沈火林

摘要：本文结合本地区情况以及以往的从业经历，对沥青路面早期病害的原因作了较深入的探讨，并提出了防治的方法。

1、    概述

 从全市范围来说，不管是山区丘陵还是平原地带，也不管是高等级公路还是三、四级县乡公路，沥青路面早期病害的现象都有，只是病害的程度轻重不同而已。不管是前几年建设的还是通车不久的公路，也都存在早期病害现象，特别是近些年通车后出现严重破损的路段，更引起人们的关注。如路面松散、翻浆病害，有些路段达到几公里到十几公里甚至还有更长的路段。再如车辙，据调查，其深度一般在1-2厘米，严重的达到5厘米还多，更有甚者从车辙发展成路面沉陷，严重地影响了公路的使用功能。路面早期病害涉及多方面、多因素，而且这些因素相互作用、相互交叉、相互制约。早期病害不仅关系到施工部门，同时关系到建筑材料和科学管理，更重要的涉及到各方面的利益关系，需要全交通行业乃至全社会齐心合力解决这个问题。

2、公路沥青路面早期病害的原因

2.１ 路基原因

不按科学规律办事，过分地追求高速度。由于盲目追求速度，一些技术方面的问题就不能及时处理到位，例如软土层的处理问题，国外的经验普遍是提前几年先修路基，运行几年后让其自然下沉，然后再修基层和面层，这样路基和路面比较稳定。而一些地区由于片面追求速度，就没时间解决这些问题。某公路土基不均匀沉降引起路面沉陷变形。该公路土基是由当地农民填筑，软基未经处理，土基未分层压实，工后出现严重的不均匀沉降。整体路段由于土基沉降的不均匀，路面出现连续波浪形。美国德州有路基不稳定（如膨胀土）隆起导致路面不平报道。

由地基特别是软土地基沉降引起路面产生很大的不均匀沉降，使路面纵断面产生大的变化。在软土地基上的高速公路虽然一般都采用软基处理措施，由于多种原因，仍将产生很大沉陷。如某公路软基处理路段与未处理路段的工后不均衡沉降，使得通车一年就开始出现纵裂缝，且随着时间的推移，纵裂缝会逐渐增多，现该路段长达200-300m。某拓宽工程，新老路面的沉降明显不一，在主车道中央新路面被拉开。  

还有，一些政绩工程、形象工程为了赶工期，使施工企业很难按施工规范进行操作。如我省某市的一条国道公路的工期原计划是10月1日，后来将工期提前到7月1日，工程单位为此做了安排，可是上级领导要求将工期提前到5月底，为了在5月底完工，就必须在春季就开始铺筑沥青面层，这在规范上是不允许的，由于不能很好地压实，结果该段路第二年就大面积破损了。根据陈等人报道，美国德州许多道路病害是富含硫酸盐土壤引起。所以道路建设前综合物探非常重要。

2.2 超限运输

调研资料表明，目前全国国省道干线公路上行驶的各类超限运输车辆的比例约占20%以上，有的干线公路甚至高达80%-90%而且超限量越来越大。许多超限车辆的负荷大大超过限值的规定和公路、桥涵的设计承载能力，对公路造成严重的损害，导致公路路面和桥梁损坏，严重的甚至造成桥梁倒塌，超限运输已成为公路基础设施的杀手。例如2003年5月15日杭州查获一辆标载12吨的货车，总重竟高达111.8吨，轴载超限73.8吨。据调查，湖州市干线公路上的超限运输车辆约占60%以上。除过往车辆外，超限严重的本地车辆主要有散装水泥运输车以及“自卸王”运输车。散装水泥车标载9吨，实际装载高达60吨；“自卸王”标载8～9吨，实际装载40吨，轴载超限达21吨。多数货车的轮胎充气压力从0.7MPa增加到0.9Mpa少数超过1.0Mpa，甚至高达1.2Mpa。这些车辆对公路路面和桥梁都造成了严重的破坏。

1958年，美国各州公路工作者协会（AASHO）在研究了不同汽车轴载质量对各种结构及材料修筑的路面病害情况后，提出了汽车轴载质量与公路路面之间病害关系——著名的“四次方法则”，即汽车对路面的病害作用与汽车轴载质量的n次方成正比（n≈4）。这个著名的研究成果，已被各国道路工程界所接受。根据这一理论，轴载质量如增加一倍则车辆对路面的损坏就增加16倍。轴载质量如增加2倍,则车辆对路面的损坏就增加81倍。大量的超限运输车辆通过必然导致路面早期损坏，使用寿命缩短。超限严重的车辆，其重量大，加之车辆的振动冲击作用，行驶时可能使基层底面一次拉裂，造成路面一次性病害。

2.3  水损害

沥青路面早期水损害现象是普遍的。某一公路于2005年10月建成通车，在开放交通后不久部分路段出现路面唧浆、沉陷现象。分析沥青路面在如此短的时间内就出现严重损坏，其主要原因就是水损害所致。某一公路的一弯道路段，由于中央分隔带阻水，使雨水集聚后顺左侧路缘石缝隙渗入沥青路面与二灰碎石层间，同时中央绿化带中雨水未及时从排水管排出路基，也渗入沥青路面导致路面水损害。经现场开挖，有大量的水积聚在沥青面层及基层界面处。可见渗水是造成

