水损害对沥青路面的影响因素分析

从沥青混合料抗水损害能力方面考虑影响沥青混合料水稳定性的因素，主要包括沥青混合料的性质、环境因素及施工条件。沥青混合料的性质又包括集料的性质、沥青的性质及混合料的类型；环境因素包括气候和交通荷载，其主要破坏发生在极端气候条件下，尤其是重复交通荷载下的冻融作用；施工条件包括压实质量及施工时的气候条件。

（1）沥青。

沥青与矿料黏附性的优劣，不仅与沥青及矿料的性质有关，而且当二者相结合时，还与其界面层的性质有很大关系。沥青与矿料之间的黏附性和沥青的性质有关。石油沥青中的表面活性组分，其活性从大到小可按以下顺序排列：地沥青酸，地沥青酸酐，沥青质，树脂，油分。在这些组分中，地沥青酸和地沥青酸酐的表面活性最强，且它们都是阴离子型的，即酸性的。研究还表明，沥青的酸性越强，其与矿料的黏附性就越好。沥青酸性的强弱可以用酸值来表征。具体测试方法详见《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）。

矿料表面电荷性质对矿料与沥青之间的黏附性影响甚大。通常认为石油沥青中含有带负电荷的表面活性物质。根据电性引力原理，若带负电荷的沥青与带有正电荷的矿料发生黏附，则黏附力强，黏附可能形成化学吸附；反之，若带有负电荷的沥青与带有负电荷的矿料黏附，则黏附力弱，尤其在有水存在的情况下更为明显。沥青的表面张力反映其内部分子之间的牵引力的大小。在与矿料黏附时，沥青的表面张力越大，其吸附力就越大。

（2）矿料。

矿料的化学性质在很大程度上影响着沥青混合料的物理力学性质。矿料的酸碱性会影响沥青与矿料的黏附性。一般认为，碱性石料比酸性石料与石油沥青的黏附性要好。矿料的酸碱性通常是按其矿物组成中二氧化硅含量的多少来区分的：二氧化硅含量大于65%的为酸性矿料，二氧化硅含量小于52%的为碱性矿料；二氧化硅含量为52%～65%的为中性矿料。沥青与矿料之间的黏附性的优劣，不仅与沥青自身的性质有关，也与矿料的性质有关，且与矿料的化学成分及结构有着很大的关系。

从物理化学观点来看，沥青与矿料的黏附作用十分复杂，但主要是一种吸附过程。沥青与矿料要发生吸附，形成牢固的黏结层，必要条件是沥青能够很好地润湿矿料表面。润湿的过程通常用接触角的大小来衡量。接触角越小，则润湿越好，黏附作用越大，黏附性能越好。通过几种典型的矿料试验，发现矿料润湿最好的是安山岩，其次为石灰岩、玄武岩、片麻岩，最差的是花岗岩。

（3）沥青混合料类型及其空隙率。

空隙率大是沥青路面水损害的主要原因。较大的空隙率为水分的积滞提供了空间，坑槽总是先在沥青混凝土空隙率较大处产生，随着时间推移，将会造成路面大面积破损。据研究，沥青路面的空隙率在8%（相当于设计空隙率4%，压实度96%）以下时，沥青层中的水在荷载的作用下一般不会产生动水压力，不容易造成水损害。排水性混合料的路面空隙率大于15%时，一般都采用改性沥青，且水能够在空隙中自由流动，也不容易造成水损害。而当路面实际空隙率为8%～15%时，水容易进入混合料内部，且在荷载作用下易产生较大的毛细压力成为动水，造成沥青混合料的水损害。

我国原规范规定的AK型抗滑表层和AC-Ⅱ沥青混凝土，设计空隙率较大（6%～10%），水分易渗入而不易流出，容易积滞在路面结构内部而导致水损害，正是由于国内很多工程采用了该混合料类型而出现了严重的水损害，目前新规范取消了该混合料级配类型，密级配混合料设计空隙率一般为3%～6%。

（4）离析和不均匀的影响。

大量调查表明，沥青路面松散、坑槽等水损害多是在局部位置产生的，沥青混合料的离析和路面压实度的局部不均匀实际上是造成路面局部损坏的根本原因。离析表现为混合料粗细集料或沥青含量的不均匀，如在同一个区域内粗细集料的不均匀，偏离了设计级配，沥青含量与设计的最佳沥青用量不一致等。发生离析的路面，粗集料集中的部位往往空隙率过大、沥青含量偏少。这是加速出现水损害、形成坑槽的原因。

