高速公路路面水损毁机理分析以及防水治理方案探讨

1、高速公路路面水损毁机理分析以及防水治理方案探讨郭文雄（ 广西金雨伞防水装饰有限公司，广西 南宁 530001）摘要：本文通过对我国混凝土高速公路路面水损毁机理分析，提出在路面承重层之上磨耗层之下做一层反应粘结型功能防水层，既能对承重层密封防水，又能消减面层反射性裂缝，达到提高路面使用舒适性，延长路面使用寿命的目的。关键词：路面防水 CPS反应粘 混凝土 密封1.高速公路混凝土路面水损毁现象我国高速公路里程突破4万公里，一两年内就需要大规模维修的状况非常普遍。水泥混凝土路面为刚性路面，几乎没有塑性，因此水泥混凝土路面必须要留伸缩缝和施工缝，这些人为缝隙和混凝土自身的吸水性和透水性都会导致路基受到

2、不同程度的水侵害。根据我国已建成通车的公路使用情况看，凡是路基沉陷、冲刷、坍塌、翻浆，沥青路面剥落、龟裂、松散，水泥混凝土路面的唧泥、错台、断裂等病害，都与路面渗水、地表积水和地下水的侵蚀有关。水的作用加剧了路基和路面等结构的损坏，缩短了它们的使用寿命。2.高速公路混凝土路面水损毁机理超载易使混凝土路面产生断裂、竖向位移的病害，这些危害使刚性混凝土产生不同程度的裂缝，水会渗入路基，混凝土板底在交通荷载作用下就会脱空，造成地基强度不均匀、承载力降低，从而引起面板的进一步开裂，致使基层材料形成泥浆从接缝处或板边缘挤出，板底出现脱空。在轮载的频繁作用下，板边缘和角隅下的路基和路基由于塑性变形累积与同

3、面层脱离接触；路面由于下渗的水积聚在面层下的脱空区内，在轮载弯沉变形的作用下使空隙内的积水变成压力水，侵蚀基层并同基层内冲刷出的细料搅混成悬液，并沿裂缝缝隙喷溅，使面层板边缘部分失去支撑，久之，引起错台并导致面板出现更多更深的裂缝，致使路面破坏面积不断扩大。图1 高速公路路面破损情况3.高速公路混凝土路面水危害处理方法在广西、云南、贵州等地早期修筑的高速公路多是水泥混凝土路面，噪声大，平整度差，使用一段时间后就出现断板、卿泥、翻浆，严重地影响交通运输。为提高水泥路面的使用性能，不得不用沥青路面进行维修或改造。现在国内数条高速公路采用了不同的方法，第一种方法是直接在水泥路面上加铺一层沥青路面；第

4、二种方法是在水泥路面的缩缝处铺设土工格栅，然后再铺筑沥青面层；第三种方法是将水泥路面破碎后做20 cm左右厚的半刚性基层，再铺筑沥青面层。前两种方法施工时间短，费用低，但是使用寿命短；后一种方法施工周期长，使用寿命长，使用性能好，但是成本高。如何既经济又耐久地对水泥路面进行维修改造是公路养护部门亟待解决的问题。美国很早就遇到同样的问题，为了解决水泥路面加铺沥青面层的难题，科氏沥青材料公司研制开发了STRATA系统，专为减少水泥路面的反射裂缝而设计的沥青路面结构。该系统在美国试验应用数年，取得成功经验后于1994年开始推广使用。STRATA系统由应力吸收层和罩面层(包括中面层和抗滑表层)组成，核

5、心是应力吸收层。由于水泥混凝土具有热胀冷缩的特性，随着温度的升降，水泥混凝土板会发生伸缩变形，对于5m长的水泥混凝土板，在温度波动40的情况下变形量不小于2mm，普通沥青混凝土不能承受如此大的变形，从而使沥青面层出现反射裂缝。一旦产生裂缝，水就会通过裂缝流到基层，引起路面卿泥、翻浆等病害。应力吸收层要能全部或部分吸收水泥混凝土板收缩变形，消减对上部沥青面层的影响，其本身不会因水泥混凝土板收缩而开裂。这要求吸收层必须具有较好的柔韧性及不透水的特点。为满足这些特点，应力吸收层应采用高弹性改性沥青，其耐高温性能必须达到75以上，低温性能等级必须达到-22以下，以满足维姆稳定性和弯曲梁疲劳试验的双重要

