高速公路路面透水病害的防治措施

1、高速公路路面透水病害的危害

　　根据权威部门的统计，水造成的损害是我国高速公路沥青混凝土路面最严重的早期破坏原因之一，同时水损害也是一个世界性的问题。沥青混凝土的耐久性主要依靠沥青与集料之间的粘附性程度，虽然施工方法、交通条件、环境因素以及混合料的性质也对沥青混凝土的路面变质有一定影响，但水和水分的作用是影响沥青混凝土耐久性的主要因素之一。路面水通过各种途径透入路面与半刚性基层之间产生的破坏作用更为严重，由水引起的沥青路面的破坏过程主要是：沥青路面施工完成以后，水和空气通过混合料和外界的连通空隙进入混合料内部，如果水分不能及时排出，水就会存留在混合料内，在车辆荷载的动水压力和温度的共同作用下循环反复，将使沥青和矿料发生剥离，造成强度下降。如果进一步发展，就会导致其他的一系列诸如唧浆、松散、坑槽、车辙等多种形式的破坏。

　　水引起的路面破坏有以下特点：（1）破坏发生在雨季或者春融季节，有时一场连续几天的大雨就会导致严重破坏；（2）行车道破坏严重，超车道一般没有破坏，显然与重车、超载有关；（3）破坏之初一般都先有小块的网裂、冒白浆（唧浆），然后松散成坑槽；（4）发生水损坏的地方一般是透水较严重，且排水不畅的部位，如挖开可见下面有积水或浮浆；（5）一般不会全路同时破坏，这显然与沥青混合料的不均匀有关，有些不均匀程度较严重的路段甚至会同时发生泛油。

　　2、高速公路路面透水病害的形成机理分析

　　2.1 机械粘附理论

　　认为沥青与集料之间的粘附性主要是来自二者间的分子力，集料的表面通常粗糙且多孔，从微观角度来看集料表面高低不平，这种粗糙增加了矿料的表面积，使沥青与矿料的粘合面积增加。另外，集料表面存在着各种形状、各种取向与各种大小的孔隙和微裂缝，沥青在高温时呈液相，能渗入集料的孔隙与微裂缝中，当温度下降时沥青则在孔隙中发生胶凝硬化，这种楔入与锚固作用，形成了沥青与矿料的粘合作用，是一个十分复杂的过程，机械粘合力只是其中的一部分。

　　2.2 化学反应理论

　　化学反应理论认为，沥青中的酸性成分与集料表面碱性活性成分会发生反应，使碱性集料与沥青的粘附性较好。沥青的酸性越大，集料的碱性越强，集料与沥青的粘结性能就越好，抗剥落能力也就越强。沥青中含有表面活性组分，按其活性的强弱排列顺序为：地沥青酸＞地沥青酸酐＞地沥青质＞树脂＞油分。地沥青酸和地沥青酸酐的表面活性最强，而且都是阴离子型的，即酸性的。沥青的酸性越大，它与集料的粘结越好，抗剥落能力也就越强。碱性集料与沥青的粘附性较好，而酸性集料则相反。酸性矿料由于缺乏碱性活性成分，与沥青的化学反应较弱，所以与沥青粘附性差，易发生剥离，目前以岩石中的SiO2含量来区分碱性矿料和酸性矿料，SiO2含量越高，岩石的酸性越强，与沥青的粘附性越差。

　　2.3 表面能理论

　　近 30 多年来，随着表面化学的发展，许多研究者应用了表面化学的成果来解释沥青与矿料的粘附－剥落机理。对于沥青与矿料粘附性的研究，通常应用经典的润湿理论来说明沥青膜在矿料表面的“铺展”或被水所置换而“剥落”的过程。表面能理论认为，沥青与集料之间的粘附性是由于能量作用原理即沥青润湿集料表面而形成的，沥青的润湿能力是指沥青与集料表面的紧密接触能力，与自身的粘附力有关。在无水且温度较高的情况下，沥青－矿料界面张力小于矿料－空气界面张力和沥青－空气界面张力，所以沥青可以在矿料表面铺展为薄层，当遇水时，沥青－矿料界面张力总是大于矿料－水界面张力，所以沥青易于剥落。

