学文网摘要：水的存在是沥青混凝土路面发生透水病害的先决条件，但由于沥青路面水破坏问题的影响因素很多，情况很复杂，而且材料因素和环境因素地域差别很大，本文通过多年的试验的研究，谈谈路面产生水损害的原因和条件，对预防路面发生水损害破坏提供有效的数据支持。
关键词：水损害、透水、路面、配比
中***分类号：U416.2文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
前言
随着我国高等级公路的迅速发展，沥青路面作为一种高级路面被广泛采用，然而沥青路面却容易出现早期损害现象。水的存在是沥青混凝土路面发生透水病害的先决条件。路面水损害的原因归纳起来主要为上面层透水，中、下面层存水，基层不透水，加上车辆超载严重，环境条件影响等因素，也为水损坏的发生创造了条件。只有真正找出透水的原因和形成透水的机理，才能更好的预防水损害的发生。
沥青路面水损害是指沥青路面在有孔隙水的工作条件下，由于交通动荷载和温湿胀缩的反复作用进入路面孔隙的水不断产生动水压力或真空负压抽吸的循环作用，致使水分逐渐侵入沥青与集料的界面，造成沥青膜从集料表面剥落、沥青混合料内部逐渐丧失粘结力、路面结构使用性能下降,并伴随麻面、松散、掉粒、坑洞或唧浆、网裂、辙槽等病害发生,同时诱发其他路面病害的损害现象。
一、路面透水形成的条件
（一）、上面层透水
沥青混凝土路面尽管空隙率较小，但也不是绝对不透水的。尤其在使用初期，其透水性更大，有现场测试表明，在开放交通前，路面结构的渗水率较高，开放交通半年内，其平均渗水率达20～30ml/min。如果路面空隙率过大，路面透水就更为严重，也更容易引起透水病害的发生。造成路面空隙率过大的主要原因有：
1、矿料级配不能满足要求。
我国早期修建的高速公路，大多采用了密实型沥青混凝土，路面透水很少发生。但后来担心这种路面构造深度小，对抗滑不利，设计规范根据有关研究成果，将构造深度作为抗滑性能的一项主要指标，导致表面层采用AK类抗滑表层，设计空隙率往往在4%--6%以上，路面实际空隙率一般在10%以上，成为了透水严重的半开结构。
2、施工压实度不够，压实标准偏低。
在施工过程中，过分强调平整度，压实度达不到施工要求，通车一段时间后，平整度严重衰减，同时压实度不够造成空隙率过大，导致透水现象的发生。
3、沥青混合料的离析，造成局部空隙率过大。
混合料拌和时间短或拌和温度低造成的混合料不均匀；运输过程中装载、卸载造成的混合料不均匀；路面摊铺过程中，大粒径集料在摊铺机中向两边滚动造成混合料离析。在这种情况下，粗集料集中、沥青含量少的区域孔隙率就大，容易引发透水等病害；细集料多、沥青含量高的区域空隙率就偏小，容易引发车辙、泛油等病害。沥青混合料的集料粒径大造成的离析是普遍存在的问题。不仅表面层，中下面层更严重。
4、路面裂缝也是水进入路面结构内部的重要途径。
高速公路沥青路面在投入使用后，随着使用时间的增加会逐渐出现横向裂缝、纵向裂缝、不规则裂缝以及龟裂等形式的裂缝。裂缝的形成与自然环境、路基土与路基结构、路面结构、路面材料、交通荷载、施工以及养护措施的使用等所有因素均有关系。裂缝的产生和发展导致降水通过裂缝进入路面结构内部，伴随行车荷载的作用，会直接造成各种透水病害的发生。表面水也可能从两侧路肩或路面与路肩结合处及中央分隔带缘石与路面的结合处透入路面结构层中。
（二）、中面层存水
按密级配设计的中下面层，实测空隙率波动范围甚宽，形成了水损害分散不连续的特征。沥青混凝土路面结构中的中、下面层公称最大粒径较大，离析也要严重些，混合料难免摊铺不均匀，存在一些空隙率较大部位，为各种进入路面结构层内部的水的积存提供了条件。中、下面层存水几乎是不可避免的。水除了通过上面层进入中、下面层外，也可以从下部进入沥青混凝土面层，在地下水接近地表的路段，特别是山区挖方路段，地下水可通过毛细作用进入路面结构层中，路面虽不透水，但能阻碍基层、面层下部水分的蒸发，也为水分在路面中下面层的积存创造了条件。
