的黏結(jié)力，二是防止水分進(jìn)入瀝青混合料內(nèi)部及瀝青與集料的界面上�？缮婕暗綖r青路面的設(shè)計(jì)、施工、管理和養(yǎng)護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

 

     對(duì)瀝青而言，選擇黏性較大、不含或少含對(duì)水敏感的組成成分的瀝青，或采用聚合物改性瀝青，針對(duì)瀝青水穩(wěn)定性不足的問(wèn)題，可摻加適宜的抗剝離劑；對(duì)集料而言，就是要求表面粗糙，含有較多的鐵鈣鎂等高價(jià)陽(yáng)離子，比表面積大，呈憎水性，且確保表面干凈；在滿足強(qiáng)度的前提下，適當(dāng)放寬對(duì)集料致密度和吸水率的限制，并通過(guò)酸堿性測(cè)試評(píng)價(jià)，選擇堿性集料；對(duì)混合料而言選擇合理的級(jí)配。

 

     鄒蘇華等研究了不同類型瀝青混和料的水穩(wěn)定性及改進(jìn)措施，認(rèn)為玄武巖不同類型瀝青混合料的水穩(wěn)定性不一定都能夠滿足使用要求。消石灰添加劑可以改善瀝青混合料的水穩(wěn)定性；對(duì)于AC-13密級(jí)配瀝青混凝土與S M A-13瀝青瑪蹄脂碎石混合料，消石灰效果良好；

 

     對(duì)于A M-13半開級(jí)配瀝青碎石混合料，效果相對(duì)較差。郝培文等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了石料堿值對(duì)瀝青混合料水穩(wěn)定性的影響，認(rèn)為石料堿值越大，空隙率越小，瀝青混合料的抗水害能力越強(qiáng)，當(dāng)石料堿值小于0.78時(shí)，在進(jìn)行瀝青混合料水穩(wěn)定性設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)石料或?yàn)r青進(jìn)行預(yù)處理，只有這樣才能滿足強(qiáng)度要求。馬新等進(jìn)行了瀝青混合料水穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的實(shí)驗(yàn)研究，認(rèn)為利用馬歇爾殘留穩(wěn)定度來(lái)評(píng)價(jià)瀝青混合料水穩(wěn)定性的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與使用效果存在很大的偏差，而用試件飽水煮沸后的劈裂強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)其抵抗水損害的能力，作用效果明顯、準(zhǔn)確度高，值得推廣。

 

     控制路面孔隙率、提高壓實(shí)度

     在面層施工過(guò)程中，常常由于碾壓時(shí)混合料溫度偏低，碾壓不及時(shí)，施工操作不規(guī)范或片面追求表面平整度等原因，壓實(shí)度不足或者壓實(shí)不均勻，造成瀝清混凝土局部空隙率大或水容易進(jìn)入，形成骨料局部松散脫落，采用合理的壓實(shí)工藝是保證瀝青路面質(zhì)量合格的一個(gè)重要因素。研究建議抗滑表層現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度不小于98%，現(xiàn)場(chǎng)空隙率不大于6%；中面層和下面層的壓實(shí)度不小于97%，現(xiàn)場(chǎng)空隙率不大于7%。

 

     另外，若面層混合料不均勻，存在離析現(xiàn)象。瀝青混合料在拌和、運(yùn)輸、攤鋪過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的離析，施工中如未認(rèn)真處理，攤鋪的面層就會(huì)存在不均勻性，特別是在粗集料較多的位置，瀝青混凝土的空隙率較大，路面滲水就愈嚴(yán)重，因此施工中各道工序應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，確保瀝青面層均勻性，以有效減少混合料離析。

 

     改善瀝青路面排水條件

     路表排水 為保證路表水排水順暢，擋水式的路緣石有可能使水滯留在路面上，應(yīng)將其下臥，但路肩和邊坡必須采取相應(yīng)措施，以經(jīng)得起水的沖刷。榮保銘認(rèn)為可以取消邊路緣石，采用瀝青攔水帶，讓水能沿著路面斷面滲出；也可在路邊緣中下層留10～20c m寬槽，放上碎石并鋪上面層，做成盲溝或者排水管的形式。

 

     張文佳認(rèn)為路面表面排水范圍包括路面和路肩，通�？衫�用路面橫坡或合成坡度排除降雨。在進(jìn)行路面橫坡設(shè)計(jì)時(shí)，橫坡坡度一般為2%，當(dāng)?shù)鼗鶠檐浲恋鼗鶗r(shí)坡度應(yīng)適當(dāng)加大到2.5%～3.0%，超高緩和段的扭曲路面時(shí)最小合成坡度應(yīng)小于0.5%，若條件允許可采用不設(shè)超高的平曲線半徑。郭有才建議在路面結(jié)構(gòu)層中設(shè)置防水層，基層頂面設(shè)置封層，在中央分隔帶處設(shè)置縱橫向排水滲溝，在土路肩處采用碎石填料進(jìn)行填筑。