沥青路面病害的重要原因。

      据同济大学的研究，动水压力随车速增加而增大。理论计算得到，车速120Km/h时的动水压力约为40Km/h时动水压力的9倍。试验得出，车速120Km/h时的动水压力大致相当于40m高的水头。一些开放交通1年左右的高速公路，沥青混凝土路面产生的水病害常是这种形式，此时沥青混凝土路面还没有产生任何裂缝，所以水损害洞与裂缝毫无关系。

陈等人指出，德州的泡沫沥青路面病害，其原因是潮湿状态下设计配合比不良的泡沫沥青混凝土劲度下降。因此，为防止此情况发生，要重视通过检测泡沫沥青混凝土浸水剩余强度来检查其湿敏感性。

2.3.1 路面渗水的临界空隙率

沥青路面渗水是引起水损害的直接原因。显然，空隙率大，渗水严重；空隙率小，渗水少，甚至不渗水。同济大学吕伟民教授模拟雨天渗水在无水头压力的渗透情况采用一种简便的试验方法确定路面渗水的临界空隙率。空隙率小于7.7%时，渗水系数几乎接近于0，沥青混合料不透水。但是当空隙率超过7.7%时，渗水系数迅速增大。考虑安全性，可以认为7.5%的空隙率是沥青混合料渗水与否的临界点，也即临界渗水空隙率。

2.3.2  AK类抗滑层渗水

高速公路上面层无疑要有良好的抗滑性能，规范规定采用AK类抗滑层级配。由于施工压实度规定按实验室马歇尔试件密度的95%控制，则路面实际空隙率为8.8%～14.5%，可见都超出了渗水临界空隙率7.5%，路面自然渗水。因此规范本身规定就不合理，造成了表面层空隙率过大，是高速公路普遍出现水病害的重要原因。由此可见，美国SHRP规定沥青混合料设计空隙率4%是合理的。

2.3.3 路面设计不合理

有的高速公路上面层为渗水系数较大的抗滑层，下面层采用II型开级配或沥青碎石，仅中面层采用I型级配，在基层表面又没有设置封层，仅依靠中面层起不到封闭水下渗的作用。同时我国沥青面层的结构层普遍偏薄，与混合料粒径不匹配，常常是路面设计中的通病。例如某高速公路沥青面层设计为上面层100pxAK-13A、中面层为100pxAC-20I、下面层为175pxAC-30I。中面层采用中粒式厚度仅为100px，厚度就太薄，不利于压实。理论研究认为，如果集料粒径，则混合料难以压实，即使采取振动碾压，效果也不大，相反集料反而被压碎。沥青混合料类型与结构层厚度不匹配，导致压实度不足，造成路面空隙率变大，也是路面渗水的原因。美国研究认为，层厚与最大粒径之间应满足，才能使沥青层获得充分的压密。国内研究认为，层厚与最大粒径之间的关系至少应满足。

2.3.4施工管理中的误导

2.3.4.1不恰当地强调摊铺的连续性

沥青路面施工中，为了减少由于摊铺机停顿再起步而影响路面平整度，通常要求摊铺机保持连续摊铺，同时要求供料充足。为此沥青厂提前生产，装车出料，到摊铺现场排队等待。某公路路面施工，从清晨出料直等到下午3时方能摊铺，这时料温已大幅度下降，表层结成很厚的硬壳，混合料的色泽由光亮变成灰暗，温度已不足100℃，虽然保证了摊铺的连续性，但难以压实，路面自然会渗水，导致水损害。 根据洛阳市公路规划勘察设计院彭涛介绍，沥青混合料在摊铺后、初压前的温度损失极大，一般每分钟为40C～80 C，在气温为5 0C时，每分钟内的温度损失甚至高达十几度，而初压后其冷却速率大大降低；如果初压不及时，沥青混合料温度则会在极短时间内下降至难以碾压的程度。

2.3.4.2不恰当地强调宽幅摊铺

为减少纵向接缝，很多业主要求施工单位使用宽幅摊铺机，12m宽的摊铺机就是在这种情况下引进来的。实践表明，沥青混合料在宽幅摊铺向两端送料过程中，很容易产生离析，且混合料越粗离析越严重。据姜永昌介绍，某工程采用宽幅摊铺机摊铺AC-16Ⅰ沥青混凝土，从摊铺机的中间、左端和右端分别取样，进行抽提试验，筛分结果可以看出，左、中、右三点4.75mm以上筛孔通过率变化较大，说明混合料发生离析，且左右两侧4.75mm以上的通过率小（35%左右），说明两侧粒料较粗。因此，宽幅摊铺会导致较严重的离析，区段级配变异，使混合料压实后空隙率大，造成路面渗水，也同样引起水损害破坏。

