路面水損害的形成條件與機(jī)理

1、<p>　　路面水損害的形成條件與機(jī)理</p><p>　　摘要：水的存在是瀝青混凝土路面發(fā)生透水病害的先決條件，但由于瀝青路面水破壞問題的影響因素很多，情況很復(fù)雜，而且材料因素和環(huán)境因素地域差別很大，本文通過多年的試驗(yàn)的研究，談?wù)劼访娈a(chǎn)生水損害的原因和條件，對預(yù)防路面發(fā)生水損害破壞提供有效的數(shù)據(jù)支持。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：水損害、透水、路面、配比 </p>

2、<p>　　中圖分類號：U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：2095-2104（2013） </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　隨著我國高等級公路的迅速發(fā)展，瀝青路面作為一種高級路面被廣泛采用，然而瀝青路面卻容易出現(xiàn)早期損害現(xiàn)象。水的存在是瀝青混凝土路面發(fā)生透水病害的先決條件。路面水損害的原因歸納起來主要為上面層透水，中、下

3、面層存水，基層不透水，加上車輛超載嚴(yán)重，環(huán)境條件影響等因素，也為水損壞的發(fā)生創(chuàng)造了條件。只有真正找出透水的原因和形成透水的機(jī)理，才能更好的預(yù)防水損害的發(fā)生。 </p><p>　　瀝青路面水損害是指瀝青路面在有孔隙水的工作條件下，由于交通動(dòng)荷載和溫濕脹縮的反復(fù)作用進(jìn)入路面孔隙的水不斷產(chǎn)生動(dòng)水壓力或真空負(fù)壓抽吸的循環(huán)作用，致使水分逐漸侵入瀝青與集料的界面，造成瀝青膜從集料表面剝落、瀝青混合料內(nèi)部逐漸喪失粘結(jié)力、路面

4、結(jié)構(gòu)使用性能下降,并伴隨麻面、松散、掉粒、坑洞或唧漿、網(wǎng)裂、轍槽等病害發(fā)生,同時(shí)誘發(fā)其他路面病害的損害現(xiàn)象。 </p><p>　　一、路面透水形成的條件 </p><p>　?。ㄒ唬?、上面層透水 </p><p>　　瀝青混凝土路面盡管空隙率較小，但也不是絕對不透水的。尤其在使用初期，其透水性更大，有現(xiàn)場測試表明，在開放交通前，路面結(jié)構(gòu)的滲水率較高，開放交通半年內(nèi)

5、，其平均滲水率達(dá)20～30ml/min。如果路面空隙率過大，路面透水就更為嚴(yán)重，也更容易引起透水病害的發(fā)生。造成路面空隙率過大的主要原因有： </p><p>　　1、礦料級配不能滿足要求。 </p><p>　　我國早期修建的高速公路，大多采用了密實(shí)型瀝青混凝土，路面透水很少發(fā)生。但后來擔(dān)心這種路面構(gòu)造深度小，對抗滑不利，設(shè)計(jì)規(guī)范根據(jù)有關(guān)研究成果，將構(gòu)造深度作為抗滑性能的一項(xiàng)主要指標(biāo)，導(dǎo)

6、致表面層采用AK類抗滑表層，設(shè)計(jì)空隙率往往在4%--6%以上，路面實(shí)際空隙率一般在10%以上，成為了透水嚴(yán)重的半開結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　2、施工壓實(shí)度不夠，壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏低。 </p><p>　　在施工過程中，過分強(qiáng)調(diào)平整度，壓實(shí)度達(dá)不到施工要求，通車一段時(shí)間后，平整度嚴(yán)重衰減，同時(shí)壓實(shí)度不夠造成空隙率過大，導(dǎo)致透水現(xiàn)象的發(fā)生。 </p><p>　　3、瀝青

7、混合料的離析，造成局部空隙率過大。 </p><p>　　混合料拌和時(shí)間短或拌和溫度低造成的混合料不均勻；運(yùn)輸過程中裝載、卸載造成的混合料不均勻；路面攤鋪過程中，大粒徑集料在攤鋪機(jī)中向兩邊滾動(dòng)造成混合料離析。在這種情況下，粗集料集中、瀝青含量少的區(qū)域孔隙率就大，容易引發(fā)透水等病害；細(xì)集料多、瀝青含量高的區(qū)域空隙率就偏小，容易引發(fā)車轍、泛油等病害。瀝青混合料的集料粒徑大造成的離析是普遍存在的問題。不僅表面層，中下面

8、層更嚴(yán)重。 </p><p>　　4、路面裂縫也是水進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的重要途徑。 </p><p>　　高速公路瀝青路面在投入使用后，隨著使用時(shí)間的增加會(huì)逐漸出現(xiàn)橫向裂縫、縱向裂縫、不規(guī)則裂縫以及龜裂等形式的裂縫。裂縫的形成與自然環(huán)境、路基土與路基結(jié)構(gòu)、路面結(jié)構(gòu)、路面材料、交通荷載、施工以及養(yǎng)護(hù)措施的使用等所有因素均有關(guān)系。裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展導(dǎo)致降水通過裂縫進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部，伴隨行車荷載的作

