沥青路面水破坏的研究状况及趋势

道路工程

Highway Engineering

沥青路面水破坏的研究状况及

趋势

姜

涛

（河北省高速公路管理局，河北石家庄050051）

摘要：高速公路沥青路面的早期水损坏是一个世界性的问题，为了避免水破坏的过早发生，各个国家的研究人员均投入了大量的精力，在解决水破坏措施方面取得了重要成果。

关键词：沥青路面；早期水损坏；状况中图分类号：U416.217

文献标识码：A

文章编号：1002-4786（2012）15-0092-03

Situation and Trend of Water Damage of Asphalt Pavement

JIANG Tao

(ExpresswayAdministration of Hebei Province, Shijiazhuang 050051, China)

Abstract:The early water damage in the expressway asphalt pavement is a worldwide problem. In order to avoid the water damage occurred early, the researchers are spent a lot of energy, and they have made important achievements in taking measures to solve the water damage.

Key words:asphalt pavement; early water damage; situation

根据对我国不同地区的多条高速公路的调查显示，沥青路面水破坏造成的病害最为突出。特别是1997年底以前通车一年以上的高速公路，不论是采用半刚性路面、刚性组合式路面还是刚性路面，路面都产生了程度不同的水破坏。

的研究状况及主要成果

美国早在20世纪60年代起就开始研究水损坏问题，对水损害的形成机理、影响因素，评价水损害的试验方法，水损害的控制、防治等都进行过研究。美国全美公路合作研究计划（NCHRP ）、美国公路规划和研究计划（HP&R）、美国战略公路研究计划（SHRP ）

和联邦公路局，加拿大运输协会（Transportation Association of Cana -

da ）、美国SHRP 路面长期使用性

能研究专家组(LTPPExpert Group) 都对沥青路面水损害问题进行过专题研究。根据1991年《Moisture

Damage in Asphalt Concrete 》（NCHRP 175）对美国50个州、加

拿大10个省的调查资料显示，绝

1国内外关于沥青路面水破坏

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基础，其压实效果的好坏直接影响路面的使用情况，为了提高公路路面的使用效率并延长使用寿命，必须采取有效地措施控制好填土路基压实中容易出现的问题。只有这样，才能确保公路安全畅通。

参考文献

[1]孙志强. 浅谈影响路基压实度的因素及控制方法[J].中国科技纵横，2010，（7）：46.

[2]叶思论. 浅谈公路路基压实

度的影响因素及有效控制措施

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收稿日期：2012-03-20

[J].价值工程，2011，（12）：107.

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大多数存在水损坏问题。通过研究得出，解决沥青路面水损坏问题要从三个方面进行保证：第一，在通常的沥青混合料配合比设计过程中增加AASHTO T283或ASTM D4867进行水稳定试验；第二，使用石灰处理集料；第三，采用良好的路面结构，改善路面排水。

相对而言，国内在水损害方面的研究起步较晚。但严重的水损害问题已经引起了道路工作者的重视，沙庆林院士在调查了通车2年以上的30条高速公路的早期破坏现象后，分析了水损害问题出现的内因和外因，提出了减少水损害的主要措施：沥青面层的各层都采用空气率不大于5%的密实沥青混凝土；提高沥青与矿料的粘结力；提高压实标准，增加现场空气率指标；路面结构中设排水层或防水层。还有沈金安、孙立军、张登良等人均就沥青路面的水损害机理及其成因和破坏形式进行过系统研究，对矿料与沥青结合料的粘附性试验方法和沥青混合料的水稳性评价方法及其指标进行过深入探讨。研究指出造成沥青路面早期水损坏的原因很复杂，应该从材料、设计、施工、养护及其他外因各个方面分析，采取措施。而重点是解决混合料空隙率过大、路面渗水、排水设施不完善、压实度不足、沥青混合料抗水损坏能力不足等问题。

在提高沥青路面水稳定性方面所做的研究内容主要有以下几个方面。

稳定性或水敏感性的试验方法很多，一般可分为两大类。一类是以未经压实的松散沥青混合料为研究对象进行定性的试验，通过视觉观察或仪器检查来主观评价裹覆在集料表面的沥青膜剥蚀程度，并据此作为判定沥青和集料粘附性及混合料水稳定性的依据，这类方法常见的有水煮法、静态浸水法等。另一类是以沥青混合料试件或芯样为研究对象进行定量试验。是通过测试试件在浸水条件下的某些物理力学指标的衰变程度来表征沥青混合料的水稳定性，这类方法包括马歇尔试验、劈裂试验、浸水抗压试验、德克萨斯承台冻融试验、洛特曼试验、改进的洛特曼试验、浸水车辙试验等。

随着各种评价沥青混合料水稳性试验方法的出现，关于它们的可靠性、可行性以及评比等方面的研究也在深入。但到目前为止，还没有一种试验方法可以得到广泛地认可，因为实验室与现场毕竟是有区别的。为此，美国

