空隙率对沥青混凝土路面透水性影响及施工中的控制

1、公路2010年6月第6期HIGHWAYJun2010No6文章编号:0451-0712(2010)06-0192-05中图分类号:U416217文献标识码:B空隙率对沥青混凝土路面透水性影响及施工中的控制李明国,申爱琴,臧芝树,牛晓霞1,222(1广东华路交通科技有限公司广州市510420;2长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室西安市710064)摘要:沥青混合料空隙率是影响沥青混凝土路面透水性的主要因素,为了评价沥青混合料透水性与空隙率的关系以及沥青混凝土路面施工中空隙率控制方法,本文对沥青混合料透水性进行了室内与现场试验分析,并通过正交试验分析级配波动对沥青混合料透水性的影响。分析结果

2、表明:沥青混合料空隙率与透水性成指数关系,空隙率越大,透水性越强;沥青用量和通过0075mm筛孔的质量百分率的波动对沥青混凝土路面的渗水性影响最大。关键词:沥青混合料;透水性;空隙率;级配;施工水损害常常是沥青混凝土路面的主要病害之一,主要发生在抗滑磨耗层。密水性是避免水损害的必要条件。根据国内外的研究结果,沥青混凝土路面在空隙率为8%时显示出很高的透水性;当实际空隙率大于15%时,水在路面空隙中迅速排出,但在8%15%范围内则在路面空隙中缓慢渗流或滞留在里面,后一种情况最易造成水损害。由于沥青混合料级配的差异,其透水性与空隙率之间的关系也不尽相同,为了准确评价AK16型抗滑表层透水性与空隙率

3、之间的关系,采取室内试验与现场相结合的方法。1室内渗水试验11室内渗水试验分析室内试验即按98%的压实度成型车辙板(每个筛孔为一种材料),用渗水仪实测每个板的渗水系数31表1室内渗水试验按空隙率统计分析空隙率/%F005(2,10)则J因素水平变动对试验结果有显著影响。K,J,C,E,B,H,F,D,I,A,GE2F2G2H3I2J3K3从表3可以看出,沥青用量和通过0075mm筛孔的质量百分率的波动对沥青混凝土路面的渗水性影响最大,其次还有通过95mm、236mm、132mm和03mm筛孔的百分率的波动。为了增加沥青混凝土路面的密水性在级配设计方面应使得通过0075mm、03mm筛孔的质量百

4、分率大一些,通过95mm、236mm、132mm筛孔的质量百分率不要太大,即沥青混合料中既有足够的粗集料形成骨架,又有足够的细集料和填料以及沥青填充矿料间隙形成一个骨架密实型结构。3现场渗水试验31现场渗水试验分析M标进行,分别为RK99+940RK100+160、RK102+040RK102+300和LK100+370LK99+950。现场渗水试验分三个步骤:第一步,在沥青混凝土路面硬路肩及主车道上进行肉眼观察,初步分辨出其透水情况,然后往其表面上倒少量的水,仔细观测其渗水情况,按经验分辨出透水、少量透水(微透)、基本不透和不透水的位置,并用粉笔标出其范围,做好文字记录;第二步,在所选择的位

5、置用渗水仪测定渗水系数;第三步,在测渗水系数的位置中央处,用钻芯机取样,室内测定路面的试件密度,并计算其空隙率。为了试验的代表性,试验样本数量尽可能多,且空隙率范围广。该高速公路沥青混凝土路面实测上面层空隙率52010年第6期李明国等:空隙率对沥青混凝土路面透水性影响及施工中的控制38%,下面层为40%,可以认为中、下面层基本上是不透水的。现仅考虑上面层的空隙率与渗水系数之间的关系。由于试验路段现场平均空隙率较小,实际渗水情况并不严重,明显渗水位置并不好找,所表4现场渗水试验统计分析结果按经验判定的渗水情况统计渗水情况不透基本不透微透透水样本数量个151662平均空隙率%47575785平均渗

6、水系数ml/min26955010096667空隙率%33445566789Y=06219e08309x,R2=09607,R=098按上面层现场空隙率统计样本数量个05721423645556585平均空隙率%195以渗水的位置样本量较小。将现场渗水试验结果及空隙率按经验判定的渗水情况和上面层现场空隙率(间隔1%)进行统计分析,结果见表4。平均渗水系数ml/min18324352410366667Y=09221e0757x,R2=098,R=099将表4中按不同方式统计的平均空隙率与平均渗水系数结果及表1中室内渗水试验统计的平均空隙率与平均渗水系数绘制成图2。图2空隙率与渗水系数关系从表4中