2.3.4.3 碾压机械过度喷水防黏导致料温剧降

2.3.4.4 集料与沥青黏附性不良

界面理论研究表明，沥青要牢固地粘附在石料表面，完全浸润碎石是形成粘结强度的必要条件，而碎石清洁的表面则是沥青浸润的充分条件。

据同济大学试验报道，在实验室评价沥青与石料的粘附性，常用的简单方法是水煮法，实验时是将碎石清洗干净的，所以测得的粘附性等级实际上是反映干净石料表面与沥青的粘附性能。为了证明这种现象进行了如下模拟试验。取石灰岩、砂岩、花岗岩碎石洗净，烘干备用。为使碎石表面沾污泥土，取适量粘土调和成两种不同稠度的泥浆溶液，粘土的塑性指数Ip=18.2。三种碎石颗粒各取一粒称重，用线缚牢，在泥浆中浸沾。由于两种泥浆的稠度不同，碎石表面所沾染的泥土数量不同，放在瓷盆中在105℃烘箱中烘干。烘干后称重，可以得到碎石所沾染泥土的数量，以碎石重的百分数表示。再将沾染有泥土的碎石和干净的碎石（对照组）一起放入105℃烘箱加热。取中海AH-70重交通道路沥青，加热至150℃，然后按照粘附性试验方法进行试验，测定它们的粘附性等级，试验结果数据表明，表面清洁的碎石与沥青的粘附性等级反映了岩性的特性，石灰石最好为5级，砂岩、花岗岩则依次为4级和3级。但是当碎石表面被泥土轻度污染时，它们与沥青粘附性则明显降低，石灰石仅为3级，砂岩和花岗岩则降低为2级。当碎石表面被泥土严重污染时，则沥青几乎被隔绝而不能与碎石粘附，遇到水沥青很快就被剥落下来。

为提高表面层的抗滑性，采用了硬度较多、耐磨的玄武岩、安山岩、辉绿岩、花岗岩等酸性石料，这类石料与沥青的粘附性较差一般只有2-3级，不能满足沥青与石料的粘附要求，对不满足设计要求的掺加消石灰粉、水泥进行改善。掺加到沥青中一胺类等抗剥落剂虽然与酸性石料亲和力较强，但对其表面活性剂在高温状态下易分解，耐热稳定性较差，在高温拌和过程中分解而失效。

2.4、路面结构性破坏

2.4．1 半刚性基层质量不高致使路面结构破坏

由于半刚性基层质量不高，抵抗不了行车荷载的反复作用，致使路面结构破坏。路面出现大面积龟裂，很快发展成松散、坑洞。路面一旦发生结构性破坏，只有翻修重建。有一条高等级公路开放交通后，不久一些路段就开始产生路面结构性病害，挖开修补时，半刚性二灰基层松散，从而导致沥青混凝土出现路面病害，  此种破坏尤其在低等级公路及农村公路上尤其多见，因投资有限，结构层偏薄；加上施工质量难于保证，致使部分公路开放交通不久就出现大面积裂缝，继而松散、坑槽，甚至路面全部破坏，车辆无法正常行驶。

2.6、车辙

    车辙是渠化交通的高等级公路沥青路面的主要损坏形式之一。车辙变形车辙是在行车载荷重复作用下，路面产生累积永久性的带状凹槽，表现为沿行车带出现横向高差，当车辙达到一定深度时，由于车槽内积水，极易发生汽车飘滑而导致交通事故。

    在正常情况下，沥青路面的车辙有三种类型(或三种机理)：

    (1)由路面基层及路基变形引起的。由于荷载作用传播扩散后仍超过路面各层的强度，发生在沥青面层以下包括路基在内的各结构层的永久性变形，叫做结构性车辙。这种车辙的宽度放大，两侧没有隆起现象，横断面呈V字形(凹形)。

    (2)在温度较高的季节，经车辆反复碾压下产生永久变形和塑性流动而逐渐形成的沥青混凝土的侧向流动变形。这种车辙通常是伴随着沥青面层压缩变形的同时，出现侧向隆起，二者组合起来构成w形车辙。在弯道处还明显向外推挤，车道线及停车线因此可能成为变形的曲线。在高温条件下，由于车轮的反复作用，荷载作用超过沥青混合料所能承受的稳定性应力极限，发生流动变形不断累积形成的车辙，叫做沥青路面的流动性车辙，或失稳性车辙。无疑这部分车辙将主要取决于沥青混合料的流动特性。这种车辙的特点是两侧伴有隆起现象，内外侧呈非对称形状。它尤其容易发生在上坡路段、交叉口附近，即车速减慢、轮胎接地产生的横向应力大的地方。

