瀝青混合料水損害性的評價方法

王高峰 馬平均

（許昌市騰飛市政工程集團(tuán)有限公司，河南 許昌 461000）

瀝青混凝士路面的水損害，一方面是瀝青混凝土路面在水或凍融循環(huán)的條件下，由于汽車車輪動態(tài)荷載的作用，進(jìn)入路面空隙中的水不斷產(chǎn)生動水壓力或真空負(fù)壓抽吸的反復(fù)循環(huán)作用，水分逐漸滲入瀝青與集料的界面上，使瀝青粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)力，瀝青膜從集料表面脫落(剝離)瀝青混合料出現(xiàn)掉粒、松散，繼而形成瀝青混凝土路面的坑槽、松散等損壞現(xiàn)象；另一方面是瀝青混合料自身抗水損壞能力的好壞，它主要取決于礦料的性質(zhì)，瀝青與礦料之間相互作用的性質(zhì)，瀝青混合料的空隙率及瀝青膜的厚度等。本文擬就常用的浸水馬歇爾試驗、凍融劈裂試驗與目前世界上最嚴(yán)格、最有效的AASHTOT283 試驗的結(jié)果進(jìn)行比較分析，以條件與非條件的穩(wěn)定度或劈裂抗拉強(qiáng)度的比值作為評價指標(biāo)，分析以上3種試驗方法的優(yōu)缺點及影響它們有效性的關(guān)鍵因素。

1 瀝青混合料浸水馬歇爾試驗

根據(jù)現(xiàn)行試驗規(guī)程制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，上面層和中面層各兩組，放置24h 后，用表干法測定試件的空隙率，測定標(biāo)準(zhǔn)試件和浸水試件的穩(wěn)定度和流值，并計算強(qiáng)度比。根據(jù)實驗結(jié)果說明，采用浸水馬歇爾試驗測定的殘留穩(wěn)定度偏高。不能較好反映實際瀝青混凝土路早期水損害情況，用其殘留穩(wěn)定度作為指標(biāo)來評價瀝青混合料的水穩(wěn)定性與實際工程狀況相差較大且評價指標(biāo)的區(qū)分度不夠。主要有以下幾方面原因。

1.1 從瀝青混合料的強(qiáng)度理論來分析。馬歇爾穩(wěn)定度試驗中，試件只受到徑向的壓力作用，而試件承受這部分壓力主要是礦料的嵌擠力和內(nèi)摩阻力，沒有充分反映瀝青混合料中粘結(jié)力的作用，而粘結(jié)力強(qiáng)弱恰恰是影響水損的主要原因之一；所以用殘留穩(wěn)定度作為評價指標(biāo)，與工程實際不符，其有效性不夠。

1.2 從模擬路面野外現(xiàn)場條件來看。一方面，室內(nèi)成型的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件的空隙率比實際路面早期空隙率要小的多，特別是閉口孔隙的存在，水分不能充分浸入到試件的孔隙中，也就不能造成對瀝青膜的侵害作用，而且沒有模擬凍融對瀝青膜的反復(fù)侵害作用；另一方面，試件只是浸在靜水中，不能反映在車輪荷載條件下，動水壓力和真空負(fù)壓抽吸對瀝青膜產(chǎn)生的機(jī)械沖刷及反復(fù)吸壓作用，而水壓的作用又是造成瀝青混合料水損的一個重要原因。

1.3 從試件成型的方法來分析，根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件成型方法，無法控制空隙率。在擊實的過程中還容易將某些礦料顆粒擊碎，改變了混合料的級配及瀝青溢出造成試件表面空隙率減小。所以，擊實成型方法直接影響到體積指標(biāo)的有效性。

2 瀝青混合料凍融劈裂試驗

根據(jù)現(xiàn)行試驗試驗規(guī)程中制作標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件，上面層和中面層各2 組，放置24h后，用表干法測定試件的空隙率，試件在凍融、劈裂的條件下，試件的劈裂抗拉強(qiáng)度比比浸水馬歇爾試驗的殘留穩(wěn)定度降低了。從試驗的過程來看，該試驗有其明顯的優(yōu)點。

2.1 在劈裂的條件下試件內(nèi)部呈受拉狀態(tài)，試件的破壞主要是由于內(nèi)部的粘結(jié)力不足以抵抗外荷載的作用而逐漸造成的，而粘結(jié)力又是影響水穩(wěn)定性的主要因素之一。因此，該試驗方法為研究瀝青混合料的水損創(chuàng)造了有利的機(jī)理條件。

2.2 在真空飽水的條件下，水分能夠比較容易進(jìn)入到試件的空隙中。一方面，能使水分較易浸入到瀝青和集料的界面，最終導(dǎo)致瀝青的粘附性降低并逐漸喪失粘結(jié)力；另一方面，水分對瀝青起到乳化作用，造成瀝青混合料的強(qiáng)度降低。

