瀝青混合料路面滲水影響因素分析及施工控制

郝智明 （安徽省新路建設工程集團有限責任公司，安徽 阜陽 236000）

0 前 言

瀝青混合料路面滲水系數是路面質量控制檢測重要指標之一，路面滲水對路面結構的使用壽命、安全性能有重要影響。滲水透過路面結構層進入路基，破壞路基穩定性，加快路面剪切破壞，使路面過早出現沉降、坍塌、唧漿、松散、脫粒、空洞等病害現象。如何在科學設計基礎上選擇好路面材料，合理設計礦料級配及施工配合比，通過對施工過程嚴格控制，保證施工質量，降低路面滲水性，對防止路面因滲水作用出現的各類病害，提高道路使用壽命具有重要意義。

1 路面滲水影響因素及分析

1.1 空隙率

瀝青混合料路面空隙率是路面滲水的重要影響因素，空隙率大小對路面實測滲水系數影響明顯，多個項目試驗結果表明，按密級配設計的瀝青混合料路面，空隙率在5.0%以內，路面滲水較小或幾乎不滲水；空隙率大于8.0%，路面滲水系數明顯增大，甚至達到設計滲水系數允許值的多倍。因此，空隙率8.0%是滲水系數突增的臨界值，作為施工控制的重要參考依據。

下面一組數據是S328線某段瀝青混合料路面施工過程中實測的空隙率及滲水系數（見表1實測數據），可以看出空隙率的變化對路面滲水的較大影響。該項目路面結構設計為上、下兩層，下面層為8cm厚AC-25粗類式密級配普通瀝青混凝土，上面層為4cm厚AC-13細粒式密級配普通瀝青混凝土，路面基層為20cm半剛性水泥穩定粒料。路面攤鋪時間為2014年7月份，平均氣溫20℃以上。碾壓工藝為：初壓采用12t雙鋼輪振動壓路機碾壓2遍，前行靜壓1遍，后退振壓1遍；復壓采用30t膠輪壓路機碾壓5遍；終壓采用21t雙鋼輪壓路機收光碾壓2遍。

測點距路中間分隔帶緣石邊緣1.5m處。分析表1數據可以看出，壓實度98.3%時，芯樣空隙率3.6%，接近設計空隙率3%～6%的下限值，滲水系數16ml/min，基本上為不滲水；壓實度97.8%時，芯樣空隙率5.6%，接近設計空隙率3%～6%的上限值，滲水系數97ml/min，較空隙率3.6%時明顯增加；壓實度95.2%時，芯樣空隙率8.4%，滲水系數475ml/min，已大大超出《公路質量檢驗與評定標準》要求的300ml/min值。試驗采取不同壓實遍數得到不同的壓實度，明顯看出壓實度降低，空隙率增大，路面滲水系數大幅度增加。實際施工中因材料離散、溫度變化及碾壓時間間隔影響、工藝操作的細微差異等，使同一路段、同樣的施工工藝，實測數據出現一定幅度差異屬正常現象，不影響對象的定性分析結果。

表1

表2

滲入到路面結構內部的水分，一部分在重力作用下順路面坡度側滲流向路邊溝（或盲溝）排除，一部分下滲進入路面下層，進而穿過基層滲入進路基，破壞路基穩定性，降低路面結構力學性能，對道路工程的壽命產生較大影響。因此，下滲水才是造成路面水毀的主要因素。

1.2 壓實度

壓實度是瀝青混合料路面質量評定的重要指標，路面混合料的空隙率與壓實度有直接關系。相同的材料組成、混合料配合比及施工工藝，壓實度愈大，空隙率愈小；反之，空隙率愈大。提高路面壓實度，達到或高于施工技術規范要求，是降低路面空隙率，減小路面滲水的重要因措施。

《公路瀝青路面施工技術規范》對瀝青混合料路面壓實標準有嚴格要求，具體見表2。

表3

近幾年來，有關高校、科研機構及道路施工企業對路面混合料壓實度、空隙率、路面滲水系數的相互影響關系進行深入的研究。實驗表明，對于密級配瀝青混凝土，當壓實度達到94%時，現場芯樣空隙率約為8%～11%；當壓實度達到98%時，現場芯樣空隙率約為5%～8%。依據《公路瀝青路面設計規范》（JTGD50-2006）要求，密級配瀝青混合料標準空隙率規定3%～6%，現場芯樣空隙率計算值參照如下公式。

