高速公路路面透水病害的防治措施
2013-03-05 來(lái)源：作者：王曉卿 來(lái)源：中國(guó)論文網(wǎng)
1、高速公路路面透水病害的危害?
根據(jù)權(quán)威部門的統(tǒng)計(jì)，水造成的損害是我國(guó)高速公路瀝青混凝土路面最嚴(yán)重的早期破壞原因之一，同時(shí)水損害也是一個(gè)世界性的問(wèn)題。瀝青混凝土的耐久性主要依靠瀝青與集料之間的粘附性程度，雖然施工方法、交通條件、環(huán)境因素以及混合料的性質(zhì)也對(duì)瀝青混凝土的路面變質(zhì)有一定影響，但水和水分的作用是影響瀝青混凝土耐久性的主要因素之一。路面水通過(guò)各種途徑透入路面與半剛性基層之間產(chǎn)生的破壞作用更為嚴(yán)重，由水引起的瀝青路面的破壞過(guò)程主要是：瀝青路面施工完成以后，水和空氣通過(guò)混合料和外界的連通空隙進(jìn)入混合料內(nèi)部，如果水分不能及時(shí)排出，水就會(huì)存留在混合料內(nèi)，在車輛荷載的動(dòng)水壓力和溫度的共同作用下循環(huán)反復(fù)，將使瀝青和礦料發(fā)生剝離，造成強(qiáng)度下降。如果進(jìn)一步發(fā)展，就會(huì)導(dǎo)致其他的一系列諸如唧漿、松散、坑槽、車轍等多種形式的破壞。?
水引起的路面破壞有以下特點(diǎn)：（1）破壞發(fā)生在雨季或者春融季節(jié)，有時(shí)一場(chǎng)連續(xù)幾天的大雨就會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重破壞；（2）行車道破壞嚴(yán)重，超車道一般沒(méi)有破壞，顯然與重車、超載有關(guān)；（3）破壞之初一般都先有小塊的網(wǎng)裂、冒白漿（唧漿），然后松散成坑槽；（4）發(fā)生水損壞的地方一般是透水較嚴(yán)重，且排水不暢的部位，如挖開(kāi)可見(jiàn)下面有積水或浮漿；（5）一般不會(huì)全路同時(shí)破壞，這顯然與瀝青混合料的不均勻有關(guān)，有些不均勻程度較嚴(yán)重的路段甚至?xí)瑫r(shí)發(fā)生泛油。?
2、高速公路路面透水病害的形成機(jī)理分析?
2.1 機(jī)械粘附理論?
認(rèn)為瀝青與集料之間的粘附性主要是來(lái)自二者間的分子力，集料的表面通常粗糙且多孔，從微觀角度來(lái)看集料表面高低不平，這種粗糙增加了礦料的表面積，使瀝青與礦料的粘合面積增加。另外，集料表面存在著各種形狀、各種取向與各種大小的孔隙和微裂縫，瀝青在高溫時(shí)呈液相，能滲入集料的孔隙與微裂縫中，當(dāng)溫度下降時(shí)瀝青則在孔隙中發(fā)生膠凝硬化，這種楔入與錨固作用，形成了瀝青與礦料的粘合作用，是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，機(jī)械粘合力只是其中的一部分。?
2.2 化學(xué)反應(yīng)理論?
化學(xué)反應(yīng)理論認(rèn)為，瀝青中的酸性成分與集料表面堿性活性成分會(huì)發(fā)生反應(yīng)，使堿性集料與瀝青的粘附性較好。瀝青的酸性越大，集料的堿性越強(qiáng)，集料與瀝青的粘結(jié)性能就越好，抗剝落能力也就越強(qiáng)。瀝青中含有表面活性組分，按其活性的強(qiáng)弱排列順序?yàn)椋旱貫r青酸＞地瀝青酸酐＞地瀝青質(zhì)＞樹(shù)脂＞油分。地瀝青酸和地瀝青酸酐的表面活性最強(qiáng)，而且都是陰離子型的，即酸性的。瀝青的酸性越大，它與集料的粘結(jié)越好，抗剝落能力也就越強(qiáng)。堿性集料與瀝青的粘附性較好，而酸性集料則相反。酸性礦料由于缺乏堿性活性成分，與瀝青的化學(xué)反應(yīng)較弱，所以與瀝青粘附性差，易發(fā)生剝離，目前以巖石中的SiO?2含量來(lái)區(qū)分堿性礦料和酸性礦料，SiO?2含量越高，巖石的酸性越強(qiáng)，與瀝青的粘附性越差。?
2.3 表面能理論?
近 30 多年來(lái)，隨著表面化學(xué)的發(fā)展，許多研究者應(yīng)用了表面化學(xué)的成果來(lái)解釋瀝青與礦料的粘附－剝落機(jī)理。對(duì)于瀝青與礦料粘附性的研究，通常應(yīng)用經(jīng)典的潤(rùn)濕理論來(lái)說(shuō)明瀝青膜在礦料表面的“鋪展”或被水所置換而“剝落”的過(guò)程。表面能理論認(rèn)為，瀝青與集料之間的粘附性是由于能量作用原理即瀝青潤(rùn)濕集料表面而形成的，瀝青的潤(rùn)濕能力是指瀝青與集料表面的緊密接觸能力，與自身的粘附力有關(guān)。在無(wú)水且溫度較高的情況下，瀝青－礦料界面張力小于礦料－空氣界面張力和瀝青－空氣界面張力，所以瀝青可以在礦料表面鋪展為薄層，當(dāng)遇水時(shí)，瀝青－礦料界面張力總是大于礦料－水界面張力，所以瀝青易于剝落。?
