瀝青路面空隙率應用經驗探討

王雄瑛

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 511431）

前言

瀝青路面被雨水長時間侵滲過程中，雨水通過瀝青面層空隙或縫隙，或者由分隔帶或路肩滲入到路面結構內，若不能夠及時予以排除，就會浸濕各結構層材料甚至路基上，使其強度下降，變形增加，承載力降低，使用壽命縮短。更為嚴重的是，進入路面結構層之間的空隙中的水份，在行車荷載的作用下，會成為高孔隙水壓力和高流速的水流，沖刷層面材料并產生唧泥現象，促使瀝青面層出現剝落、松散等病害，從而使整個路面結構的使用性能迅速變壞。因此，如何延長瀝青路面使用壽命及確保其耐久性，已成為高等級瀝青路面設計、施工和養護工作的一個至關重要的課題，引起社會的廣泛關注和重視。為進一步摸清瀝青結構耐久性等性能問題，其中有一項較為重要的指標，就是空隙率指標。空隙率是瀝青混合料一個非常重要的體積指標，適宜的空隙率至關重要。由于設計、施工等原因造成我國路面實際空隙率大都處于5%。15%不利范圍，加上我國路面設計結構不合理，形成了上面層滲水，中、下面層存水，基層不透水的不利局面，造成路面早期破壞嚴重。空隙率不合理是造成我國高速公路早期破壞的主要原因。

本文以廣東省某高速公路瀝青砼路面工程（k9+700～k33+800段）為例，詳細闡述了瀝青路面如何確定一個適宜空隙率的應用過程。該路段瀝青面層結構設計為5cmGAC-16C+6cm-GAC-20C+8cmAC-25C。項目所在地降雨量大，交通量繁重、且重載交通突出。因此，要求該路段瀝青面層具有良好的抗水損壞能力和抗車轍能力，亦即要求混合料有良好的級配和適宜的空隙率。設計圖紙規定：本項目瀝青混合料采用馬歇爾方法設計，上面層設空隙率為3-5%，中下面層設計空隙率為2.5-4.5%。結合以往工程經驗，考慮本項目實際情況，認為中下面層混合料采用馬歇爾設計空隙率2.5-4.5%存在一定風險，建議調整為3.5-5.5%，理由如下：

1、關于瀝青路面最佳空隙率

實踐經驗及相關研究成果均表明，對于常規瀝青路面而言，當施工空隙率大于8%時，路面極容易發生水損壞，如：松散、坑洞等；當施工空隙率小于3%時，路面易出現泛油和車轍病害。而根據SHARP研究成果，建議骨架密實型瀝青混合料設計空隙率為4%。關于瀝青路面最佳空隙率問題，國內外均有研究。德國夏天最高氣溫很少超過30℃，但路面還是出現泛油現象，對應瀝青混合料設計空隙率為2%～4%。研究發現設計空隙率對瀝青路面泛油現象有直接的影響，1998年德國增大了重交通道路的設計空隙率,修改為3%～4%，以防止泛油發生。

美國在SMA的推廣應用時，開始采用了和德國一樣的設計空隙率標準，在應用過程中發現設計空隙率小于3%時,泛油和油斑成了SMA路面的主要病害。1998年6月美國AASHTO將SMA設計空隙率改為3%～4%,隨后為進一步解決SMA路面的泛油問題，又將設計空隙率標準修改為北方寒冷地區不小于3.5%,南方溫暖地區不小于4%。這說明為了減少泛油病害，即使在寒冷地區，SMA的設計空隙率也必須在3.5%以上。其中美國喬治亞洲SMA的空隙率就在4%～6%范圍內。值得注意的是，SMA屬骨架密實結構，且添加纖維作為穩定劑，瀝青用量相對較大，設計空隙率相對較小。此外，研究還發現，瀝青路面的泛油往往伴隨著混合料高溫穩定性不足，路面在高溫和重載交通作用下，普遍存在車轍現象。究其原因，源于瀝青混合料設計空隙率偏小，導致瀝青用量相對較多（飽和度偏高），在高溫時，瀝青軟化，體積膨脹，而混合料空隙無法容納瀝青的體積增加而出現泛油。泛油削弱了瀝青混合料骨架效應，使其抗剪強度下降，進而出現車轍。此外，上面層的泛油還會使得瀝青層表面變得光滑，喪失原有的構造深度，大大降低了路面抗滑性能，使得路面安全性降低。

2、馬歇爾設計最佳空隙率

馬歇爾設計法是我國瀝青混合料配合比設計的標準方法，然而，隨著交通建設的不斷發展，交通量迅猛增長，重載、渠化交通日益突出，馬歇爾設計法的不足之處日益凸顯，如：

1）馬歇爾擊實方法不能模擬壓路機和行車的搓揉壓實作用，馬歇爾穩定度和流值指標與實際路面的使用性能相關性較差；

2）相對于如今大噸位的路面壓實機械而言，馬歇爾擊實功偏小，設計出的混合料抗剪強度不足，無法適應重載交通的需要；研究發現：馬歇爾擊實成型確定的最佳油石比大于由旋轉壓實成型（成型方式更接近實際）確定的最佳油石比，從而在配合比設計中容易造成瀝青用量過多，即瀝青的填充率過高，在高溫和重載交通作用下，路面易出現車轍和泛油。因此，參考Superpave提出的混合料設計空隙率4%，建議馬歇爾設計空隙率為3-6%。

3、如何選擇適宜的混合料設計空隙率

在確定混合料設計空隙率時，應綜合考慮混合料類型、所處層位、成型方法、施工水平、項目所在地氣候及交通條件等因素。具體如下：

1）混合料類型

相對而言，粗級配混合料宜選擇較高的設計空隙率，細級配混合料宜選擇較低的設計空隙率。骨架密實型混合料相對懸浮密實型混合料而言宜選用較高的空隙率。

2）所處層位

相對而言，上面層混合料宜選用較低的空隙率，強調耐久性和抗水損壞性能；中下面層宜選用較高的空隙率，強調承載能力，即抗車轍性能。

3）成型方法

鑒于馬歇爾設計方法的不足及交通發展的現狀，建議馬歇爾設計法宜選用相對較高的設計空隙率，而Superpave混合料建議采用推薦的4%為設計空隙率。

4）施工水平

建議施工單位配備大噸位壓路機，尤其是輪胎壓路機。對于路面實際壓實功較大的項目，混合料設計宜采用相對較高的空隙率，反之采用相對低的空隙率。

5）交通及氣候條件

對于高溫重載交通而言，建議采用相對較高的空隙率；對于寒冷地區、多雨地區以及高原強紫外線地區，建議采用相對較低的空隙率。

結語

瀝青混合料設計空隙率是關系到混合料質量，進而關系到路面施工質量的關鍵因素，在確定混合料設計空隙率時須平衡混合料水穩定性及耐久性和泛油及抗車轍性能之間的關系，不可簡單的套用規范或以往的經驗，須考慮項目所面臨的實際情況，綜合各方面因素后才能確定。

綜上所述，結合實際工程經驗及相關研究成果，考慮到本項目實際情況，本人建議如下：上面層GAC-16C混合料設計空隙率宜采用3-5%，中面層GAC-20C混合料設計空隙率宜采用3.5-5.5%，下面層GAC-25C混合料設計空隙率宜采3.5-5.5%。

[1]JTGF40-2004.公路瀝青路面施工技術規范[s].

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料的路用性能[M].北京:人民交通出版社，2001..