現場芯樣空隙率：VV'=K×VV＋(1－K)×100

式中：K——現場壓實度

VV——標準密度馬歇爾試件空隙率（密級配瀝青混合料規定為3%～6%）

計算現場芯樣空隙率與壓實度的相關數據見表3。

若室內標準密度馬歇爾試件空隙率為6%時，現場實測壓實度97%，芯樣空隙率達8.80%，超滲水系數突增時8%的臨界值。同樣條件下，芯樣空隙率控制在8%以內，壓實度須達到97.9%以上，這對現場壓實工藝、壓實溫度控制及壓實設備組合有較嚴格的要求。

1.3 礦料級配及公稱最大粒徑

在瀝青混合料中，礦料級配與公稱最大粒徑的大小與路面結構滲水系數有較大相關性。礦料級配對瀝青路面滲水性的影響，主要是不同礦料級配組合配制的瀝青混合料表觀密度有差別，鋪筑時同樣的外部條件和施工工藝，空隙率不同，實測滲水系數有明顯差別。施工中應根據本地材料情況，按規范或設計要求調整。細型密級配（AC-F型）礦料級配曲線較規范要求的中值線偏上，總的混合料偏細；粗型密級配（AC-C型）礦料級配曲線較規范要求的中值線偏下，總的混合料偏粗；最佳級配組合應經過多次試驗確定。同時，在配合比設計中要特別注意4.75mm和2.36mm兩個關鍵篩孔的通過率，關鍵篩孔段應與級配中值線相吻合，使礦料級配曲線成大小S曲線形狀。

礦料級配最大公稱粒徑對路面滲水性有一定影響，最大公稱粒徑越大路面滲水系數越大。主要原因一是大粒徑礦料在路面碾壓過程中起到一定的“支撐”作用，影響路面最終壓實效果，空隙率較大；二是較大粒徑礦料單位體積有較小的比表面積，混合料中瀝青用量少，有較大的空隙率，滲水性也較強。

1.4 組成材料因素影響

1.4.1 礦粉

礦粉摻量影響瀝青混合料路面滲水性，對間斷級配密實性瀝青混合料及有著最大公稱粒徑較大的混合料影響更明顯。實際施工中密級配混合料礦粉摻量3%～8%，對于骨架密實結構的瀝青混合料，礦粉摻量不宜低于5%，以保證混合料密實度，提高瀝青與礦料粘附性及路面低溫穩定性能。

1.4.2 瀝青

相同條件下瀝青性質對瀝青混合料路面滲水性有一定影響，采用針入度小的改性瀝青混合料較基質瀝青混合料具有更好的抗滲水性。一方面改性瀝青具有良好的力學性能，有較強的抵抗行車荷載作用下因水分滲入在瀝青混合料結構層中產生的動水壓力，避免封閉空隙破壞形成更多的連通空隙，減少路表面水的滲入；另一方面，改性瀝青良好的抗低溫性能、大流量重荷載車輛作用下的抗疲勞性能，使路面結構表面不易出現裂紋，有效阻止使用過程中水的滲入，提高路面使用壽命。

2 施工控制措施

熟悉瀝青混合料路面滲水發生機理及影響因素，在符合項目設計要求條件下，進行路面施工過程中的人員、設備科學組織與管理，創新施工工藝，加強對目標實現過程控制，優選材料，科學合理進行礦料配比設計，提高路面壓實度，減小瀝青混合料空隙率，是控制路面滲水的關鍵。近幾年來，安徽省新路集團工程有限責任公司完成多項地方或省級高等級瀝青混合料路面結構重點工程項目，施工過程中注重對新工藝、新方法的應用與創新，對路面滲水及其影響因素進行有針對性的研究和分析，總結如下幾方面。

