空隙率對(duì)瀝青混凝土路面性能的影響

龔巍 王強(qiáng)

摘 要：本文探討空隙率對(duì)瀝青性能、泛油、車轍、瀝青混合料強(qiáng)度的影響，空隙率瀝青混合料的空隙率是影響其路用性能的一個(gè)重要指標(biāo)。非排水路面的建設(shè)中提高路面的壓實(shí)度，嚴(yán)格控制面層空隙率，提高路面的使用年限具有重要的作用。

關(guān)鍵詞：空隙率；瀝青性能；泛油；車轍；強(qiáng)度

空隙率作為影響瀝青混凝土性能的主要因素一直備受關(guān)注，瀝青路面的空隙率與路面使用性能密切相關(guān)。空隙率大的路面，其構(gòu)造深度、抗滑性能、摩擦系數(shù)相對(duì)來說會(huì)具有更好的性能。但反面影響是會(huì)使路面面層更老化，車轍和開裂也會(huì)相對(duì)嚴(yán)重，抗?jié)B、抗凍、抗水損害能力變差。因此，要想使瀝青路面養(yǎng)護(hù)成本得到降低，瀝青路面質(zhì)量得到提高，從而延長瀝青路面的使用年限，就不得不嚴(yán)格控制好瀝青路面的空隙率，因此空隙率是路面設(shè)計(jì)中不可忽略的影響因素之一。

一、空隙率對(duì)瀝青性能的影響

經(jīng)調(diào)查研究表明，空隙率越大瀝青路面，越容易發(fā)生初期損壞，約7%～8%的空隙率是路面的臨界損壞空隙率，小于7%的路面則基本保持良好，能滿足使用性能，而大于8%的瀝青面層更容易產(chǎn)生初期損壞。空隙率過大會(huì)使空氣更容易進(jìn)入瀝青混凝土的結(jié)構(gòu)層，瀝青混凝土的裂縫和松散就是空氣和瀝青發(fā)生氧化反應(yīng)導(dǎo)致瀝青變脆，路面的使用壽命會(huì)大大降低。顯然，空隙率小于臨界值的瀝青混凝土的耐久性會(huì)優(yōu)于臨界值以上的，也就是說，瀝青混凝土在發(fā)生初期損壞后，其瀝青的老化程度更嚴(yán)重。

老化后的瀝青脆性提高、韌性變差，導(dǎo)致路面內(nèi)瀝青膜老化而變得容易脆裂，在水和其他一些因素的共同作用下，瀝青的粘結(jié)力下降從而逐漸從集料表面剝落，所以空隙率也可作為混合料當(dāng)中的瀝青老化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，是瀝青混合料耐久性重要影響因素。

二、空隙率與泛油的影響

瀝青混合料中包裹在集料表面的瀝青膜在行車荷載反復(fù)作用下，與侵入瀝青路面面層結(jié)構(gòu)內(nèi)部并且長期滯留于瀝青結(jié)構(gòu)層底部的水分，共同作用下使瀝青剝離脫落為自由瀝青，底層結(jié)構(gòu)的瀝青向路面結(jié)構(gòu)上部遷移，從而導(dǎo)致瀝青路面表層瀝青含量過多而底部松散，這一遷移現(xiàn)象稱為路面泛油。

引起泛油現(xiàn)象原因其一是瀝青混合料的設(shè)計(jì)空隙率過小，油石比偏大，在炎熱的夏季，溫度過高使瀝青受熱膨脹，在瀝青混合料中的空隙被填滿后溢出路表面形成泛油。因此，泛油現(xiàn)象內(nèi)因是空隙率過小，而誘發(fā)的直接外因是高溫。其二，隨著路面荷載的反復(fù)作用，上面層空隙率愈來愈小，中下面層空隙率逐漸增大，瀝青路面積水容易因負(fù)壓增大而透過微觀裂紋或面層空隙進(jìn)入瀝青路面基層結(jié)構(gòu)，這種路面結(jié)構(gòu)的空隙率發(fā)生不良改變而形成水損害，從而導(dǎo)致瀝青路面泛油。無論泛油是高溫因素影響還是水損壞因素影響都跟空隙率有著直接關(guān)系。