        (3)压实车辙。它是由于沥青路面本身的压密造成的，是一种非正常的车辙。近年来，有些施工单位片面追求平整度，在降低温度后碾压，造成压实度不足，致使通车后的第一个高温季节混合料继续压密，路面产生压实变形，同时平整度迅速下降，进而形成明显的车辙。这种车辙的特点是只有轮迹带的下凹，也呈V字形或W形，但两侧没有隆起。车辙的形成在初期发展很快，在车道线附近车轮作用次数少的部位变形很小或保持原状。例如以沥青面层375px计，压实度相差1％，即会增加1.5mm的车辙变形。由于施工要求的压实度一般为96％，压密到100％，即可产生6~8mm的变形。陈等人2003年在德州SPS1工地发现，顶层沥青混凝土沥青细集料含量高导致路面车辙。因此，对材料及工程建设中的质量控制是建好道路的关键。另外，重载或超载车辆过多也是产生车辙的重要原因。

2.7、原材料问题

2.7.1沥青质量

由于近几年交通作为国家基础设施重点投资，全国各地二级路、一级路、高速公路、城市道路，开工项目较多而建设资金又有限，因此，在道路结构层的厚度设计、材料的采用本着经济适应的原则，而对交通量的变化，使用年限交没有重点研究，象高等级沥青路面，许多省市采用的是上面层使用进口沥青，而中面层、底面层则采用国产沥青，就国产沥青而言能达到规范要求的厂家并不多，而且数量十分有限，不可能满足国内建设规模的需要。作为建设单位，设计单位十分清楚这一情况，但从节省资金的角度来看只能勉强采取这一方法。

当前，全国又轰轰烈烈地开始了大范围的农村公路建设，虽说国家补助了一部分，但是资金缺口还是很大的，这就制约了施工单位不会用好的沥青材料，沥青材料的来源就有待考证，从而导致了一个恶性循环，使得沥青混凝土路面过早的出现病害。

2.7.2 沥青混凝土中少用甚至没用矿粉。

矿粉作为填料不仅仅起填充石料间空隙的作用，而且要与沥青结合在一起形成粘结粗细集料的粘结剂。

据浙江中威交通建设有限公司介绍，当沥青混合料在矿料级配相同和沥青用量相同的条件下，沥青混合料随着矿粉用量的改变，沥青混合料马歇尔试验的各项技术指标也跟随变化，沥青混合料马歇尔试验的各项技术指标随矿粉用量变化而变化，如沥青混合料的密度随矿粉增加而增加，稳定度、饱和度、流值随矿粉用量的增加而提高；空隙率则随矿粉用量增加而减小。因此，矿粉用量对沥青混合料的各项技术指标性能起着不可忽视的作用。不过，矿粉用量过多，使有效沥青用量偏少，粘结能力减弱，同样也会对沥青混合料起到病害作用；致使沥青混合料抗高温稳定降低。同时，矿粉用量过多给施工带来困难，沥青混合料在碾压中不易稳定，甚至容易产生推移裂纹。经验认为矿粉用量最佳范围易控制在沥青用量的1.3-1.8倍为宜，矿粉必须由碱性石灰岩矿料加工而成。也可用水泥和生石灰粉替代。还有桥梁施工缺陷的影响。由于桥梁施工质量控制不足的影响，桥面沥青路面也时常发生早期病害。通常发生在那些预拱度设置不合理造成桥面沥青面层厚度达不到设计要求、简支梁桥伸缩缝施工质量差的桥梁结构上。由于桥面的变形条件和弹性状态受桥梁的整体刚度和局部刚度控制，与一般路基上路面变形状态不同，未达到设计厚度的沥青面层往往受到剪切病害。而且一旦有病害发生，便迅速扩展到全桥，很难局部修复，这种类型的早期病害并不鲜见。另外，由于桥头两端压实不足发生的不均匀沉降，也往往造成桥头两端沥青路面发生早期病害之一。

3、防治措施

3.1、合理工期

要树立正确的政绩观、科学的发展观，自觉增强按客观规律办事的科学意识，不任意干涉工程建设的正常合理施工，不以行政命令任意压缩合理工期，不搞政绩工程、献礼工程，做科学的带头人。

3.2、 超限运输的治理对策

公路超限成因复杂，不仅涉及到公路运输部门、汽车生产企业的利益，还涉及到公路建设的投融资体制以及各级政府的有关部门、各地方之间的协调问题，要根治公路超限运输这一顽症，必须政府重视、各方配合、地区联合、统一行动，才能全面治理超限运输，保护路面免受超限破坏。

在当前不能杜绝超载车行驶高速公路的情况下，加强养护管理，防止病害的进一步发展；引进动态称重技术，改变现有收费方式，按实际吨位进行收费，将在一定程度上遏止超载车对高速公路恶性行驶。

3.3  提高半刚性基层的质量

确实保证半刚性的强度和稳定度，没有一个有足够强度和稳定度的沥青混凝土下承层就无从谈沥青路面质量。

良好的半刚性基层必须从原材料工艺等多个环节来保证。湖州地区半刚性基层主要采用二灰稳定碎石结构（俗称二灰碎石）。级配原则：混合料必须具有能被压密条件，当二灰稳定料达最佳密实度时，其空隙体积最小，二灰结石混合料中骨料在堆积状态下的空隙体积由二灰来填充，此结构处于“嵌锁～悬浮状态”，充分发挥了二灰结石的整体抗内外力强度，但在实际施工中，象难以控制最佳含水量一样，二灰结石实际级配难以达到“最佳级配”，原因有三：（1）骨料本身级配的非一贯性；（2）混合料混合时的随意性；（3）碾压时部分石料被压碎后级配随之而变化。为此，建议用临界“悬浮状态”理论设计二灰石配合比。所谓“悬浮状态”，即混合料细颗粒材料的压实体积，必须大于粗粒料在堆积状态的空隙体积，亦即粗粒料在压实混合料中，处于临界“悬浮状态”。

