瀝青路面空隙率應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)探討

王雄瑛

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 511431）

前言

瀝青路面被雨水長時(shí)間侵滲過程中，雨水通過瀝青面層空隙或縫隙，或者由分隔帶或路肩滲入到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，若不能夠及時(shí)予以排除，就會(huì)浸濕各結(jié)構(gòu)層材料甚至路基上，使其強(qiáng)度下降，變形增加，承載力降低，使用壽命縮短。更為嚴(yán)重的是，進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層之間的空隙中的水份，在行車荷載的作用下，會(huì)成為高孔隙水壓力和高流速的水流，沖刷層面材料并產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象，促使瀝青面層出現(xiàn)剝落、松散等病害，從而使整個(gè)路面結(jié)構(gòu)的使用性能迅速變壞。因此，如何延長瀝青路面使用壽命及確保其耐久性，已成為高等級(jí)瀝青路面設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)工作的一個(gè)至關(guān)重要的課題，引起社會(huì)的廣泛關(guān)注和重視。為進(jìn)一步摸清瀝青結(jié)構(gòu)耐久性等性能問題，其中有一項(xiàng)較為重要的指標(biāo)，就是空隙率指標(biāo)?？障堵适菫r青混合料一個(gè)非常重要的體積指標(biāo)，適宜的空隙率至關(guān)重要。由于設(shè)計(jì)、施工等原因造成我國路面實(shí)際空隙率大都處于5%。15%不利范圍，加上我國路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，形成了上面層滲水，中、下面層存水，基層不透水的不利局面，造成路面早期破壞嚴(yán)重?？障堵什缓侠硎窃斐晌覈咚俟吩缙谄茐牡闹饕?。

本文以廣東省某高速公路瀝青砼路面工程（k9+700～k33+800段）為例，詳細(xì)闡述了瀝青路面如何確定一個(gè)適宜空隙率的應(yīng)用過程。該路段瀝青面層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為5cmGAC-16C+6cm-GAC-20C+8cmAC-25C。項(xiàng)目所在地降雨量大，交通量繁重、且重載交通突出。因此，要求該路段瀝青面層具有良好的抗水損壞能力和抗車轍能力，亦即要求混合料有良好的級(jí)配和適宜的空隙率。設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定：本項(xiàng)目瀝青混合料采用馬歇爾方法設(shè)計(jì)，上面層設(shè)空隙率為3-5%，中下面層設(shè)計(jì)空隙率為2.5-4.5%。結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，考慮本項(xiàng)目實(shí)際情況，認(rèn)為中下面層混合料采用馬歇爾設(shè)計(jì)空隙率2.5-4.5%存在一定風(fēng)險(xiǎn)，建議調(diào)整為3.5-5.5%，理由如下：

1、關(guān)于瀝青路面最佳空隙率

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究成果均表明，對于常規(guī)瀝青路面而言，當(dāng)施工空隙率大于8%時(shí)，路面極容易發(fā)生水損壞，如：松散、坑洞等；當(dāng)施工空隙率小于3%時(shí)，路面易出現(xiàn)泛油和車轍病害。而根據(jù)SHARP研究成果，建議骨架密實(shí)型瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率為4%。關(guān)于瀝青路面最佳空隙率問題，國內(nèi)外均有研究。德國夏天最高氣溫很少超過30℃，但路面還是出現(xiàn)泛油現(xiàn)象，對應(yīng)瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率為2%～4%。研究發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)空隙率對瀝青路面泛油現(xiàn)象有直接的影響，1998年德國增大了重交通道路的設(shè)計(jì)空隙率,修改為3%～4%，以防止泛油發(fā)生。

美國在SMA的推廣應(yīng)用時(shí)，開始采用了和德國一樣的設(shè)計(jì)空隙率標(biāo)準(zhǔn)，在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)空隙率小于3%時(shí),泛油和油斑成了SMA路面的主要病害。1998年6月美國AASHTO將SMA設(shè)計(jì)空隙率改為3%～4%,隨后為進(jìn)一步解決SMA路面的泛油問題，又將設(shè)計(jì)空隙率標(biāo)準(zhǔn)修改為北方寒冷地區(qū)不小于3.5%,南方溫暖地區(qū)不小于4%。這說明為了減少泛油病害，即使在寒冷地區(qū)，SMA的設(shè)計(jì)空隙率也必須在3.5%以上。其中美國喬治亞洲SMA的空隙率就在4%～6%范圍內(nèi)。值得注意的是，SMA屬骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，且添加纖維作為穩(wěn)定劑，瀝青用量相對較大，設(shè)計(jì)空隙率相對較小。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，瀝青路面的泛油往往伴隨著混合料高溫穩(wěn)定性不足，路面在高溫和重載交通作用下，普遍存在車轍現(xiàn)象。究其原因，源于瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率偏小，導(dǎo)致瀝青用量相對較多（飽和度偏高），在高溫時(shí)，瀝青軟化，體積膨脹，而混合料空隙無法容納瀝青的體積增加而出現(xiàn)泛油。泛油削弱了瀝青混合料骨架效應(yīng)，使其抗剪強(qiáng)度下降，進(jìn)而出現(xiàn)車轍。此外，上面層的泛油還會(huì)使得瀝青層表面變得光滑，喪失原有的構(gòu)造深度，大大降低了路面抗滑性能，使得路面安全性降低。