6、求。经过旋转薄膜烘箱老化后的弹性恢复率不低于45，48h的离析软化点差不大于6。4.现有高速公路路面水危害处理最有效的途径根据高速公路混凝土路面产生危害的机理和原因，以及现在处理高速公路路面危害的有效方法可知，在高速公路面层中做一层具有较高强度和柔韧性的密封防水层是最有效最经济途径，它不仅能保护混凝土基面免受水侵害，而且还能有效消减混凝土面板收缩变形对上部沥青混凝土面层的影响。因此满足这样条件的防水层采用具有特殊功能的防水层无疑是最合理的。高速公路路面防水层的关键性指标与基层路面的粘结性问题 防水层能与混凝土基础有效粘结，形成密封层，杜绝防水层因破损（在施工过程中防水层不可避免地产生破损）而产

7、生窜水问题，致使水在混凝土面层窜流，通过混凝土路面的裂隙渗透到基层，破坏基层结构。另外粘结力还要足够大，否则就不足以抵抗车辆荷载造成的剪切破坏。抗开裂性的问题（基层开裂对防水层的影响） 高速公路混凝土路面容易在气候和载荷等各种因素的作用下产生裂缝，因此防水层必须良好的抗开裂性能，这就要求防水材料具有良好的弹性，同时还要有非常优异的蠕变功能，能有效消减混凝土面层因开裂产生强大的应力对防水层的破坏，同时有效消减面层反射裂缝。路面的剪切性问题（高载重货车紧急刹车产生的剪切性破坏，斜坡剪切） 高速公路路面除了受垂直载荷的影响外，也承受着平行于路面剪切载荷影响。对防水层影响最大的是剪切载荷，如高载重货车

8、紧急刹车产生的剪切性破坏最为严重。因此防水层必须要有足够的强度来应对剪切破坏。影响防水卷材抗剪切强度的因素有（抗剪强度=垂直载荷×tan(内摩擦角)+内聚力）：防水层要有合适的厚度，厚度过低会造成粘结面刚性破坏，过高易造成剪切变形过大，使防水层产生滑移；内聚力要大；耐高温性能好。图2 防水层抗剪切的示意图材料湿面施工性能 防水层最好能在潮湿的混凝土上施工，能有效节省工期，即使混凝土基面不平整也不影响防水层施工后的粘结性能材料使用的抗老化性能防水层在温度、紫外线、循环动载荷的作用下有较长的使用寿命。5.高速公路路面防水方案根据高速公路路面水损坏的机理分析以及才有特色防水层的防治方案，我

9、们根据高速公路防水的实际工程案例，选用一种CPS反应粘结型功能防水材料，它能跟现浇混凝土或水泥凝胶通过化学交联反应粘结在一起，并与基层混凝土形成牢固持久的界面反应密封层，杜绝窜水现象的发生，有效地保护路基免受水侵害。这种功能型防水材料由反应粘密封胶层和增强胎体构成，密封胶层具有很高的韧性，将其涂覆在增强的胎体上，使其成为一种较高强度的复合材料，能有效抵抗路面的剪切破坏。这种CPS反应粘卷材与混凝土基层粘结剥离强度大（可达8.0N/mm），而且还具有蠕变抗裂功能，适应混凝土基础开裂的影响，有效释放混凝土基础开裂应力对面层沥青混凝土的影响，使面层沥青混凝土能减少放射性裂纹的产生。图3 CPS反应粘

10、防水卷材与混凝土基层粘结密封的效果下图为高速公路剖面结构图，将防水层做在承重层之上磨耗层之下，承重层一般为混凝土层，CPS反应粘卷材就粘结到承重的混凝土基层上，CPS反应粘卷材的上面为为沥青混凝土磨耗层，它与CPS反应粘卷材的密封胶料层有良好的相容性，可直接浇注在CPS反应粘卷材上。图4 高速公路路面防水剖面结构防水层可采取1.5mmCPS反应粘卷材双粘湿铺+1.5mmCPS反应粘卷材双粘干铺的方案。此方案虽蠕变层加厚，“抗剪切”性有所降低，但仍在安全正常的阈值范围内，仍有利于面层应力的释放和抗开裂性的提高。第一层湿铺主要是与承重的混凝土层有效粘结密封防水。由于第一层防水层厚度较薄，在磨耗层与承重层的夹压下，使其蠕变性变差，释放应力的能力相应降低，CPS反应粘卷材在此过程中受到破坏的风险因素增大，因此有必要在其上再构筑一层防水层，使其形成增强的二元防水层结构。下层适应混凝土基层开裂的影响，上层通