二灰稳定料具有两大特点，慢速成形及早期重塑性。只要有适合施工条件，该结构适应全天气候各路段。就湖州地区雨水多的气候条件，适量的水，更适宜二灰稳定料的成型后具有的良好抗水性抵抗雨水的侵蚀，施工中，二灰稳定料徐速慢硬，特别在通车路段，利用它的重塑性，利用行车对混合料进一步压实，对弹簧地段挖出摊开晾晒，整平再压实，但由于它的慢速成型性，早期易松散，此期水稳定性差，“泡水”后就松架或弹簧或过渡泛浆，为此要适当选择施工季节，最好是避开冬季、雨季。

二灰稳定碎石工艺简便，只要不偷工减料，注意早期养护，都能形成具有足够强度和稳定的沥青路面承重层。

3.4 沥青混凝土质量控制

3.4.1 沥青的选用

沥青的选用十分关键，要挑选符合规范各项要求的沥青，特别是沥青针入度、延度指标必须严格把关，此外，透层油、粘层油沥青应采用与沥青混凝土同一种沥青，特别是油石比的选择应考虑粘层油透层油返油时对其影响。

3.4.2 集料的选择

选择与沥青粘附性好的集料。公路工程的材料应该尽可能就地取材，在可能的条件下，尽可能采用与沥青粘附性好的集料，对提高沥青混合料的水稳定性是最根本的方法。

目前有一种倾向是过分迷信玄武岩，认为表面层非玄武岩不能使用。对辉绿岩、安山岩、闪长岩、石灰岩等，因为以前没有使用过，尽管质量很好，总是不敢用。其实只要采取掺加消石灰等技术措施，即使酸性石料在国外也是普遍应用的。玄武岩是喷出岩，岩浆凝固时，挥发性的气体未能及时逸出以致在岩石中留下许多圆形、椭圆形或长管形的孔洞。所以玄武岩孔隙很多、吸水率很大，受热稳定性不好。例如德国应用最多的是辉绿岩，很少使用玄武岩，他们认为玄武岩有长期处在高温阳光照射下，其表面会出现斑点和裂纹，最终导致表层剥离。日本应用最多的是砂岩，美国有许多地区只产花岗岩(与我国南方一样)，为此大都使用花岗岩(掺消石灰)，美国有的高速公路的表面层也用石灰岩铺筑。近年来，磨光值符合要求的石灰岩已经开始在我国高速公路的表面层中应用，使用辉绿岩等就更多，这对充分就地取材、降低造价是很重要的。

 (2) 在集料选择中，细集料也是很重要的。目前也有一种片面的倾向，即特别“钟情”于石屑，片面地排斥天然砂，其理由是天然砂与沥青的粘附性较差，这实际上是不全面的。当初京津塘高速公路的混合料中采用了大量的龙口海砂，这种海砂为石英砂。表面层的天然砂用量达到40%、中面层35%、下面层24.5%，含量比现在多得多，使用中没有掺加抗剥落剂，但使用状况良好。天然砂是石料经亿万年的搬运、风化，残留下来的浑圆状颗粒，它的母料是石料，固然大部分可能属于石质较好的酸性石料，但也未必都是酸性石料。与天然砂、石屑相比，机制砂有其独特的优势，它不仅棱角性好，而且含粉量少，尽管机制砂有可能也是酸性石料，但含粉量很少。

   3.4.3 确保矿粉质量与用量。

矿粉质量与用量对沥青混合料的各项技术指标性能起着不可忽视的作用。  矿粉是沥青混合料中对水稳定性影响很大的材料。它的比表面最大，吸附的沥青量最大，所以矿粉必须是石灰岩等碱性石料的磨细矿粉。如果石屑中细料部分太多，而玄武岩与沥青的粘附性却并不好(经常只有2级)，那么它包含的O．075mm以下部分就是酸性石料的磨细矿粉。可采用参加石灰或水泥代替部分矿粉。