2、馬歇爾設(shè)計(jì)最佳空隙率

馬歇爾設(shè)計(jì)法是我國瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)方法，然而，隨著交通建設(shè)的不斷發(fā)展，交通量迅猛增長，重載、渠化交通日益突出，馬歇爾設(shè)計(jì)法的不足之處日益凸顯，如：

1）馬歇爾擊實(shí)方法不能模擬壓路機(jī)和行車的搓揉壓實(shí)作用，馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標(biāo)與實(shí)際路面的使用性能相關(guān)性較差；

2）相對于如今大噸位的路面壓實(shí)機(jī)械而言，馬歇爾擊實(shí)功偏小，設(shè)計(jì)出的混合料抗剪強(qiáng)度不足，無法適應(yīng)重載交通的需要；研究發(fā)現(xiàn)：馬歇爾擊實(shí)成型確定的最佳油石比大于由旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型（成型方式更接近實(shí)際）確定的最佳油石比，從而在配合比設(shè)計(jì)中容易造成瀝青用量過多，即瀝青的填充率過高，在高溫和重載交通作用下，路面易出現(xiàn)車轍和泛油。因此，參考Superpave提出的混合料設(shè)計(jì)空隙率4%，建議馬歇爾設(shè)計(jì)空隙率為3-6%。

3、如何選擇適宜的混合料設(shè)計(jì)空隙率

在確定混合料設(shè)計(jì)空隙率時(shí)，應(yīng)綜合考慮混合料類型、所處層位、成型方法、施工水平、項(xiàng)目所在地氣候及交通條件等因素。具體如下：

1）混合料類型

相對而言，粗級(jí)配混合料宜選擇較高的設(shè)計(jì)空隙率，細(xì)級(jí)配混合料宜選擇較低的設(shè)計(jì)空隙率。骨架密實(shí)型混合料相對懸浮密實(shí)型混合料而言宜選用較高的空隙率。

2）所處層位

相對而言，上面層混合料宜選用較低的空隙率，強(qiáng)調(diào)耐久性和抗水損壞性能；中下面層宜選用較高的空隙率，強(qiáng)調(diào)承載能力，即抗車轍性能。

3）成型方法

鑒于馬歇爾設(shè)計(jì)方法的不足及交通發(fā)展的現(xiàn)狀，建議馬歇爾設(shè)計(jì)法宜選用相對較高的設(shè)計(jì)空隙率，而Superpave混合料建議采用推薦的4%為設(shè)計(jì)空隙率。

4）施工水平

建議施工單位配備大噸位壓路機(jī)，尤其是輪胎壓路機(jī)。對于路面實(shí)際壓實(shí)功較大的項(xiàng)目，混合料設(shè)計(jì)宜采用相對較高的空隙率，反之采用相對低的空隙率。

5）交通及氣候條件

對于高溫重載交通而言，建議采用相對較高的空隙率；對于寒冷地區(qū)、多雨地區(qū)以及高原強(qiáng)紫外線地區(qū)，建議采用相對較低的空隙率。

結(jié)語

瀝青混合料設(shè)計(jì)空隙率是關(guān)系到混合料質(zhì)量，進(jìn)而關(guān)系到路面施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，在確定混合料設(shè)計(jì)空隙率時(shí)須平衡混合料水穩(wěn)定性及耐久性和泛油及抗車轍性能之間的關(guān)系，不可簡單的套用規(guī)范或以往的經(jīng)驗(yàn)，須考慮項(xiàng)目所面臨的實(shí)際情況，綜合各方面因素后才能確定。

綜上所述，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)研究成果，考慮到本項(xiàng)目實(shí)際情況，本人建議如下：上面層GAC-16C混合料設(shè)計(jì)空隙率宜采用3-5%，中面層GAC-20C混合料設(shè)計(jì)空隙率宜采用3.5-5.5%，下面層GAC-25C混合料設(shè)計(jì)空隙率宜采3.5-5.5%。

[1]JTGF40-2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[s].

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料的路用性能[M].北京:人民交通出版社，2001..