造成沥青路面不均匀的原因是沥青混合料粗细集料的离析和施工时混合料温度不均匀导致的压实程度的差异，分别称为集料离析和温度离析。路面不均匀有可能是设计方面的原因，如最大公称粒径偏大、与路面结构厚度不相匹配，或者采用了间断级配混合料，设计的混合料就易产生离析；也有可能是施工质量控制方面的原因，如施工过程中料源发生变化、机械运行参数发生变化以及混合料运输和摊铺过程发生的级配离析和温度离析等。

如上所述，混合料有两种基本的离析类型：集料离析和温度离析。集料离析和温度离析可能发生在混合料拌和、储存、运输、铺筑等任何环节。其中有些不均匀问题是目前难以避免的，而有些则是人为造成的，通过努力可以避免或者减轻。

（5）路面结构排水。(www.xing528.com)

水损害是水分进入路面结构引起的，所以路面水损害与路面结构的排水系统完备与否有很大关系。

水是沥青路面水损害之源，而对水的处理无非采取两种办法，一是封（堵），即防止水进入沥青层的内部；二是排，即将进入路面内的水排出。但现在我国大多数沥青路面的沥青面层封不住水，基层不透水，透层油或下封层也封不住水，而且路面设计一般不考虑路面结构层内部的排水问题，却普遍设计了埋置式路缘石、砌筑式路肩、浆砌挡墙，阻碍了渗入路面内部的水排出。而且有的路段纵坡不顺，埋置式路缘石使路表水不能从边缘迅速排出，形成局部积水。

这个问题在桥面上尤为突出。路表水从路面空隙、裂缝、破损等处渗入路面结构积滞在面层中，导致自上而下的水损害，即出现由松散到坑槽的损害：如果渗入并积滞在致密的半刚性基层顶部，将会导致自下而上的水损害，即出现由唧浆到坑槽的损害；如果水分渗入土基，土基承载力降低则会导致沉陷、龟裂、块裂等损害。

美国在20世纪60年代末70年代初就认识到了路面结构排水的重要性，在1973年便由美国联邦公路局组织制订了路面结构内部排水系统设计指南，以引导和推动公路部门采用路面内部排水措施。经过多年的使用经验和研究成果的积累，到1996年，又进一步在《AASHTO路面结构设计指南》中，把排除渗入路面结构内水分所需的时间和一年内路面结构处于饱和状态的时间比例作为指标，在路面设计中作为一项设计因素予以考虑。目前，路面内部排水系统已成为一项常用的措施，一些州的路面通用结构断面中也做了相应的规定。

因此，确保路面排水顺畅变得十分重要，排水设计应作为路面设计的重要内容并引起高度重视。有关部门审查路面结构时不仅审查厚度和强度，还必须审查排水系统的可靠性。

（6）施工碾压。

在沥青路面施工过程中，如果雨天一部分水分经碾压被封闭在沥青混合料中，将严重影响集料与沥青的黏结，影响铺装层与下层的黏结，这都将为水损害埋下隐患。同样，寒冷、潮湿的气候条件对施工也是很不利的，也将影响沥青混合料的压实和相互黏结，影响混合料的水稳定性。施工工艺对混合料水稳定性的影响集中体现在压实上，没能很好压实的混合料空隙率加大，对各种使用性能都有影响，开放交通后的行车碾压会造成混合料的压密变形而形成不正常的车辙，更严重的是水进入空隙会成为水损害的祸根。

（7）气候的影响。

沥青路面中水的存在是水损害发生的必要条件，路面中水的来源主要有大气降水。降水次数多且降水量大，特别是长时间的降水，会使空隙率大的沥青混凝土路面自由水进入的机会增多，渗水量增大，容易在沥青与集料的界面上以水膜或水汽的形式存在，进而产生水损害。水损害的数量和速度与公路沿线的降雨量大小有密切关系。随时间变化的温度具有加速水损害发生和发展的作用，温度的变化以高温过程和冻融循环过程的影响最为明显。因此，影响沥青路面水损害的气候因素主要有大气降水、高温及冻融循环过程。

（8）车辆荷载的影响。

车辆通过时，面层沥青混凝土的孔隙中或面层与基层交界面上滞留的自由水，都会产生相当大的水压力和抽吸力。车轮经过时产生挤压力，车轮驶离时又产生抽吸力，这两种力的瞬时先后作用能将滞留在基层顶面以及面层空隙中的水唧出表面，并促使沥青膜从较大颗粒的集料上剥离，逐渐使沥青混凝土强度大幅下降，直至路面局部松散并形成唧浆、坑槽或车辙。交通量大、重车和超重车在交通流量中的比例高时，沥青混凝土路面的水损害更严重。

（9）其他原因。

路面开裂、老化加速水损害的发生，并形成恶性循环；酸雨、车辆渗油对路面的腐蚀等。