2.3 凍融劈裂試驗還有其明顯的不足之處，使得瀝青混合料的強(qiáng)度比還是偏高，主要有以下幾個方面的原因。

A、瀝青混合料凍融劈裂試驗可以看出，根據(jù)現(xiàn)行試件成型方法(雙面各擊實50 次)成型的試件，空隙率還是小。有資料表明，對低空隙率的試件凍融有可能低估混合料的抗水損害性能，即使在真空飽水的條件下，飽水率還是較小，不能充分體現(xiàn)水分對瀝青混合料的侵害作用。

B、從模擬現(xiàn)場條件來看，既沒有解決由于交通荷載作用下動水壓力和真空負(fù)壓抽吸對水損的影響，又沒能模擬現(xiàn)場路面成型時揉搓壓實情況，而且擊實法成型試件，不能模擬實際路面的空隙結(jié)構(gòu)(不是僅指空隙率)。

3 SHTOT283 瀝青混合料抗水損試驗

根據(jù)AASHTOT283 試驗規(guī)程制作標(biāo)準(zhǔn)試件2 組進(jìn)行劈裂試驗測定劈裂抗拉強(qiáng)度，計算破壞強(qiáng)度比TSR.試驗結(jié)果表明，試件的劈裂抗拉強(qiáng)度和其強(qiáng)度比都明顯低于前2種試驗方法，有的剛達(dá)到設(shè)計要求，這也說明了為什么用傳統(tǒng)的試驗方法測定的強(qiáng)度比較容易達(dá)到設(shè)計要求，而實際工程中卻出現(xiàn)瀝青混凝土路面早損的尷尬局面。這與該試驗的有效性是分不開的，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 該試驗將拌和均勻的瀝青混臺料放在60℃，通風(fēng)的烘箱中養(yǎng)生16h，使瀝青中的輕質(zhì)油分揮發(fā)一部分，瀝青膜變脆變硬，針入度變小，粘附性降低，較好地模擬了施工過程中的短期老化，這些都直接影響了瀝青混合料的水穩(wěn)定性。

3.2 采用旋轉(zhuǎn)壓實儀成型試件，旋轉(zhuǎn)壓實儀和揉搓成型能較好地模擬路面壓路機(jī)碾壓的成型機(jī)理，尤其是比較接近路面的實際空隙結(jié)構(gòu)，防止試件表面空隙率減小。這一方面模擬了實際路面成型時的壓實方式，使試件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和空隙盡量接近實際路面的狀況；另一方面又能很好模擬瀝青混凝士路面早期真實的空隙率，使試驗較準(zhǔn)確地反映路面早期的水損情況。

3.3 試件飽水的條件下凍融次數(shù)增多，也加強(qiáng)了水分對瀝青的乳化作用。將水損害的影響集中、強(qiáng)烈化了，在較短的時間內(nèi)能夠模擬路面遭受較長時間的影響。

但是，從實驗的過程來看，AASHTOT283瀝青混合料抗水損試驗也沒能模擬交通荷載作用下水壓力和真空負(fù)壓抽吸對瀝青混合料水穩(wěn)性的影響，這是需要進(jìn)一步完善的地方。

4 結(jié)語

浸水馬歇爾試驗雖然操作簡單，但由于試驗時試件呈徑向受壓狀態(tài)，主要由試件內(nèi)部的嵌擠力和內(nèi)摩阻力承受外荷載，沒有反映和瀝青混合料水損害有關(guān)的粘結(jié)力的作用；試件的成型方法、空隙率及水壓作用不能很好的模擬野外現(xiàn)場水損條件；評價指標(biāo)的區(qū)分度和有效性不足，不宜作為水損害的有效評價方法。凍融劈裂試驗在劈裂條件下，試件內(nèi)部呈受拉狀態(tài)，反映了和瀝青混合料水損害有關(guān)的粘結(jié)力的作用；在真空飽水和凍融條件下，使瀝青膜受到一定的乳化和溫度脹縮作用，模擬了水對瀝青膜的侵害作用及野外現(xiàn)場溫度變化對瀝青混合料強(qiáng)度的影響。但由于試件的空隙率還是偏小，飽水不夠，室內(nèi)試驗與野外現(xiàn)場使用結(jié)果缺乏良好的相關(guān)性。AASHTOT283 瀝青混合料抗水損試驗?zāi)鼙容^真實的模擬瀝青混凝土路面施工過程中的短期老化、路面的碾壓、揉搓成型以及瀝青混凝土路面早期的空隙率；在多次凍融的條件下，比較好的反映了溫度脹縮作用和瀝青乳化對瀝青混合料水損的影響，實驗結(jié)果同路面使用質(zhì)量有較好的相關(guān)性，是目前最嚴(yán)格、最有效地評價方法。通過上述比較、分析可以看出，我國目前使用的瀝青混合料水穩(wěn)定評價方法與工程實際的相關(guān)性還需要進(jìn)一步完善，各使用單位宜結(jié)合實際工程條件酌情進(jìn)行選用。

[1]沈金安.瀝青及瀝青混合料路用性能[M].北京；人民交通出版社

[2]趙小利、吳震、黃曉明瀝青混合料水穩(wěn)定性的實驗研究[J].東南大學(xué)學(xué)報，2001.(3)