7、可以看出,按经验判定的渗水情况,渗水系数为269ml/min时,路面是不透水的;渗水系数为550ml/min时,路面基本上是不透水的;当渗水系数为1009ml/min时,路面稍微有一点点渗水,但基本上也还是不透水的;当渗水系数达到6667ml/min时,路面明显是透水的。根据现场及室内渗水试验,空隙率与渗水系数之间存在着指数变化关系:Y=C1eC2X(1)式中:Y为渗水系数ml/min;X为空隙率,%;C1、C2为与试验条件有关的常数。对于现场渗水试验,当渗水系数为269ml/min时,现场表现为不渗水,现场空隙率为45%左右;当渗水系数为550ml/min时,现场表现为基本不渗水,现场空隙率

8、为54%左右;当渗水系数为1009ml/min时,现场表现为微透水,现场空隙率为62%左右;当渗水系数达到6667ml/min时,现场表现为明显渗水,现场空隙率为87%左右。从图2中还可以看出3条曲线在空隙率约为70%时,其渗水系数均在200ml/min,空隙率继续增大,渗水性明显增强。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。32路面空隙率施工控制对于三层式沥青混凝土路面结构,通常要求至少有一层是不透水的。通常对于下面层要求具有足196公路2010年第6期够的耐久性,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。因此,从渗水与空隙率的角度出发,要求

9、中、下面层是不透水的,上面层应当基本是不透水的,即空隙率(路面经过一段时间的运营,二次压实后的空隙率,这时的空隙率应接近于目标配合比设计阶段的设计空隙率)中、下面层应不超过45%,上面层应不超过54%。但设计空隙率如果按45%或54%控制,则刚施工完后的现场空隙率必定太大,导致路面透水。因此,建议中、下面层刚施工完后的现场空隙率不超过60%。上面层刚施工完后的现场空隙率不超过70%,有条件时,在其他性能允许的情况下,刚施工完后的现场空隙率可不超过60%。因为,若以压实度代表值97%控制压实(根据我们对广东已建部分高速公路沥青混凝土路面施工压实情况的调查,压实度平均值比代表值要大03%以上,且代

10、表值一般比压实度标准要大07%以上),要保证刚施工完后的现场空隙率不超过6%,则目标配合比设计阶段的空隙率应在34%41%(刚施工完后的现场空隙率为6%,压实度973%,则目标配合比设计阶段的空隙率为34%;刚施工完后的现场空隙率为6%,压实度980%,则目标配合比设计阶段的空隙率为41%。);要保证刚施工完后的现场空隙率不超过7%,则目标配合比设计阶段的空隙率应在44%51%(刚施工完后的现场空隙率为7%,压实度973%,则目标配合比设计阶段的空隙率为44%;刚施工完后的现场空隙率为7%,压实度980%,则目标配合比设计阶段的空隙率为51%。)。因此,在进行目标配合比设计时,建议中、下面层设

11、计空隙率为35%40%,在满足97%压实度的条件下,可做到现场的空隙率小于6%,现场沥青混凝土路面基本上是不透水的。若进一步进行压实(包括提高压实度和二次压密),可做到现场沥青混凝土路面是不透水的;建议上面层设计空隙率为40%50%,在满足97%压实度的条件下,可做到现场的空隙率小于7%,若进一步进行压实(包括提高压实度如98%和二次压密),可做到现场沥青混凝土路面基本上是不透水的。4结论通过以上的分析,空隙率与渗水系数之间存在着指数关系,空隙率对沥青混凝土路面的渗水性起着决定性的作用,从而进一步影响沥青混凝土路面的水稳定性。施工过程中通过一些筛孔的质量百分率和沥青用量的波动也影响着沥青混凝土路面的渗水性和空隙率。另外,沥青路面中的空隙率大小还与沥青的老化、车辙的形成和疲劳寿命直接相关,换句话说,它与路面的耐久性、适用性和经济性密切相关,因此必须对空隙率进行严格控制,必须高度重视沥青混合料配合比设计空隙率的选择。我们要求中、下面层设计空隙率为35%40%,上面层设计空隙率为45%50%。同时施工过程中严格控制集料的级配(尤其是通过0075mm筛孔的质量百分率)和沥青用量变化,控制