3.4.4 沥青混凝土工艺控制

 沥青混合料拌和时间、出厂温度、摊铺温度、碾压成型等温度控制必须严格按照规范要求进行，合理安排工期，避开不利天气施工。

优先推荐轮胎压路机搓揉碾压，提高密水性。不同的压路机类型，其特点不同。在国际上，美国历来喜欢采用振动压路机。近年来由于水损坏的问题，轮胎压路机的使用越来越多，而欧洲、日本则钟情于轮胎压路机。我国规范原来就写有优先采用轮胎压路机复压的内容，但是由于国外的振动压路机大量销售，而轮胎压路机很少，国产的又比较轻，尤其是轮胎压路机碾压的平整度不如振动压路机，致使轮胎压路机一直没有得载广泛的使用。近年来由于水损坏的问题突出，在各种场合推广应用大吨位的轮胎压路机。江苏省在招标文件中就规定承包商必须有2台以上的25t以上的轮胎压路机。轮胎压路机越来越在全国得到应用，使沥青路面的密水性得到显著提高，试验表明，采用轮胎压路机碾压后，路面的渗水系数明显减小。河北省唐山外环高速公路的两个标段，下面层都是AC-25I型沥青混凝土，厚150px。一个施工单位采用钢轮压路机初压，渗水系数平均值451 ml／min，小于500ml／min的只占65%；另一个施工单位改用轮胎压路机碾压，使渗水系数平均值减小到275 ml／min，小于500ml／min的比例上升到82%。说明采用轮胎压路机进行碾压可以比采用钢轮压路机压实得更好，并降低路面的渗水系数。

3.5 沥青路面早期水损害的对策

3.5.１公路路面的结构

不让雨水渗入路面是防止早期水病害最重要的措施。我国高速公路一般设置成三层，《沥青路面施工及验收规范》（GB50092-96）中要求，三层中应有一层及一层以上是I型密级配沥青混合料。现在看来三层中应有两层是密实行结构，而不能是一层。尤其当上面层采用AK类抗滑磨耗层时，中、下面层必须采用I型密实结构，而不能采用沥青碎石或Ⅱ型开级配沥青混合料。沥青碎石空隙率大，强度低，不应再作高速公路的面层。

沥青混合料的最大粒径Dmax应与层厚h相匹配，应能满足h≥(2.5～3)Dmax。要做到这一点，在不能增加面层总厚度的情况下，与其分成三个薄层，不如设置成厚一点两层，沥青层厚一点，压实效果好，承载能力也高。

在半刚型基层上必须设置封层。如果是洒布乳化沥青，则需要洒布两次，同时最好采用改性乳化沥青。在有条件的情况下，铺设稀浆封层会收到更好的效果。

3.5.2 保证路表水排水通畅

路外的水不能让其进入路内，路表的水必须尽快迅速排出路外。在超高路段，水是反向流向路面内侧，必须做好集水井等排水设施。内侧边沟和排水管、盲沟等各种措施都必须仔细考虑。雨、雪通过路面渗入路面内部是难以避免的，进入路面的水也必须流出路面，因此美国AASI-ITO沥青路面结构设计指南对路面结构设计的第一项性能要求不是我们通常采用的承载能力等等，而是排水性能。当沥青层下方有排水式的沥青碎石或者级配碎石时，排水性能较好，一般都能使进入路面的水很快排走。但是当沥青层是直接铺筑在非常致密的无机结合料稳定集料基层上时，迅速排水就比较困难，在路面上钻孔后孔中的水可以存留数天，不能排出。 路面设计时需要考虑混合料内部层间水和缝隙水的排水问题，保证渗入路面内部的水能排出路外。最简单的方法是沥青层外的路肩外侧不设任何阻挡，直接是碎石和土路肩。我国早期建设的京津塘高速公路等外侧土路肩都没有作任何处理，没有埋置式路缘石，边坡开放，路面内渗出来的水排出时是毫无阻挡的。排除路面结构层水最好的方法是通过下方排走，除了以往的级配碎石结构排水外，国外已经较多地采用排水式沥青稳定碎石基层,我国称为ATPB(Asphalt-treated permeable base），在路面排水规范中也有明确的规定。ATPB具有18％以上的空隙率，水可以自由流动。

3.5.3 改沥青路面设计与施工规范

现行规范对于密实型沥青混合料空隙率的规定设置较宽，建议修改为3%～5%。虽然美国Superpave（高性能沥青路面） 混合料设计规范将空隙率规定为4%，从理论上说是合理的，但只规定一个数值，在实际操作中会有困难，所以我们认为还是规定一个比较小的范围比较好。

沥青路面施工压实度标准应该予以提高，可提高为97%，最好为98%。这样当设计空隙率为5%时，施工现场的空隙率也可以控制在布大于临界空隙率7.5%的范围内，不至于引起渗水而造成水病害。

3.5.4采取抗剥落措施提高沥青粘附性

渗水是造成水损害的外因条件，内在的原因是沥青与碎石没有形成牢固的粘结，结果在水的作用下引起了沥青剥落。如果沥青能牢固地粘附在集料表面而不发生剥落，则即使路面渗水也不会出现剥落、松散等病害。排水性路面是一种空隙率很大的沥青路面，雨水直接渗入路面中，而由路面内部横向排走。这种路面如果沥青不能牢牢地粘附在集料表面，则必然很快剥落而松散。例如，德国有高速公路11300km,其中90%是沥青路面，在沥青路面中又有10%是大空隙率的排水性路面，即有上千公里的道路是多孔性的排水路面，但并未因空隙大而出现大面积水病害。有人解释排水性路面之所以不出现水病害，是因为它的空隙率足够地大了，雨水能迅速排走而不滞留在路面内部。要说雨后排水性路面内部的水都能迅速排走而很快干燥，是难以让人置信的，必然有一部分水不能在短时间内蒸发掉而滞留在路面内部，之所以路面不发生水病害，应该说是因为他们很好地解决了沥青与集料粘附性的问题。事实上欧美国家为防止水病害的问题，进行了大量的研究，其中包括如何提高沥青与集料粘附性的问题。

