城市道路沥青路面早期损坏分析与防治对策

　　摘要：本文列举了许多城市道路早期比较常见的损坏类型。重点讲述了城市道路沥青路面最常见的一种破坏形式——水损坏，并从设计、施工、规范各方面分析了水损坏的原因及防治措施。
　　关键词：城市道路；沥青路面；水损坏；防治措施
　　1、城市道路早期损坏的类型
　　我国城市道路路基路面存在的较为普遍的早期损坏现象，可归纳为以下4类：
　　(1)沥青面层早期损坏：车辙、泛油、松散、坑槽、水损害破坏；
　　(2)水泥混凝土路面断板、折角、接缝跳车；
　　(3)桥面铺装局部破损；
　　(4)结构物连接不顺畅、桥头及接缝跳车；
　　这些损坏，在很大程度上是由于施工管理混乱，不严格按照规范施工造成的。但也不排除其他原因，如：规范本身的原因，设计的原因，这些损坏大多发生在雨季，基本上都与水有关，损坏路段还往往存在压实不足和排水不良问题。
　　2沥青路面水损坏的原理机制及其原因
　　2.1沥青路面水损坏的原理机制
　　1)水降低沥青和集料之间的黏附力及黏结力
　　依据极性理论，沥青可以理解为表面活性物质在非极性碳氢化合物中的溶液。沥青和各集料等经过一定级配形成混合料之后，黏附于各种石料表面形成吸附层。而水是强极性分子（含氢键），故更易依附于石料表面。若所用沥青是低极性的，则沥青一石料之间的黏附基本上是限于简单的物理意义上的吸附，容易为水剥离。
　　沥青路面的设计及施工是严格按照规范进行的，沥青与各集料之间亦存在合理的级配，尽管如此，沥青混合料仍会在自由水的作用下，受到一定的影响。一方面，自由水介入沥青与各集料之间，在高速行驶的车轮作用下形成高压水流，长时间反复冲刷各集料表面的沥青膜，导致沥青膜过早地脱落；另一方面，由于自由水的反复侵蚀，沥青面层由底部向顶部，逐渐松散，沥青与各集料之间的黏结力减弱，结构强度降低。黏附力和黏结力的损失相互影响，共同造成水损害及导致其恶化。
　　2)路面内部动力水压的冲刷破坏
　　降落路面的雨水大部分经路面的横坡和纵坡排走，但亦有相当一部分通过路面的孔隙、接缝等渗透人路面结构之内。若路基及路面下层为透水性较低(渗透系数≤10-5ciii/s)时，渗入路面结构内部的自由水便无法渗出，被迫形成滞留水，长期浸泡和冲刷基层材料中的结合料，使之形成灰浆而被挤压出路面，降低了沥青路面的强度及承载力。更为严重的是，滞留水在车辆荷载及行车速度日益增大的情况下，形成空隙水压力，直接对周围的沥青混合料施加冲刷压力，扩张裂缝及加大表面空隙率，降低沥青路面结构的整体强度，从而产生各种形式的破坏。
　　2.2沥青路面水损害的原因
　　沥青路面水损害的原因一般可以从路面设计因素（内因）及外部环境因素（外因）两个方面来理解。
　　1)路面设计因素
　　(1)沥青与集料的黏附性不足：沥青与集料的黏附性主要受自身性质的影响。如沥青与矿料的化学成分；沥青与矿料表面的界面张力；沥青的黏性；矿料的空隙率；矿料的含水量和含泥量等。研究表明，若黏附性不足4级以上，沥青膜容易脱离，造成路面水损害。
　　(2)沥青路面结构厚度与沥青混合料不匹配：我国现行路面设计规范没有明确给出沥青混合料级配形式与结构厚度的关系，但过去的经验是结构层厚度为级配中最大集料尺寸的2.5倍。虽然最大集料尺寸在我国现行公路沥青路面设计规范中没有明文定义，但根据美国superpave定义：集料最大公称尺寸为筛余第一次大于10%的筛号的上一级筛子。从我国常用的几种沥青混合料矿料级配中，可以看出，集料最大粒径尺寸其实就是superpave所定义的集料最大公称尺寸。但有时按照规范要求的材料施工，严格管理，并遵守了厚度是最大粒径的2.5倍关系去设计面层，路面仍然发生了早期破坏，应该说除了其他种种原因之外，层厚为最大集料尺寸的2.5倍关系，也应值得研究。根据美国的superpave的技术研究成果表明：沥青结构层厚度要求大于集合料最大公称尺寸的3倍，当粗集料含量高时，这个比值应更高。集料粒径与面层厚度不匹配，集料粒径显得过粗，与其相匹配的厚度显得稍薄，这样既易使混合料产生离析，又不利于压实，这是我国沥青路面水损坏早期破坏的原因之一。