9、用，會(huì)直接造成各種透水病害的發(fā)生。表面水也可能從兩側(cè)路肩或路面與路肩結(jié)合處及中央分隔帶緣石與路面的結(jié)合處透入路面結(jié)構(gòu)層中。 </p><p>　?。ǘ?、中面層存水 </p><p>　　按密級配設(shè)計(jì)的中下面層，實(shí)測空隙率波動(dòng)范圍甚寬，形成了水損害分散不連續(xù)的特征。瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)中的中、下面層公稱最大粒徑較大，離析也要嚴(yán)重些，混合料難免攤鋪不均勻，存在一些空隙率較大部位，為各種進(jìn)入路面

10、結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的水的積存提供了條件。中、下面層存水幾乎是不可避免的。水除了通過上面層進(jìn)入中、下面層外，也可以從下部進(jìn)入瀝青混凝土面層，在地下水接近地表的路段，特別是山區(qū)挖方路段，地下水可通過毛細(xì)作用進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層中，路面雖不透水，但能阻礙基層、面層下部水分的蒸發(fā)，也為水分在路面中下面層的積存創(chuàng)造了條件。 </p><p>　?。ㄈ?、重載交通的作用 </p><p>　　重載交通對瀝青混凝土路

11、面透水病害的發(fā)生起了重要的作用。沒有交通荷載這個(gè)“外力”的推動(dòng)的話，路面結(jié)構(gòu)中的水只是靜水，透水病害也是不易發(fā)生的。由于上面層透水、中、下面層存水，而基層又多是不透水的半剛性基層，在高速重載交通作用下，積存在路面結(jié)構(gòu)中的水形成局部高壓、高速水流和真空負(fù)壓作用，不斷剝蝕集料表面的瀝青膜，也把較細(xì)的集料顆粒帶出路面，逐漸使路面出現(xiàn)病害，導(dǎo)致破壞。動(dòng)水壓力與行車速度平方成正比，車輛越重，車速越高，對路面的破壞作用也就越大。 </p>

12、;<p>　　二、水損害形成的機(jī)理 </p><p>　　除了透水病害發(fā)生的外部條件，另一個(gè)重要方面就是瀝青混凝土的內(nèi)部因素。透水病害的直接后果就是瀝青從集料上的剝離，一般認(rèn)為，瀝青混凝土水損害的原因是粘附力的損失和粘結(jié)力的損失。這兩種現(xiàn)象往往是同時(shí)存在和相互影響的。 </p><p>　?。ㄒ唬?、粘附性理論 </p><p>　　瀝青和集料的粘附和剝

13、落是一個(gè)非常復(fù)雜的物化過程，至今尚未被完全了解和掌握。目前只能用幾種理論分析和解釋，如機(jī)械粘附理論、表面能理論、極性理論等。 </p><p><b>　　1、機(jī)械粘附理論 </b></p><p>　　認(rèn)為瀝青與集料之間的粘附性主要是來自二者間的分子力。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。

14、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)雜的過程，機(jī)械粘合力只是其中的一部分。 </p><p><b>　　2、化學(xué)反應(yīng)理論 </b></p><p>　　化學(xué)反應(yīng)理論認(rèn)為，瀝青中的酸性成分與集料

15、表面堿性活性成分會(huì)發(fā)生反應(yīng)，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。 </p><p><b>　　3、表面能理論 </b></p><p>　　瀝青與集料之間的粘附性是由于能量作用原理即瀝青潤濕集料表面而形成的。瀝青的潤濕

16、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。 </p><p><b>　　4、極性理論 </b></p><p>　　瀝青吸附于礦料表面后，瀝青與礦料表面首先發(fā)

17、生極性分子定向而形成吸附層；與此同時(shí)，在極性力場中的非極性分子由于得到極性的感應(yīng)，獲得額外的定向能力，從而構(gòu)成致密的表面吸附層。所以認(rèn)為，瀝青極性是粘附的本性，是導(dǎo)致礦料吸附瀝青的根本原因。 </p><p><b>　　5、表面構(gòu)造理論 </b></p><p>　　表面構(gòu)造理論認(rèn)為，一種指定的瀝青在一種指定的平整、干凈、均勻的理想石料表面上，其平衡接觸角應(yīng)為定值。

18、但實(shí)際上由于石料是粗糙不平的，表面是不均勻的，因此，接觸角會(huì)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象。特別是粗糙表面，其真實(shí)表面比表現(xiàn)的表面要大，會(huì)使接觸角值減小。因此，瀝青與粗糙表面石料的平衡接觸角總比平滑表面石料的接觸角要小，按三相平衡方程則粗糙表面可使粘附性提高。 </p><p>　　（二）、粘結(jié)性理論 </p><p>　　在壓實(shí)的瀝青混合料中，粘結(jié)力一般表現(xiàn)為瀝青混合料在遭受車輛荷載或應(yīng)力時(shí)的整體性。如果

19、瀝青和礦料之間具有足夠的粘結(jié)力，他們之間的粘結(jié)力也會(huì)增長。通常，通過穩(wěn)定性試驗(yàn)、回彈模量試驗(yàn)或抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)，可以測試混合料的粘結(jié)力。粘結(jié)力與瀝青膜厚度等因素有關(guān)。水通過浸入瀝青膜或者引起空隙的膨脹來影響粘結(jié)力。雖然在有水存在的情況下也會(huì)產(chǎn)生剝落，但諸如重復(fù)荷載下的回彈模量試驗(yàn)更多的是測試總體效果，而無法對粘附力和粘結(jié)力作出區(qū)分。. </p><p><b>　　小結(jié)： </b></p&