可见，研究解决好沥青与集料粘附性的问题，是防止沥青路面水病害的根本途径。为此从以下两方面采取技术措施，一是从提高沥青的粘附性能；二是从集料方面采取措施，以达到增强沥青与集料粘附性，提高沥青路面水稳性的目的。这些措施主要有：（1）采用消石灰（或水泥）提高沥青混合料的抗剥落性能；（2）研究开发与推广应用非胺类液体抗剥落剂；（3）选用碱性集料；（4）采用清洁集料。

3.5.4.1 采用消石灰（或水泥）提高沥青粘附性

沥青与集料的粘附性的本质是两种材料的界面的亲和力，这种亲和力是指表面张力、分子引力、机械附着力及化学反应引力，尤其取决于两种物质的表面电荷及由此产生的引力。吸附在集料固体表面的沥青之所以能被水置换，是由于水的极性很强，水分子H20的氢离子端带正电荷，氧离子端带负电荷。沥青与这种集料的分子引力不如水与集料的分子引力大。对石英类材料，硅(Si)的含量多，表面带有弱的负电荷，它与水分子中的氢离子能以氢键的方式结合。而它与沥青的化学吸附主要依靠相对较弱的分子引力，它比水分子与硅的很强的极性吸附力小得多。所以一般的集料表面或多或少都具有亲水憎油的性能，酸性石料比碱性石料更甚。如果石料遇水，水将能够穿透沥青膜达到集料表面将集料与沥青分开。

消石灰在沥青混凝土内部以钙离子的状态存在于集料与沥青的界面上，一方面与沥青酸反应，一方面牢牢地吸附沥青，同时在使用过程中不可避免地会接触空气和水，它非但不会被溶解，反而会逐渐变为碳酸钙，Ca(OH)2+C02=CaC03+H20。当消石灰真正变成碳酸钙以后，便成为十分稳定的物质，犹如原来的酸性岩石被一层碳酸钙包裹，转变为碱性岩石一样，因而与沥青之间具有很好的亲和力与粘附性。这是对消石灰改善粘附性的最通俗的理解。也就是说，易挥发的抗剥落剂是随着使用年限的延长，其效用逐渐减弱，最后失去效果。而消石灰则随着使用时间的延长，越来越变为稳定的碳酸钙包裹在集料表面，因而具有长期的使用性能，这就是二者在机理上的差别。当只用普通矿粉时，沥青混合料的残留稳定度仅为74.2%，按《公路沥青路面设计规范》规定降水量大于1000mm应大于75%的要求，则为不合格；而用消石灰粉替代部分矿粉，浸水残留稳定度则有较大幅度提高。数据表明，添加1%剂量的消石灰对增强沥青混合料抗水病害能力有显著效果，而其最佳剂量约为1.5%。

使用消石灰提高沥青混合料的水稳定性，有两种添加方式，一是将消石灰当作矿粉加入拌缸，而相应减少矿粉用量，即替代部分矿粉；二是将消石灰配制成稀浆，与集料拌和，使稀浆裹覆在集料表面。两种使用方法相比，则前者比较方便。 

广东省公路建设总公司李剑在公路杂志介绍了他们的试验研究成果。他们采用的工艺是先将消石灰掺加到矿粉中拌和均匀，然后加入矿料中干拌，再加沥青湿拌，拌和温度150～160℃，击实成型温度130～140℃。采用台湾AI-I-90沥青，集料为石灰岩，消石灰的有效成分MgO+CaO含量68.12%，达到I级消石灰大于65%的标准。试验采用AC-16 I型沥青混合料，最佳油石比4.4%。如果固定油石比不变，随消石灰用量的增加，空隙率变大，水稳定性反而不能得到改善，由于石灰石矿粉的比表面只有2500-87500px2／g，而消石灰的比表面达到7000 cm2／g以上，掺加消石灰将使沥青膜厚度变薄，沥青用量不变将达不到理想的结果。当重新进行配合比设计，改变沥青用量后，随消石灰的增加，最佳油石比增加，试件的毛体积相对密度变小，效果也变得明显了，但是消石灰过多，施工时拌和困难，综合使用效果及施工的方便程度，他们推荐采用消石灰1%。同时，在掺加消石灰以后，沥青混合料的动稳定度增加，低温弯曲试验的弯拉应变也变大，尤其是疲劳性能提高。掺加消石灰的沥青混合料，试验的应力水平高得多，如果在相同应力水平条件下，则疲劳寿命要长很多。在掺加消石灰的同时，需要重新进行配合比设计，确定最佳沥青用量，同时需要加强碾压，否则由于没有得到压实，空隙率增大，效果将会降低。