　　(3)沥青路面压实度不够，空隙率过大：施工中对沥青路面压实度重要性认识不够，我国目前城市道路沥青路面施工存在一种现象就是只注重路面平整度。由于平整度是竣工验收的一项硬指标，因而施工单位非常重视，片面强调平整度。一些工程担心振动压路机碾压影响平整度，而采用吨位偏轻的轮胎压路机，使得最终成型的沥青混合料压实度稍差，空隙率偏大，影响了沥青路面的水稳定性。根据调查，表面层实际空隙率在8%～15%之间时，是发生水损害最危险的空隙率。这是因为小于8%时水不容易流进，大于15%时水容易流失，而在这一范围的空隙率是水容易进而不容易出的状态，在行车作用下路面逐步压实，原来联通的空隙不联通了，这些空隙的水在行车荷载作用下产生空隙水压力，重车再加上超载车多，空隙水压力就越大，更容易产生水损害。
　　(4)沥青路面防水能力不足：防水就是阻止水渗入。规范上要求至少有一层不透水的I型密级配沥青混凝土，一般安排在中面层，如前所述，沥青结构厚度与沥青混合料不匹配，厚度与集料相比显得过薄，因此容易产生离析，而起不到防水的作用。
　　2)外部环境因素
　　(1)排水设施不完善：排水是指若水渗入面层后，应使其迅速排出。这就要求基层应拥有足够的空隙率用以供应排水的需要和建立完整的排水通道。我国沥青路面基层普遍采用半刚性基层，是不透水的，上面渗入的路面水积聚在基层表面排不出去，尤其近几年来，对基层的强度要求越来越高，越来越致密，而使得基层没有足够的空隙以供排水之需，而且近年来我国路面设计中普遍设计了埋置式路缘石，路缘石往往与沥青路面等厚且与沥青路面和基层之间结合较好，严重阻碍了路面结构内部横向排水。尤其是新建路基的路堑地段很容易发生渗水等病害，其原因主要是排水不畅，边坡过陡或缺乏适当的支挡建筑物，地下水长期浸蚀基层，会削弱基层、底基层的整体强度。地面水浸入路基内部，不能及时排出，形成自由水，自由水集结在表层内部，在行车荷载的重复作用下，产生较大的水压力，形成灰浆，长期集结的灰浆，将造成路面的网裂，引起结构的早期破坏。
　　(2)温度变化的影响：春季冻融期间的温度在零度左右变化，路面中的水分不易排除，与重载交通共同作用，路面易产生损害；而在夏季高温作用下，沥青混凝土强度降低，雨季雨水较多，在路面内部积聚水的冲击下，路面亦易损坏。
　　3城市道路水损害的防治措施
　　既然沥青路面的水损害是来源于沥青膜从集料表面的剥离，其条件是水分介入到沥青与集料界面上，改变了沥青、集料与水分的关系所造成的。那么，排除结构因素，预防水损坏的关键就要通过下面两个途径来解决：
　　3.1提高沥青与集料之间的黏附性，提高集料之间的黏结力
　　随着城市道路的建设，沥青路面对集料的要求越来越高，尤其是表面层集料的来源更是困难。在通常情况下，石灰岩等碱性集料，与沥青的黏附性好，但耐磨性能差，不能适应沥青路面表面层抗滑及耐磨耗的需要，采用石灰岩石料铺筑的沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)路面，所期望的石料之间的嵌挤能力不能很好的形成。花岗岩、砂岩、石英岩等酸性岩石，石质坚硬、致密、耐磨性强，能充分发挥集料之间的嵌挤作用，但它与沥青的黏附能力却不好，容易在水分的作用下造成沥青膜的剥落，很快导致沥青路面的掉粒、松散、坑槽等水损害破坏。
　　3.2防止水分进入沥青混合料内部
　　①为满足抗滑表层构造深度的需要，空隙率不得不增大到4%～8%，明显的大于发生水损坏的临界空隙率。为解决抗滑性能要求与水稳性相矛盾的一个方法是采用沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)结构，由于间断级配的碎石骨架在表面形成大的孔隙，构造深度大，有很好的抗滑性能；同时由于沥青玛蹄脂的充分填充，混合料内部的空隙率又很小(2%～4%)，SMA基本不透水的优点可使沥青路面的水稳性得到很大的改善。
　　②由于水损害破坏有一部分原因是由沥青面层的下面层开始的，而目前普遍将下面层设计为空隙率较大的沥青混合料，中面层多为密级配沥青混凝土。为了防止上面层的水渗入路面，基层的水上升到沥青混合料中，同时为了解决沥青混合料的孔隙水在长期的交通荷载作用下，动水压力对沥青膜与集料的黏附性所构成的威胁，因此，建议下面层的级配类型采用密级配沥青混凝土，以使得沥青路面的水稳性得到较大的提高。
　　参考文献：
　　1. 肖金军;旧水泥混凝土路面沥青加铺技术研究[D];长沙理工大学;2007年
　　2. 贾宝新;锰铁废渣作为路面基层稳定土的试验研究[D];辽宁工程技术大学;2004年
　　3. 姚立阳;矿粉A对沥青混凝土稳定性的影响[D];兰州理工大学;2004年
　　4. 尹利军;粉煤灰、增钙渣、机制砂在沥青混合料中的应用研究[D];河北工业大学;2005年
　　5. 南雪兰;参数随机扰动对边坡安全系数、可靠指标的影响[D];内蒙古工业大学;2005年