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(duì)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(hào)：U416.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-2104（2013） </p><p><b>　　前言 </b></p><p>　　隨著我國(guó)高等級(jí)公路的迅速發(fā)展，瀝青路面作為一種高級(jí)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⑸厦鎸油杆?</p><p>　　瀝青混凝土路面盡管空隙率較小，但也不是絕對(duì)不透水的。尤其在使用初期，其透水性更大，有現(xiàn)場(chǎng)測(cè)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(jí)配不能滿足要求。 </p><p>　　我國(guó)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?yè)?dān)心這種路面構(gòu)造深度小，對(duì)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⒅忻鎸哟嫠?</p><p>　　按密級(jí)配設(shè)計(jì)的中下面層，實(shí)測(cè)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(duì)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(duì)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⒄掣叫岳碚?</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(rùn)濕集料表面而形成的。瀝青的潤(rùn)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(chǎng)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>　?。ǘ?、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(zhǎng)。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(cè)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(cè)試總體效果，而無法對(duì)粘附力和粘結(jié)力作出區(qū)分。. </p><p><b>　　小結(jié)： </b></p&