三、空隙率對(duì)車轍的影響

在Cross（克羅斯）和Brown（布朗）的研究當(dāng)中表明，容易產(chǎn)生明顯的車轍室內(nèi)壓實(shí)試件，其空隙率不大于3%，瀝青混凝土的空隙率過小，會(huì)導(dǎo)致面層更容易產(chǎn)生轍槽和推擠現(xiàn)象，顯著的跡象表明，密級(jí)配混合料的初始現(xiàn)象空隙率應(yīng)不大于8%，并且在路面使用期間應(yīng)不大于3%。據(jù)分析，大部分車轍深度是由面層產(chǎn)生，其車轍深度比例可占總車轍深度的90%左右。嚴(yán)格控制壓實(shí)度，可以大大降低車轍產(chǎn)生的機(jī)率，因?yàn)樵谶_(dá)到壓實(shí)度上限以后產(chǎn)生永久變型是很有限的，路面難以被行車荷載進(jìn)一步壓實(shí)變形。由馬歇爾試驗(yàn)確定最佳瀝青用量時(shí)，密實(shí)式瀝青混凝土的最大密度可達(dá)2.44g/cm3～2.47g/cm3，此時(shí)的空隙率約為3%左右。

四、空隙率對(duì)瀝青混凝土強(qiáng)度影響

空隙率對(duì)瀝青混凝土的強(qiáng)度影響程度很大，影響主要與混合料本身的骨架結(jié)構(gòu)、材料設(shè)計(jì)等因素有著密切的聯(lián)系。根據(jù)道路施工經(jīng)驗(yàn)，一般來說，混合料空隙率越大，則強(qiáng)度越小，究其原因是因?yàn)榭障堵试酱髸r(shí)，混合料的實(shí)際有效厚度就會(huì)越小，整體抗力也會(huì)越低。在不同的條件下，瀝青混凝土路面強(qiáng)度會(huì)隨著空隙率的增大而降小，在施工現(xiàn)場(chǎng)中，若實(shí)現(xiàn)其實(shí)際空隙率不超過6%，對(duì)于確保混凝土的抗永久形變能力和強(qiáng)度具有十分重要的實(shí)施意義。瀝青混凝土路面面層會(huì)直接承受著車輛的荷載和自然環(huán)境的雙重影響作用，所以瀝青混合料的力學(xué)性能是路面設(shè)計(jì)中最關(guān)注的重要內(nèi)容之一。其集料間接觸狀態(tài)很大程度上決定了混合料的力學(xué)性能。若孔隙率增大時(shí)，則瀝青混合料中集料間的接觸點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)減少。

五、預(yù)防措施

1）當(dāng)采用三層式結(jié)構(gòu)的瀝青混凝土路面時(shí)，往往要求其中一層是不透水的，對(duì)于下面層一般需要具有足夠的耐久性，對(duì)中面層則要求需要有較好的高溫抗車轍的能力，而對(duì)上面層需要具有良好的的表面性能。

2）盡量提高路面的壓實(shí)度，從而適量減小瀝青混合料的空隙率，施工時(shí)把壓實(shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)提高2%。為了達(dá)到減小空隙率的目的，在采用馬歇爾設(shè)計(jì)測(cè)定空隙率時(shí)，進(jìn)行理論密度與實(shí)測(cè)密度雙重控制，保證理論密度要不小于93%，這樣一來使得瀝青混凝土的空隙率得到了嚴(yán)格地控制，確保三層式結(jié)構(gòu)瀝青路面基本不出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。確保壓實(shí)度達(dá)到98%，空隙率基本都控制在7%以下，使得瀝青路面達(dá)到基本不滲水的效果，雨后也解決了出現(xiàn)水漬情況。

3）注意提高路面施工過程中的質(zhì)量檢測(cè)效果：①嚴(yán)格排查瀝青混合料的生產(chǎn)過程、運(yùn)輸過程及碾壓過程的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、科學(xué)化。②對(duì)石料和瀝青材料的源頭和現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面質(zhì)量檢測(cè)。③在施工過程中，盡可能控制路面壓實(shí)度、混合料的空隙率、瀝青的用量、級(jí)配、壓實(shí)厚度及滲水量等技施工技術(shù)指標(biāo)。

六、結(jié)語

瀝青混合料的空隙率是一個(gè)與路用性能密切相關(guān)的指標(biāo)，應(yīng)從瀝青混合料結(jié)構(gòu)類型設(shè)計(jì)、施工配合比設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量等各個(gè)方面加以控制，才能取得理想的效果。針對(duì)空隙率對(duì)路面性能的相關(guān)影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析，尋求有效預(yù)防措施，使當(dāng)下瀝青路面裝鋪工程技術(shù)建設(shè)施工合理化、科學(xué)化、現(xiàn)代化。

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作者簡介：

龔巍（1990-），男，漢族，湖南益陽人，工程碩士，重慶交通大學(xué)道路專業(yè)，研究方向：路基路面。