2.1对抗剥落剂的研究国外常用的抗剥落剂种类一

般有3种：波兰特水泥；液体化学类；化学石灰。认为存在抗剥落剂的一个最佳剂量，此时，抗剥落剂才能有效地改善集料表面的物理化学性能及其与沥青的胶结性能。大量研究表明，化学石灰类抗剥落剂可有效提高沥青混合料的抗剥落性能和水稳性，由于石灰价格较便宜，施工也简单，国外普遍使用。

1992年美国国家沥青路面协会（NAPA ）曾出版了一本关于沥青

混合料水稳定性的专著，书中对许多化学抗剥落剂进行评价之后明确指出许多抗剥落剂在长期性能方面尚有疑问，但多方详细比较后仍认为效果最好、最稳定的还是掺加石灰。另外，还有两种比较有发展前景的副产品抗剥落剂———水泥窑灰（Cement kiln

dust ）和妥尔油焦油沥青（Tall oil pitch ），也正处于研究之中。有

研究表明，高百分率的水泥窑灰可以达到消石灰同样的抗剥落效果。对于妥尔油焦油沥青，据英国哥伦比亚交通运输部的研究，它能够成为液体抗剥落剂的一种替代品。

我国的沙庆林院士及沈金安、吕伟民、郑晓光等研究人员也多次指出在改善粘附性的过程中，可以掺加消石灰或水泥，不要轻易添加一些化学抗剥落剂。

SHRP 开发了ECS （Environmental Conditioning System ），其目的就

在于能更好地模拟工程现场，以缩小实验室与现场之间的差距，从而能有效评价混合料水敏感性。

“八五”期间我国对沥青混合料水稳定性指标进行了比较系统的研究，通过大量室内外试验并借鉴国外比较成熟的试验方法及试验指标，根据我国国情提出现阶段易于推广的适合的实验方法和指标，推荐用冻融劈裂强度比和残留马歇尔稳定度来评价沥青混合料的抗水损害能力，以静态的浸水法作为评价沥青结合料与

2国内外沥青路面水损害研究由于沥青路面水损害所涉

的主要内容

及的因素极其复杂，至今许多问题也没得到彻底解决，因此还在不断地研究之中。国内外

2.2对评价沥青混凝土水稳定在国外，评价沥青混凝土水

性试验方法的研究

2012年8月第15期93

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矿料之间粘附性的试验方法。此外，孙立军在国内冻融劈裂试验的基础上，增添了更苛刻的试验环境，提出了多次冻融循环的水稳性全程评价方法；王哲通过借鉴美国SHRP 计划中沥青混合料老化的研究成果，提出了评价沥青混合料老化之后的水稳定性能的变化；吕伟民提出一种新型的超声波加速水损害的试验方法来分析沥青混合料水稳定性；黄晓明提出以真空循环饱水条件下沸煮劈裂试验的残留稳定度来评价沥青混合料的水稳定性。

面灰尘；贮料期间的老化；沥青粘结料的乳化；沥青粘结料的路用性能；沥青混合料的设计、生产、摊铺质量；路面中自由水的作用。

我国通过研究指出，发生水损害的一个主要原因是沥青结合料和矿料之间的联结力。研究认为在沥青集料界面上增加配位键或难溶于水的离子键化合物，能够较好地解决混合料的水敏感性问题，特别是若在界面上引入过渡金属阳离子，对提高沥青混合料长期抗水损害性能会更有效。开发研制的含铬外加剂能够显著提高酸性集料沥青混合料长期抗水损害能力。

原因。

2.5对排水结构层的研究

1960年德国首次采用了大孔隙排水型路面，1974~1976年法

国修建了多孔隙贫混凝土路面试验路，其他西方国家及日本，则大多采用多孔沥青碎石做面层。但美国道路专家认为最可靠的排水措施是在整个路面宽度下采用开级配排水层。美国早在20世纪

60年代末和70年代初通过调查和

经验总结，就认识到了路面内部排水的重要性，1973年联邦公路局公布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系统。到

2.3

研究

在粘附-剥落理论方面的常见的粘附理论有以下几

1986年，经过10多年的使用经验

与研究成果积累，美国又进一步在路面结构设计方法中把路面结构的排水质量作为一项设计主要因素，使路面结构内部排水系统在美国已成为一种常用的措施。

为了使公路排水设计系统化，我国颁布了《公路排水设计规范》（JTJ 018—98）。同济大学还通过试验研究了透水材料的孔隙率与渗透系数、孔隙率与强度、结合料含量与渗透系数等诸多关系，提出了多孔隙水泥碎石和多孔隙沥青碎石混合料组成，并研制了两种测试多孔隙排水混合料渗透系数的渗透仪。东南大学试验研究了沥青路面的水渗透特性和排水基层的排水性能，长沙交通学院研究了水泥碎石排水混合料的组成设计方法，均取得了一些成果。