3.5.4.2研究开发与应用非胺类液体抗剥落剂

胺类抗剥落剂主要的缺点在于：一是热稳性较差，在沥青路面施工加热的过程中容易发生分解，降低使用效果；二是由于在吸附机理上是使沥青与集料表面仅形成物理吸附，对于强酸性的岩石吸附能力非常有限，不能满足长期使用的要求。

为了进一步检验非胺类抗剥落剂的使用效果，用韩国SK沥青和花岗岩碎石拌制沥青混合料，并经短期老化，测定冻融劈裂强度比，比较该抗剥落剂提高粘附性的效果及其耐热性。试验结果表明，在SK沥青中加入0.4%非胺类抗剥落剂，未经冻融的沥青混合料劈裂强度的绝对值略小于未加抗剥落剂者，而经过冻融循环以后，沥青混合料的劈裂强度绝对值则大于未加抗剥落剂者。掺加抗剥落剂沥青混合料的劈裂强度比TSR达到100%，满足规范大于70%的要求，而未加抗剥落剂者TSR仅为67%，不能满足规范要求。经短期老化后，掺加抗剥落剂沥青混合料其冻融前后的劈裂强度均大于未经老化的混合料，也大于未加抗剥落剂沥青混合料的劈裂强度。这说明非胺类抗剥落剂基本不受短期加热老化的影响。

当然，也并非所有的胺类抗剥落剂都不好。同时抗剥落剂在某种程度上还与岩石的种类有一定的配伍性，所以选择抗剥落剂还应该通过试验确定。

3.5.4.3不使用被泥土或粉尘污染的集料

铺筑高等道路沥青路面应该拒绝使用被泥土粉尘污染的碎石材料。但如果仅仅要求施工单位做到这一点是比较困难的，应通过行业协会等组织加强管理，采取综合措施才能取得成效。另外，对采石单位实施技术监督也是非常必要的。

3.6 裂缝封闭

实践证明，施工期间的干缩是造成基层和底基层开裂的最重要的原因。在半刚性基层上进行预切缝，但是如何切缝，间距如何确定，切多深，切开的缝如何处理等等问题都还需要研究，故需要慎重。

选择合理的路面结构，在半刚性基层上设置沥青稳定碎石层，吸收反射裂缝应力，阻制或减少沥青面层裂缝

3.7 车辙处治

由于目前基层基本上是半刚性基层，有较大的刚度，路面永久变形主要发生在沥青面层中，车辙基本上都属于沥青混合料的流动性车辙。因此，为了延缓车辙的形成，应主要从提高沥青材料的高温稳定性着手。对这种车辙，可以说没有有效的维修方法，唯一只有采用新的材料或将原有材料再生改造以更换产生车辙的层次。

4、结束语

如何进行防止，应从政府行为上遵循科学规律，并从治理超载运输上下大力，在设计上改善以往以刚性路面为主的路面结构，逐步借签外国经验，在目前国内沥青路面结构形式上，使用柔性基层过渡层。要确保沥青混凝土路面建筑在一个有足够强度和稳定的基础上，必须对土基和路面基层提出强度和稳定性要求，土基稳定，路基有足够的强度和稳定性。保证沥青混凝土中矿料的数量与质量是保证其强度及稳定性的重要材料因素，大力提倡用石灰代替部分矿粉，不尽可满足矿粉材料的要求，更能改善和提高集料与沥青的粘结力，提高沥青混凝土自身强度，一计两得。南方地区多雨水，要从设计上提高沥青混凝土的密水性，基层结构设计考虑内部排水结构，用沥青碎石作半刚性基层与沥青面层的过渡层，这不仅利于渗入沥青混凝土内部的雨水的排出，也利于阻断半刚性基层反射裂缝向上层延伸；一旦路面出现裂缝，及时封闭，并做好预防性养护。总之，减少公路沥青路面早期病害，应从相互关联的四个方面努力：

1、   保证一个合理的建设工期；

2、   解决超限运输问题；

3、   减缓水损坏；

4、   有一个足够强度和稳定性的沥青下卧层；

5、   从沥青混凝土原材料质量及工艺上提高沥青混凝土自身强度及稳定性。

参考文献

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26、      何仲文 沈火林等，沥青路面病害调查及分析报告

后记

此文为2005年论文（2012年略有增补）缩略而成，原文四十余页。随着近几年工程环境及施工工艺有所变化，出现新情况，有待同行探索解决。水泥稳定碎石路面基层强调采用振动成型法工艺，其出发点要解决结构性裂缝，明确提出水泥用量上限，此正中不良承包商下怀，对用量大打折扣，损及强度质量。致使使用寿命大大缩短，一两年就出现病害。沥青面层强调使用改性沥青、SMA结构，对其性价比不多考虑。且如施工工艺不到位，SMA应是“油包石”却看到是集料间少见油；现在沥青混凝土普遍存在少用甚至未用矿粉，这样的沥青混凝土名不副其