　　3、高速公路路面透水病害的防治措施探讨

　　3.1 路面材料的选用

　　容易引起沥青混合料水稳定性不足的集料是SiO2含量较高（酸性）、吸水性大的集料，酸性集料沥青混合料容易发生水损害的原因是其表面带负电荷，而碱性集料则相反。由于沥青呈酸性，与酸性集料的粘附性差，对于集料的选用，应优先选用孔隙率小的、表面粗糙的非亲水性碱性集料。当地碱性集料取材困难，而远运成本又太高，或者为满足表面层的抗滑性能，不得不采用质地坚硬、耐磨性好的酸性集料时，可用添加消石灰、水泥、或经验证耐高温且具有长期使用效果的抗剥落剂的方法，来提高沥青混和料的水稳定性能，沥青的粘度对其与集料的粘结强度有重大影响，沥青粘度大则粘结力强。因此，应在综合考虑当地的气候条件和沥青路用性能的条件下，尽量选取活性成份含量高（即酸值大）的沥青，也可对沥青进行改性，以提高沥青与集料的粘附性能。采用改性沥青是提高沥青混合料水稳定性很有效的途径，多年的研究和实践应用都证明，改性沥青与各种性质的集料都有较好的粘附性，基本都能达到四级以上，采用普通沥青不能满足要求时，改用改性沥青一般都能满足要求，一般也不用再采取掺加消石灰、水泥或抗剥落剂的措施。

　　3.2 严格控制路面空隙率

　　我国早期修建的高速公路采用了密实型沥青混凝土，路面渗水很少，透水病害发生的也很少。后来，随着对车辙和构造深度的重视，表面层又较多采用了 AK 类抗滑表层级配，这种级配设计空隙率在 6%左右，路面实际空隙率大，使透水病害很易发生，我国的规范建议级配是一个很宽泛的范围，并不能一味的采用或接近其中值。在执行规范的时候，必须考虑到当地的实际情况，必要时对技术要求作适当的调整，各地应该根据当地的材料、施工水平、经济实力、习惯等，并借鉴使用多年的成功的经验，规定更具体的指标。

　　我国《公路沥青路面施工技术规范》对公称最大粒径小于 20mm的混合料，提出了渗水系数的指标要求。在配合比设计阶段，密级配沥青混合料和 SMA 混合料应不大于120mL/min和80 mL/min，在施工质量检测时，要求普通沥青路面路表渗水系数不大于 300mL /min，SMA 路面不大于 200mL/min。可以说这一规定是十分有必要的，沥青路面的水损坏来源于水，只有水能渗入路面才有可能引发沥青膜和集料剥离，渗水系数与空隙率有所不同，空隙率包括开口孔隙和闭口孔隙，对混合料水稳定性有影响，引起渗水的只是开口孔隙部分，因此，对混合料进行渗水性质的试验是十分有必要的。

　　3.3 防排水设计

　　沥青路面的水损坏离不开水，如果水不能进入路面也就谈不上路面的水损害，所以以前的路面设计施工中千方百计地封水，试图阻止水分进入路面，实践证明，要想完全防止沥青路面进水是不可能的，封也不可能完全封住。我国路面基层普遍采用半刚性基层，近年来对半刚性基层的强度要求也越来越高，基层越来越致密，现在普遍采用的二灰碎石比水泥稳定碎石透水性更差。水进入路面是不可避免的，基层又不透水，上面层渗入路面的水和冻融的水积聚在基层表面，这样对路面的危害更大，因此，一方面应加强防水，减少进入路面的水；另一方面应做好排水，将进入路面的水及时排走。只有这样才能切实降低水损害发生的机率。