此外，我国就空隙率对沥青路面水稳性的影响进行了详细的研究，一致认为当沥青混凝土的空隙大于8%时，混合料的透水

2.4对混合料离析与不均匀问国内外研究认为沥青混合料

种：力学理论（或机械粘附理论）、化学反应理论、表面能理论、分子定向理论（或极性理论）和表面构造理论，其中，表面能理论方面的研究发展较快。美国得克萨斯A&M大学Dr. Lytton 等人的最新研究成果表明，SPE （Surface Free Energy ）能够较好地用来表征混合料的粘附性能，根据它来预测沥青的剥落是可行的，且基于表面能理论的水损害研究结果同力学试验结果体现出良好的一致性。

对剥落机理的认识，国外一般考虑以下三个基本影响因素：在浸水条件下发生在沥青粘结料与集料接触面之间的化学一物理耦合反应；集料表面的灰尘、粘粒以及水分使其与沥青不能完全粘结；集料表面的纹理特征。研究认为导致沥青混合料早期剥落的原因主要有；集料内部或表面含水（对吸水性强的集料）；集料酸碱性；集料表面质地；集料表

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交通标准化

题的研究

的离析和路面在局部压实度的不均匀是造成路面局部水损害的根源所在。它有两种类型：集料（级配）离析和温度离析。1996年美国Steve Read 在研究华盛顿沥青路面的周期性离析问题的原因和可能的解决方案时，首先提出了温差引起的破坏问题并指出，周期性离析问题与从沥青混凝土拌和厂将混合料运送到铺筑现场过程中沥青混合料的温度差别有关。在铺筑之前，热拌沥青混合料的温度差别导致了施工过程中铺筑层产生的潜在破坏。通过研究，NCAT 提出了两种可供研究混合料离析的方法：采用红外线温度探测器测定温度离析；采用构造深度测定仪发现离析区域，确定离析程度。

我国研究人员也认同混合料的离析与不均匀问题是沥青路面上随机可见的一个个坑洞的根本

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沥青混合料离析成因及

控制措施

安建国

（聊城市公路管理局，山东聊城252000）

摘要：沥青混合料的离析是导致沥青路面出现早期损坏的主要因素。配合比设计、集料加工及堆放、混合料拌和、运输、摊铺等环节均有可能产生离析。分析沥青混合料离析的成因，并提出相应的防治离析的技术措施，有一定的实际意义。

关键词：沥青混合料；离析；控制措施中图分类号：U414

文献标识码：B

文章编号：1002-4786（2012）15-0095-03

Causes and Control Measures of Asphalt Mixture Segregation

AN Jian-guo

(LiaochengCity Highway Administration, Liaocheng 252000, China)

Abstract:Asphalt mixture segregation is the key factor which leads to early damage of asphalt pavement. The segregation may be produced by mixture ratio design, aggregate processing, storage, mixing, transportation, paving, etc. It has some practical significance to analyze the causes of segregation of asphalt mixture and put for -ward corresponding technology measures about prevention significance.

Key words:asphalt mixture; segregation; control measure 0

引言

沥青路面离析是指在路面某一区域内沥青混合料的主要性质不均匀，包括沥青含量、级配组成、添加剂含量和路面的空隙率等。沥青混合料的离析会导致路面使用性能降低，极易出现早期损坏现象，缩短路面使用寿命。研究表明，严重离析可

能会使路面使用寿命减少50％以上[1]。结合多年的施工实践经验，本文对沥青混合料离析产生的原因进行分析并提出相应的控制措施。

径料和小粒径料分别聚集的现象。温度离析是指经充分搅拌，温度均匀的沥青混合料，经过某一过程后，温度出现较大差异的现象。

沥青路面常见的离析一般可分为以下五种类型：

1离析的分类

沥青混合料的离析主要包括

级配离析和温度离析两种。级配离析是指集料在外力作用下大粒

a ）卡车末端离析在刚摊

铺完时会出现翼状的离析，翼状

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性显著增大，水稳性降低。SAC 矿料级配设计和检验方法是沙庆林院士将面层的主要功能和早期损坏结合在一起提出的，该方法不仅能计算矿料级配中粗集料、细集料任意筛孔的通过量，还可以根据不同种类岩石对矿料级配进行检验并将其调整到所需结构

类型（紧密骨架密实结构、一般骨架密实结构、悬浮密实结构）。以该方法设计的新SAC 将具有六个技术经济特点：Va 小且可调整，不易产生水破坏；高温抗永久形变能力强，优于其他各种矿料级配；用作表面层时抗滑性能好，特别是表面构造深度远大于

作者简介：姜涛，高级工程师，从事高速公路技术管理工作。收稿日期：2012-03-20

规范要求；容易碾压密实；表观均匀一致，少见离析现象；节约投资。

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