 

     結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水 目前路面排水往往只重視路基范圍內(nèi)的路面表面的水排除，對(duì)路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的排水很不重視。

 

     水可以通過(guò)路面滲透水、地表滲透水、地下水、泉水、冰凍融化水、毛細(xì)水等途徑進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)，直接降低了路面材料的強(qiáng)度和間接的路基對(duì)路面支持的損失。因此，結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水條件對(duì)瀝青路面使用性能改善意義重大。

 

     我國(guó)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范J T GD50-2006》基于理論法設(shè)計(jì)路面，未將結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水條件反映在路面厚度設(shè)計(jì)中。汪生軍等和魏煥芬指出我國(guó)高等級(jí)公路普遍采用半剛性基層，路面設(shè)計(jì)時(shí)一般不考慮路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)部排水，普遍設(shè)計(jì)了埋置式路緣石、砌筑式路肩、漿砌擋墻，這些都妨礙了由各種途徑侵入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分的排出，建議設(shè)置盲溝保證滲入路面內(nèi)部的水能排除路外。

 

     美國(guó)AASHTO的《AASHTO路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南》以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為基礎(chǔ)，將瀝青路面內(nèi)部水的狀況按含水多少與水存在時(shí)間分成若干等級(jí)，定量融入了路面厚度設(shè)計(jì)。曾夢(mèng)瀾等探討了結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水條件對(duì)瀝青路面使用性能的影響，認(rèn)為瀝青路面內(nèi)部水的狀況對(duì)路面承受荷載的能力和使用壽命有重大影響，尤其是大交通量的公路，并結(jié)合中國(guó)國(guó)情開發(fā)了路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水條件定量估計(jì)方法。

 

     蘭永紅等認(rèn)為中面層和底基層均采用密實(shí)型瀝青混凝土，面層采用較密實(shí)的改進(jìn)型A K-13結(jié)構(gòu)，且在水泥穩(wěn)定碎石基層上，設(shè)置“透層+封層”的防水結(jié)構(gòu)層，可以完善路面內(nèi)排水設(shè)計(jì)。

 

     運(yùn)營(yíng)期養(yǎng)護(hù)及管理 在大量快速行車荷載的反復(fù)作用下，較大的動(dòng)水壓力使瀝青從集料表面脫落下來(lái)，局部瀝青混合料松散并失去強(qiáng)度，路面形成坑槽；若路面的水透過(guò)面層滯留在半剛性基層頂面時(shí)，當(dāng)大量快速重型車輛反復(fù)作用下，自由水產(chǎn)生很大的動(dòng)水壓力并沖刷基層混合料的細(xì)料而形成灰漿，使得半剛性基層過(guò)早地出現(xiàn)疲勞開裂，使水更易進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)形成惡性循環(huán)而導(dǎo)致大面積路面破壞。路面的使用壽命隨超載率的增加而減小的幅度很大，如在超載率為100％時(shí)，半剛性路面結(jié)構(gòu)僅能承受18次這樣的車輛荷載就會(huì)發(fā)生疲勞開裂；但對(duì)于高等級(jí)公路，行車速度可以達(dá)到100公里以上，所造成的動(dòng)水壓力可達(dá)普通公路的2.5～3倍。因此，必須提出以防為主，防治結(jié)合的思路，加大路政管理力度，公路管理部門應(yīng)該按照《公路法》及《超限運(yùn)輸車輛行駛公路規(guī)定》的要求對(duì)超載車輛進(jìn)行強(qiáng)制卸載，并在入口處設(shè)卡不讓超載車輛進(jìn)入高速公路，嚴(yán)禁車輛超載給瀝青路面造成的巨大損害。

 

     加強(qiáng)路面養(yǎng)護(hù)管理，路面出現(xiàn)水損害時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取有效的養(yǎng)護(hù)處治措施。

 

     主要應(yīng)做到：取路面試樣檢驗(yàn)，確定水損害類型、范圍及可能原因；調(diào)查排水系統(tǒng)，是否設(shè)置或堵塞，進(jìn)行必要的現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)試驗(yàn)，包括滲透性試驗(yàn)；在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析水損害的原因，修復(fù)排水系統(tǒng)，加強(qiáng)覆蓋層或翻修路面。

 

     結(jié)論

     高速公路瀝青路面水損害問(wèn)題是近年來(lái)研究的熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要從表現(xiàn)形式、作用機(jī)理及防治措施研究了水損害問(wèn)題。水損害表現(xiàn)形式復(fù)雜多樣，但相同氣候條件下，破壞模式具有相似性。關(guān)于水損害作用機(jī)理的分析主要有黏附-剝落理論、靜水壓力和動(dòng)水壓力作用，普遍認(rèn)為黏附-剝落理論是水損害的主要機(jī)理。水損害防治的研究主要集中在提高路面材料的黏附性和黏結(jié)力以及防止水分進(jìn)入路面材料兩個(gè)方面。