论文空隙率对沥青混凝土路面的影响
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空隙率对沥青混凝土路面的影响
摘要：主要研究了沥青混合料空隙率影响沥青混凝土路面透水性及泛油的主要因素，为了评价沥青混合料透水性及泛油与空隙率的关系以及沥青混凝土路面施工中空隙率的控制方法，本文主要对沥青混凝土路面透水性及泛油等等对空隙率的关系做了详细的分析与如何控制空隙率大小。
关键词：空隙率泛油透水性沥青车辙
沥青混合料的空隙率是影响其路用性能的一个重要指标，目前国内一些高速公路的沥青面层由于空隙率较大导致了路面的早期破坏，大量的研究表明，沥青混凝土的空隙率大，会影响沥青混凝土的耐久性、抗老化性和抗水害能力。
现在许多高速公路的建设中都已提高路面的压实度，严格控制面层空隙率作为路面施工的主要技术指标之一。
一、空隙率对透水性的影响
1.1室内渗水试验分析
室内试验即按98%的压实度成型车辙板，用渗水仪实测每个板的渗水系数，然后在每个板上钻芯取样测定其空隙率，平行三次，取其平均值作为试验结果,并测量其成型温度。
试验结果按空隙率相差1%的间隔进行统计处理，并计算其相应的平均空隙率和渗水系数，结果见表1
小，在105℃以上时，其减小趋势逐渐平缓，在75℃的成型温度下，试件的空隙率均大于8%，不符合使用性能的要求，而成型温度在105℃以上时均达到设计空隙率。
1.2、现场渗水试验现场
现场渗水试验选在山西省临吉高速公路路面三标进行分别在k219+000-k219+860、k222+450-990段。
结果表明当渗水系数为26. 9ml/min时，现场基本不渗水现场空隙率为4.5%左右；当渗水系数为55. 0mi/min使，现场表现为基本不渗水，现场空隙率为5.4%左右；当渗水系数为100. 9ml/min时，现场表现为微透水，现场空隙率为6.2%左右；当渗水系数达到666. 7ml/min时，
现场表现为明显透水，现场空隙率为8.7%左右。
从此可看出这些空隙率与渗水系数的数据值可以用来判定沥青混凝土路面的渗水情况。
1.3产生病害成因
沥青混凝土的空障率(即空气率)过大，降水容易透入结构层中，水渗入表面层后滞留在表面层的下部和下层的交界面上，在长期行车荷载作用下，沥青膜开始从面层的底部剥落并逐渐向上扩展，随着下部大量碎石上沥青的剥落，沥青混凝土也就失去了强度从而产生网裂和形变。
在行车荷载作用下，特别在降雨过程中和雨后行车道上的局部网裂会逐渐松散，松散的石料被车轮甩出形成坑洞。
由于沥青混凝土的不均匀性，坑洞总是先在沥青混凝土空隙率较大处产生，随着时间推移，将会造成路面大面积破损。
当水透入沥青面层并滞留在半刚性基层顶面时，在大量高速行车作用下，自由水产生很大的压力并冲刷基层混合料表层的细料形成灰浆，灰浆又被行车压唧，通过各种形状不一的裂缝（纵、横、斜裂缝及网裂）到路表面形成唧浆。
在灰浆数量大的情况下，可能很快形成更为严重的裂缝，在数量小的情况下，可使路面形成网裂或形变。
某处一旦有灰浆唧出，该处很快就会产生网裂和形变，随后的降水就更容易透入，并形成恶性循环，最终导致路面严重破坏。
研究表明当沥青砼实际空隙率小于7%时，沥青砼中孔隙基本不连通，沥青砼基本不渗水。
因此，要减少水损害，沥青砼实际空隙率应控制在7%以下。
然而，由于马歇尔设计空隙率一般控制在4%左右，而规范允许最小压实度为96%，所以事实上按规范要求控制的沥青路面空隙率仍有相当一部分将大于7%，沥青路面处于渗水状态，尤其是当路面压实摊铺厚度与石料最大粒径不匹配时，或铺筑桥面沥青砼时，或沥青混合料摊铺产生离析时，实际空隙率将远远大于7%。
另外，试验表明，层间结合处，特别是桥面沥青砼与桥面水泥砼铺装层结合处的空隙率要比摊铺中间的空隙率大得多，如此大的空隙率形成了层间含水层，但又没有真正形成一个是以透水的结构层。
道路路面施工和营运过程中渗入空隙中的水往往含有泥砂杂物，泥砂杂物不断沉积在空隙中，导致空隙堵塞，层间不仅不能成为排水层，反而成为吸水层。