原材料質量指標須符合設計或施工技術規范要求，混合料施工配合比使用前要反復多次地進行比對試驗，選用各項技術指標綜合最優的配合比組合。

在半剛性路面基層上采用乳化瀝青進行透層施工時，要求乳化瀝青具有較好的滲透性能，現場實測滲透深度不小于6.0mm。對面層下加鋪土工織物或面層采用改性瀝青混合料的路面結構，透層油宜采用改性乳化瀝青，以改善基層與面層混合料粘結性，提高基層表面的抗滲水能力。

加強對瀝青混合料攤鋪施工工藝控制，確保壓實度和路面整體的壓實質量。壓實度是重要的控制參數，只有壓實度達到設計標準要求，才能保證路面混合料有較小的空隙率，滲水系數也較小。施工過程中要把控好以下幾方面：①混合料攤鋪溫度控制，根據現場氣溫、基層表面溫度、攤鋪時天氣情況及運距和運輸方式等，合理調整混合料出廠溫度，控制攤鋪和碾壓溫度，碾壓溫度太低，影響攤鋪和碾壓效果，難以達到理想的壓實度；②在試驗段施工時，做好各項基礎性試驗，掌握施工工藝各參數控制，用以指導施工；③改進碾壓工藝，由傳統鋼輪壓路機的振動碾壓組合改為雙鋼輪壓路機和膠輪壓路機的組合碾壓工藝，充分發揮膠輪壓路機在復壓階段的揉搓碾壓作用。初壓和終壓均采用雙鋼輪壓路機完成，該方法可使路面表面粒料棱角免受鋼輪振動碾壓破壞，膠輪的“揉搓”作用促使混合料粒料不斷錯動密合，壓實效率高，技術性能穩定。主要施工工藝為：①混合料攤鋪后及時用15t輕型雙鋼輪振動壓路機進行初壓，初壓共2遍，第一遍靜壓，緊跟攤鋪機完成；第二遍采用振動碾壓（振幅0.35mm、頻率50Hz），碾壓工藝符合施工技術規范要求；②初壓完成后，即用30t膠輪壓路機復壓，復壓5～6遍，達到或超過設計壓實度，復壓時膠輪壓路機的行進速度為4m/min～4.5m/min，碾壓工藝滿足施工技術規范要求；③終壓采用21t雙鋼輪壓路機靜壓完成，行進速度3m/min～4m/min，碾壓不少于2遍，至無明顯輪跡時止，碾壓工藝滿足施工技術規范要求。以上攤鋪和碾壓工序應緊揍，整個過程要一氣呵成，工序間不出現較長的時間間隔。

加強對綠化帶邊緣近處、中間分隔帶路緣石及構造物附近路面的施工控制，碾壓過程中應設專人指揮協調，選定技術嫻熟的機械操作人員進行碾壓作業，做到碾壓及時不遺漏，保證路面整體碾壓質量。

對路緣石、窨井口及與路面銜接處構造物混凝土表面，混合料攤鋪前應噴灑或刷涂粘層油，使路面混合料與構造物混凝土表面密合，提高貼合面的抗滲水能力，防止水的滲入。

3 結 語

瀝青混合料路面的滲水會降低路面結構的力學性能，縮短路面使用壽命，大量水分滲入到路面基層和路基，破壞路基穩定性，水毀是多種道路病害的根源。我國幅員遼闊，南北氣候和降雨量差別較大，地質和土質情況也明顯不同，各地對道路工程的建設總是基于本地實際情況，本著經濟、適用、安全、便捷的原則，就地或就近取材，施工工藝也應做到因地制宜。項目實施前要了解當地道路工程水毀情況，依據設計要求，科學合理選擇材料，優化混合料配合比設計，加強對影響路面滲水各因素把控和施工過程工藝控制，對提高路面混合料壓實度、降低空隙率、保證路面實測滲水系數、滿足質量控制目標要求具有實際指導意義。

[1]JTGF40-2004，公路瀝青路面施工技術規范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]JTGF80/1-2004，公路工程質量檢驗評定標準[S].北京:人民交通出版社,2004.

[3]宋應發.影響瀝青路面滲水的因素分析[J].公路交通科技,2004.

[4]王薇等.瀝青路面滲水性的影響因素研究[D].天津:河北工業大學,2011.

[5]李鑫,等.瀝青路面滲水試驗檢測的影響因素分析[J].湖南交通科技,2007(3).