浅谈空隙率对沥青混凝土道路的重要影响

浅谈空隙率对沥青混凝土道路的重要影响

姚峥史小英

中国水利水电第十三工程局有限公司天津300384

摘要：沥青混凝土路面具有承重能力强、变形能力强、耐磨、可回收、舒适度高等突出优点，其发展迅速，东部非洲国家也开始大范围推广，但是，热带草原气候使得沥青混凝土路面的耐水性差的这个缺点呈现明显，由于沥青混合料之间空隙的存在，雨水透过沥青表面进入沥青混凝土内部，渗透水长期作用于沥青混凝土内部，引起集料沥青膜剥离，最终导致沥青混凝土面层松散而破坏。本文通过阐述水侵害机理和运用工程实例验证密度、稳定度和空隙率的关系，浅谈空隙率对沥青混凝土道路的重要影响。

关键词：沥青混合料空隙率水侵害马歇尔稳定度

近年来，沥青混凝土路面发展迅速，东部非洲国家也开始大范围推广，但是，热带草原气候中的雨季，降雨周期长，雨量大的特点使沥青混凝土路面的耐水性差的这个缺点呈现明显，雨水聚集在沥青混凝土表面，虽然部分水得以排放和蒸发，但是仍有部分水通过沥青混合料之间的空隙进入沥青混合料内部，渗透水长期作用于沥青混凝土内部，引起集料沥青膜剥离，最终导致沥青混凝土面层松散而破坏。

现在，我们以东非坦桑尼亚塔波拉机场修复升级工程项目为研究实例，验证空隙率与密度和稳定度的线性关系，阐述空隙率对透水性影响，最后从水侵害对沥青混凝土道路的影响方面进行粗浅的研究和学习。

1、空隙率与密度和稳定度的关系

工程实例：东非坦桑尼亚塔波拉机场修复升级工程项目,工程位于坦桑尼亚塔波拉市。

执行标准为英国BS标准。

路面结构自上而下设计为：厚度45mm细粒式沥青混凝土磨耗层，55mm中粒式沥青混凝土基层，70mm粗粒式沥青碎石基层；150mm水泥稳定土底基层（水泥含量5%）

沥青混凝土工程质量检验采用钻取样芯的方法进行。坦桑尼亚塔波拉机场修复升级工程项目，跑到长度1.9km，取样频率25m，三层沥青混凝土结构共取样228个，本示例仅选取整理其中100个试件的试验结果做为研究对象。

首先使用?100mm汽油取芯机进行钻取沥青混凝土芯样，再使用净水天平通过水中称重法检测芯样的视密度，以设计配合比状态下的理论密度为基数计算芯样的空隙率以及矿料间隙率指标，并对芯样进行马歇尔试验。试验结果见表1所示，密度、空隙率与稳定度的关系见图表2、图表3所示。

从图表2、图表3中可以发现密度值越大，马歇尔稳定度越高，两者呈直线正相关，而空隙率越大，马歇尔稳定度越小，两者呈直线负相关。由此可以说明，沥青混凝土实际密实度越大（空隙率越小），马歇尔强度越大，稳定度越高。

2、空隙率对透水性的理论研究

研究表明当空隙率<5%时，渗水量小于70ml/min，现场表现为不渗水；当空隙率为6%时，渗水系数约127.5ml/min，现场表现为微渗水。当沥青砼实际空隙率<7%时，沥青混凝土中孔隙基本不连通，所以在短时间内少量的渗透水仅仅存在于上层孔隙内，并不能穿透整个沥青混凝土层。

为了减少水损害对沥青砼和下承层以及路基产生较大的影响，沥青砼实际空隙率应控制在7%以下，阻止水渗入。鉴于BS标准规定马歇尔设计空隙率为3-5%，从理论上当空隙率在此值之间时，沥青混凝土表现为不透水，但是由于现场压实度并无法达到100%，从而导致实际空隙率将有相当一部分大于7%，致使这些路段沥青路面处于渗水状态，最终受到水侵害影响。

3、水侵害的产生及侵害结果

水在沥青路面表面聚集以后，大部分水被排走和蒸发，少量水通过沥青混合料之间的孔隙进入内部，渗透水在重力和频繁外荷载作用下水被挤压突破沥青膜逐渐穿透沥青混凝土到达沥青透层并渗入底基层和路基。现对这两种情况进行分析。

1)沥青混凝土内部的水侵害

由于沥青混合料存在空隙，受重力影响，水透过表层进入到沥青混凝土内部，渗入水首先滞留在沥青面层的上部的空隙中，在外荷载的作用下，沥青混合料产生弹性压缩变形，空隙瞬间变小，水被挤压，部分水在这种压力流作用下穿透沥青膜与碎石集料接触，由于集料对水的吸附性要远高于对沥青的吸附性，集料表面沥青膜开始剥落，在长期的频繁的行车荷载作用下，集料表面沥青膜开始急速剥落，更多的水受重力影响渗入到沥青面层的中下部，随之出现大量的集料开始剥落，粘结性的逐渐丧失，最终沥青混凝土呈现松散状态，松散位置最终形成坑洞。（如图1-网络配图）。

2)下承层的水侵害

在上述1）作用完成后，水透过沥青面层进入下承层，下承层表面的细小颗粒变得松软。受强降雨影响，产生大量泥水混合物，在外力作用下，泥水混合物被挤压进沥青面层缝隙中，即产生“唧泥”现象。沥青混凝土孔隙中的泥浆，阻碍了沥青混凝土的二次结合。当此处再次受到行车荷载作用时就会产生较大的变形，沥青混凝土内部的弯拉应力随之增大，当弯拉应力大于其抗力时，沥青混凝土也就失去了强度从而产生网裂和形变。

另外，过剩水也能透过碎石基层到达下层结构层和路基，水的浸泡使下承层和路基材料产生塑性形变，承载力减弱，在外荷载的作用下，沥青混凝土面层表现出弹性形变，由于下承层提供的弹性模量不足，产生回弹变量小，最终导致沥青混凝土面层的坍陷变形。

4、空隙率对沥青性能的影响

沥青混合料间的孔隙使空气容易进入结构层，使沥青容易氧化变脆，从而导致沥青混凝土容易产生裂缝和松散，直接影响路面的使用寿命。

5、改善措施

通过以上分析可以得出水是沥青混凝土面层和道路损坏的源头，而沥青混凝土内部的空隙又是水侵害的一个传播途径，所以若要降低水侵害影响，就要先减小空隙率。根据空隙率的定义，我们可以反推出两种减小空隙的方法，一是配置合适的集料级配，二是增大密实度。在集料级配达到一定水准的情况下，除了提高沥青混凝土路面的密实度，还可以提高沥青混凝土的马歇尔稳定度，增强抗变形能力。

6、结论

沥青混凝土空隙率与马歇尔稳定度呈直线负相关，空隙率越大，马歇尔稳定度越低，同时，透水性越大，带来的水侵害越严重，因此，在实际生产过程中，需要采取有效措施来取得较大的沥青混凝土实际密实度，使空隙率越小，提高沥青混凝土的整体强度和使用寿命。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.JTGE20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程.北京：人民交通出版社.2011

[2]中华人民共和国行业标准.JTJ059-95公路路基路面现场测试规程.北京：人民交通出版社.1995

[3]中华人民共和国行业标准.JTJ032-94公路沥青路面施工技术规范.北京：人民交通出版社.1995

[4]中华人民共和国行业标准.JTGF40-2004公路沥青路面施工技术规范.北京：人民交通出版社.2004

[5]孙立军沥青路面结构行为理论北京：人民交通出版社