3、高速公路路面透水病害的防治措施探討?
3.1 路面材料的選用?
容易引起瀝青混合料水穩(wěn)定性不足的集料是SiO?2含量較高（酸性）、吸水性大的集料，酸性集料瀝青混合料容易發(fā)生水損害的原因是其表面帶負(fù)電荷，而堿性集料則相反。由于瀝青呈酸性，與酸性集料的粘附性差，對(duì)于集料的選用，應(yīng)優(yōu)先選用孔隙率小的、表面粗糙的非親水性堿性集料。當(dāng)?shù)貕A性集料取材困難，而遠(yuǎn)運(yùn)成本又太高，或者為滿足表面層的抗滑性能，不得不采用質(zhì)地堅(jiān)硬、耐磨性好的酸性集料時(shí)，可用添加消石灰、水泥、或經(jīng)驗(yàn)證耐高溫且具有長(zhǎng)期使用效果的抗剝落劑的方法，來(lái)提高瀝青混和料的水穩(wěn)定性能，瀝青的粘度對(duì)其與集料的粘結(jié)強(qiáng)度有重大影響，瀝青粘度大則粘結(jié)力強(qiáng)。因此，應(yīng)在綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和瀝青路用性能的條件下，盡量選取活性成份含量高（即酸值大）的瀝青，也可對(duì)瀝青進(jìn)行改性，以提高瀝青與集料的粘附性能。采用改性瀝青是提高瀝青混合料水穩(wěn)定性很有效的途徑，多年的研究和實(shí)踐應(yīng)用都證明，改性瀝青與各種性質(zhì)的集料都有較好的粘附性，基本都能達(dá)到四級(jí)以上，采用普通瀝青不能滿足要求時(shí)，改用改性瀝青一般都能滿足要求，一般也不用再采取摻加消石灰、水泥或抗剝落劑的措施。?
3.2 嚴(yán)格控制路面空隙率?
我國(guó)早期修建的高速公路采用了密實(shí)型瀝青混凝土，路面滲水很少，透水病害發(fā)生的也很少。后來(lái)，隨著對(duì)車轍和構(gòu)造深度的重視，表面層又較多采用了 AK 類抗滑表層級(jí)配，這種級(jí)配設(shè)計(jì)空隙率在 6%左右，路面實(shí)際空隙率大，使透水病害很易發(fā)生，我國(guó)的規(guī)范建議級(jí)配是一個(gè)很寬泛的范圍，并不能一味的采用或接近其中值。在執(zhí)行規(guī)范的時(shí)候，必須考慮到當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，必要時(shí)對(duì)技術(shù)要求作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，各地應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐牟牧?、施工水平、?jīng)濟(jì)實(shí)力、習(xí)慣等，并借鑒使用多年的成功的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)定更具體的指標(biāo)。?
我國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》對(duì)公稱最大粒徑小于 20mm的混合料，提出了滲水系數(shù)的指標(biāo)要求。在配合比設(shè)計(jì)階段，密級(jí)配瀝青混合料和 SMA 混合料應(yīng)不大于120mL/min和80 mL/min，在施工質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，要求普通瀝青路面路表滲水系數(shù)不大于 300mL /min，SMA 路面不大于 200mL/min。可以說(shuō)這一規(guī)定是十分有必要的，瀝青路面的水損壞來(lái)源于水，只有水能滲入路面才有可能引發(fā)瀝青膜和集料剝離，滲水系數(shù)與空隙率有所不同，空隙率包括開(kāi)口孔隙和閉口孔隙，對(duì)混合料水穩(wěn)定性有影響，引起滲水的只是開(kāi)口孔隙部分，因此，對(duì)混合料進(jìn)行滲水性質(zhì)的試驗(yàn)是十分有必要的。?
3.3 防排水設(shè)計(jì)?
瀝青路面的水損壞離不開(kāi)水，如果水不能進(jìn)入路面也就談不上路面的水損害，所以以前的路面設(shè)計(jì)施工中千方百計(jì)地封水，試圖阻止水分進(jìn)入路面，實(shí)踐證明，要想完全防止瀝青路面進(jìn)水是不可能的，封也不可能完全封住。我國(guó)路面基層普遍采用半剛性基層，近年來(lái)對(duì)半剛性基層的強(qiáng)度要求也越來(lái)越高，基層越來(lái)越致密，現(xiàn)在普遍采用的二灰碎石比水泥穩(wěn)定碎石透水性更差。水進(jìn)入路面是不可避免的，基層又不透水，上面層滲入路面的水和凍融的水積聚在基層表面，這樣對(duì)路面的危害更大，因此，一方面應(yīng)加強(qiáng)防水，減少進(jìn)入路面的水；另一方面應(yīng)做好排水，將進(jìn)入路面的水及時(shí)排走。只有這樣才能切實(shí)降低水損害發(fā)生的機(jī)率。?
