高速公路沥青路面渗水性能（完整版）

1、高速公路沥青路面渗水性能摘要通过对三条在建高速公路沥青路面渗水系数的测试 , 分析得出沥青路面渗水性能与 沥青混合料的类型、路面现场空隙率、构造层厚度及路面外表构造深度有关。测试结果 统计分析说明一样空隙率下 ,粗级配的混合料更易渗水 ;一样级配下 , 路面现场空隙率越 大,外表构造深度越大 ,路面越易渗水 ; 路面渗水系数随路面厚度的增加而减少 ;建议沥 青路面渗水系数应作为高速公路施工中一项质量控制指标 , 并初步提出控制标准的建议 值。关键词:道路工程;沥青路面;渗水;混合料类型 ;现场空隙率 ;构造深度;厚度PERMEABILITYOFASPHALTPAVEMENTATEXPRESSW

2、AYABSTRACTPermeability test was done at three expressways in 2001.Based on the test data, it isconcluded that permeability of asphalt pavement is affected by mixture type, in place airvoid,thickness of layer and surface structure; coarse mixture is more permeable to water than denseone with the same

3、 in place air void. Increasing in place air void and surface structurec- an causelarger permeability; thicker pavement is less permeable to water; permeability shoul-d be workedas a quality control index, and a suggested control value is given based on the st-atistical analysis.Key words: road engin

4、eering; asphalt pavement; permeability; mixture type; in place air void;surface structure; thickness随着社会经济的开展，中国高速公路的建立进入了一个顶峰期。 在建立过程中，道路 工作者们积极总结成功经历，应用先进研究成果，使中国高速公路建立质量不断提高。然 而,在此过程中中国高速公路也出现了这样或那样的病害，其中最典型的是沥青路面的早期损坏。沥青路面的早期损坏根本上都与水有关，主要表现为在通车后的第一个雨季， 沥青路面出现不同程度的车辙、外表松散、坑洞等损坏。这种现象在南方多雨地区尤其 明显，并

5、造成一定经济损失和社会影响。因而，进展沥青路面的渗水试验，研究影响沥青 路面渗水性能的各项因素，制定适宜的控制标准，改善施工控制手段，为解决水损坏问题 保证沥青路面质量，延长沥青路面的使用寿命具有重要的意义。为此，本研究对2001年 在建的三条高速公路沥青路面进展了渗水试验，并在试验点或附近现场取芯，旨在对沥 青路面渗水性能的影响因素、控制标准等方面作初步的探讨。一.沥青路面渗水性能测试虽然道路工作者已逐渐认识到了沥青路面水损坏的危害性，但具体到对沥青路面渗 水性能进展检测与评价，并制定相应的沥青路面渗水控制指标的工作并没有得到足够重 视。中国"公路路基路面现场测试规程"中

6、虽列入了沥青路面渗水系数的检测方法，但渗 水系数只作为反映路面沥青混合料级配组成的一个间接指标，并没有作为沥青路面质量 检验评价标准列入施工技术标准或验收标准中，因而,这项检测在一定程度上并没有得 到执行。1. 测试仪器国外兴旺国家高速公路网已建成多年，但对沥青路面渗水的研究仍在进展中。美国 沥青技术协会（NCAT）比拟了四种现场沥青路面渗水测试仪器,重点考察仪器测试结果的 准确性、可重复性及测试方法的可操作性等方面的性能，最终推荐的路面渗水系数计算 公式为k型ln鱼Ath2式中：k为渗透系数；a为水管截面积；L为试件高度，现场测试时假设为测试层厚度； A为试件截面面积，现场测试时假设为渗水仪

7、内水与路面的接触面积 ；t为渗水时间; hl为测试开场时水头高度；h2为测试完毕时水头高度。中国沥青路面渗水仪在参考了日本同类仪器构造的根底上 ,形成测试规程中的形式 , 渗 水系数定义为沥青层一定面积在单位时间内渗水量。 相对于 NCAT 的试验仪器及计算方 法, 中国沥青路面渗水系数物理意义更加明确 , 测试方法简单。本次研究即采用中国 "公 路路基路面现场测试规程 " 所列方法测试沥青路面渗水性能。2. 测试方法考虑到沥青路面渗水往往与离析、粗集料集中、压实度缺乏等有关46 ,本次研究在测试沥青路面渗水系数的同时也测定这些指标。 为了使测试的渗水系数更好地代 表沥青路