有些人认为，渗入路面空隙中的水，可以通过设置纵向盲沟，通过横向渗透排出路基之外，但事实上，这是一个误区，首先是路面渗入水的空隙被泥土堵塞的情况下，垂直渗透的速度将比横向渗透速度大得多，渗水路面的水一般处于“吸附”状态，而不是流动状态，尤其是空隙被泥土堵塞时，路面水更是易进难出，在降雨量较大的地区，沥青路面长期处于“饱水”状态。
实践证明，施工现场被铲除废弃的压实度不足、空隙率超过7%的路段的泥土，即使在阳光下暴晒多日铲除后，其下卧层仍是潮湿的。
全幅铲除的断面，难以有层间排水的可能。
水对沥青砼的侵害作用可以从沥青砼的残留稳定度试验得到验证。
二、空隙率对沥青性能的影响
沥青混凝土的孔隙率大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。
三、空隙率与泛油的影响
沥青面层中的自由沥青受热膨胀，直至沥青混凝土空隙无法容纳，溢出路表的现象；新型定义为：路表水侵入面层内部并长期滞留在沥青层底部，在行车荷载的反复作用和动压水冲刷下，集料表面的沥青膜剥落成为自由沥青，并在水的作用下被迫向上部迁移，从而导致面层上部泛油而底部松散的沥青迁移现象。
泛油是沥青从沥青混凝土层的内部和下部向上移动，使表面有过多沥青的现
象，引起泛油现象原因是沥青混合料的设计空隙率过小，油石比偏大，在高温季节，沥青受热膨胀，在填满混合料中的空隙后溢出路表面形成泛油。
因此，泛油现象上网内因是空隙率过小，而诱发的直接外因是高温。
空隙率过小型泛油原因有二。
一是规范标准的不合理导致设计空隙率过小。
如我国刚开始推行SMA路面时，照搬国外规范，没有考虑环境条件的差别，将设计空隙率的标准规定为2%-4%，而我国无论北方还是南方，夏季都十分炎热，因此，路面出现泛油成为必然。
二是沥青混合料配比设计不当，经验不足，对规范理解不深，没有考虑具体工程的实际情况而造成。
四、空隙率对车辙的影响
沥青混凝土的空隙率过小，面层容易产生辙槽和推挤现象，显著的迹象表明，密级配混合料的初始现象空隙率应不大于8%，并且在路面使用期间应不大于3%。
Brown（布朗）和Cross（克罗斯）的研究表明，室内压实试件的空隙率小于或等于3%时，容易产生明显的车槽。
五、空隙率对沥青混凝土强度的影响
不同条件下沥青混凝土的强度均随空隙率增加而降低，在施工现场保证沥青混凝土的实际空隙率不大于6%，对保证混凝土的强度和抗永久形变能力有十分重要的现实意义。
五、预防措施；
1、对于三层式沥青混凝土路面结构，通常要求有一层是不透水的，通常对于
下面层要求具有足够的耐久性，中面层要求具有突出的高温抗车辙能力，上面层要求具有较好的表面功能。
2、合理提高压实度，从而适当减少空隙率，将压实度控制标准从96%提高到
98%。
为减少空隙率，规定马歇尔设计空隙率测定时，采用实测密度与理论密度双控，保证理论密度不低于93%，这样使沥青混凝土的空隙率得到严格控制，保证3层沥青路面基本不渗水。
为保证压实度达98%，空隙率除个别点外都能控制在7%以内，保证了沥青路面基本不渗水，雨后已基本消除了水渍。
3、加强施工过程中的质量检测①严格检查沥青混合料的生产、运输、碾压过
程的规范化。
②对沥青和石料质量进行源头和现场检测。
③在施工过程中严格控制压实度、空隙率、沥青用量、级配、压实厚度、渗水量等技术指标。
结束语
沥青混合料的空隙率是一个与路用性能密切相关的指标，应从沥青混合料结构类型设计、施工配合比设计、施工质量等各个方面加以控制，才能取得理想的效果。
实践证明，要全面提高沥青路面的使用性能、除在现场沥青路面设计、施工技术规范的基础上保证设计和施工质量外，还需另辟新的途径．目前正在逐渐推广应用的改性沥青和SMA路面技术是全面提高沥青路面使用性，所以国家主管部门要把好技术规范或标准关；二是国家应尽快实行行业准入制度，无资格认定的不准从事相关技术工作。
参考文献：
（1）孙立军。
，沥青路面结构行为理论北京：人民交通出版社
（2）吕伟民.SMA路面的泛油及其空隙率[J].石油沥青，2001，(2)：22-24.
（3）路面施工技术规范(JTGF40—2004)[S].
（4）沥青路面施工技术规范(JTJ032—94)[s]。