（三）、重载交通的作用
重载交通对沥青混凝土路面透水病害的发生起了重要的作用。没有交通荷载这个“外力”的推动的话，路面结构中的水只是静水，透水病害也是不易发生的。由于上面层透水、中、下面层存水，而基层又多是不透水的半刚性基层，在高速重载交通作用下，积存在路面结构中的水形成局部高压、高速水流和真空负压作用，不断剥蚀集料表面的沥青膜，也把较细的集料颗粒带出路面，逐渐使路面出现病害，导致破坏。动水压力与行车速度平方成正比，车辆越重，车速越高，对路面的破坏作用也就越大。
二、水损害形成的机理
除了透水病害发生的外部条件，另一个重要方面就是沥青混凝土的内部因素。透水病害的直接后果就是沥青从集料上的剥离，一般认为，沥青混凝土水损害的原因是粘附力的损失和粘结力的损失。这两种现象往往是同时存在和相互影响的。
（一）、粘附性理论
沥青和集料的粘附和剥落是一个非常复杂的物化过程，至今尚未被完全了解和掌握。目前只能用几种理论分析和解释，如机械粘附理论、表面能理论、极性理论等。
1、机械粘附理论
认为沥青与集料之间的粘附性主要是来自二者间的分子力。集料的表面通常粗糙且多孔，从微观角度来看集料表面高低不平。这种粗糙增加了矿料的表面积，使沥青与矿料的粘合面积增加。另外，集料表面存在着各种形状、各种取向与各种大小的孔隙和微裂缝，沥青在高温时呈液相，能渗入集料的孔隙与微裂缝中，当温度下降时沥青则在孔隙中发生胶凝硬化，这种楔入与锚固作用，形成了沥青与矿料的粘合作用，是一个十分复杂的过程，机械粘合力只是其中的一部分。
2、化学反应理论
化学反应理论认为，沥青中的酸性成分与集料表面碱性活性成分会发生反应，沥青的酸性越大，它与集料的粘结越好，抗剥落能力也就越强。碱性集料与沥青的粘附性较好，而酸性集料则相反。酸性矿料由于缺乏碱性活性成分，与沥青的化学反应较弱，所以与沥青粘附性差，易发生剥离。
3、表面能理论
沥青与集料之间的粘附性是由于能量作用原理即沥青润湿集料表面而形成的。沥青的润湿能力是指沥青与集料表面的紧密接触能力，与自身的粘附力有关。在无水且温度较高的情况下，沥青－矿料界面张力小于矿料－空气界面张力和沥青－空气界面张力，所以沥青可以在矿料表面铺展为薄层。当遇水时，沥青－矿料界面张力总是大于矿料－水界面张力，所以沥青易于剥落。
4、极性理论
沥青吸附于矿料表面后，沥青与矿料表面首先发生极性分子定向而形成吸附层；与此同时，在极性力场中的非极性分子由于得到极性的感应，获得额外的定向能力，从而构成致密的表面吸附层。所以认为，沥青极性是粘附的本性，是导致矿料吸附沥青的根本原因。
5、表面构造理论
表面构造理论认为，一种指定的沥青在一种指定的平整、干净、均匀的理想石料表面上，其平衡接触角应为定值。但实际上由于石料是粗糙不平的，表面是不均匀的，因此，接触角会产生滞后现象。特别是粗糙表面，其真实表面比表现的表面要大，会使接触角值减小。因此，沥青与粗糙表面石料的平衡接触角总比平滑表面石料的接触角要小，按三相平衡方程则粗糙表面可使粘附性提高。
（二）、粘结性理论
在压实的沥青混合料中，粘结力一般表现为沥青混合料在遭受车辆荷载或应力时的整体性。如果沥青和矿料之间具有足够的粘结力，他们之间的粘结力也会增长。通常，通过稳定性试验、回弹模量试验或抗拉强度试验，可以测试混合料的粘结力。粘结力与沥青膜厚度等因素有关。水通过浸入沥青膜或者引起空隙的膨胀来影响粘结力。虽然在有水存在的情况下也会产生剥落，但诸如重复荷载下的回弹模量试验更多的是测试总体效果，而无法对粘附力和粘结力作出区分。.
小结：
由于高速公路沥青路面透水病害发生发展快，对路面破坏严重，严重影响行车安全和高速公路服务水平，同时也造成了很大的经济损失。因此，全面的研究沥青混凝土路面透水形成的原因和产生的条件对于防治路面水损害的发生和发展具有重大的经济和社会意义。
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