8、面的实际性能 , 本次研究采用了如下测点选择方法。2.1 路段选择(1) 考虑沥青混合料类型对沥青路面渗水性能的影响 , 选择了同一构造层 , 一样集料 最大公称粒径 , 不同级配的路段。(2) 考虑厚度对沥青路面渗水性能的影响 , 选择同一构造层 , 同一级配 , 不同厚度的 路段 , 同时研究集料最大公称粒径与厚度的匹配关系。(3) 考虑压实度对沥青路面渗水性能的影响 , 选择同一构造层 , 不同路面空隙率的路 段。路面空隙率采用表干法测定 , 可以借用已取芯样的数据 , 或在渗水系数测定后在检测 点处取芯测定。(4) 考虑构造深度对沥青路面渗水性能的影响 , 选择同一构造层 , 不同路面

9、构造深度 的路段。路面构造深度采用铺砂法测定。2.2 测点选择在摊铺机后面测三条线 ,分别为距摊铺带两边缘 0.5 m , 及两线之间的中心线 ,定距 离每隔10 m测一次。也可在路段已取芯样点附近 20 cm处进展渗水情况测试，测点处的 密度、空隙率、厚度等指标以芯样点代替。二. 影响沥青路面渗水系数的因素1. 现场空隙率及混合料类型1.1 上面层本研究对在建的三条高速公路上面层进展了渗水试验 , 并在试验点现场取芯 , 比照 现场空隙率与渗水系数的关系。上面层混合料类型有 A K13A及SM A-13。通过回归分析说明 : 现场空隙率和渗水系数存在相关关系 (图 1 、图 2) , 一般随

10、路 面现场空隙率的增加 , 路面渗水系数呈增大趋势 , 但每条路的相关系数不同 , 且差异较大。A K13A相关关系最好的是XX某标段,回归系数到达0.84,但三条高速公路A K13A测 点汇总到一起时,渗水系数与现场空隙率的相关系数只有 0.35左右。相关度比拟低的主 要原因是在路面现场空隙率在 8%以上时,渗水系数急剧增加，超过了模拟方程m I AK13A妙木系数与空隙率的关系优选-上怖绘人1二禹浓朋试藐數撕刃总"尸0G2,3严山/f-Q,J40I uuuMQO6004UU空图2三条赢速公路AK1恥移术毎数幻空BB率的关系0的增长速度；同时，在现场空隙率比拟小的一些点出现了渗水系

11、数比拟大的现象 ，可能是 这些点所处路面内空隙虽小，却相互连通，导致路面渗水较大。由此也可看出，仅仅控制 路面现场空隙率不能保证沥青路面不出现水分的大量渗入聚集。从XX某标段的关系图（图1）可以看出，当A K13A的空隙率超过6 1 7%时，渗水系数迅 速增加,转折点的渗水系数为50ml/min,因此在以渗水系数作为控制指标时，应考虑控制 在50ml/min以内。假设仅考虑路面现场空隙率作为控制指标时 ，对于A K13A而言,应 要求其不得高于7%表1统计了三条高速公路上面层A K13A的渗水试验数据。在满足上面层现场空隙 率要求的情况，有43.2%的点渗水系数大于20 ml/min,有21.

12、6%的点渗水系数大于40 ml/min。根据现有沥青路面施工水平，并综合回归分析和统计分析的结果，建议沥青上面 层渗水系数的控制指标宜为40ml/min。S t AK1JA J1WE#水乘数统讣1 jh 1 Pcmubilih nieffLicnt stuchik'! of AK13A滲水系数/n rti m 1訓足*件的点数比例旳a KI2567. 57> 201643. 24> 4082b 62> MJ718.92> M6Ifi. 22> 100410-81> LSO25.41> 20025.4137IQ0怀注2401年屢上面fflAKlU

13、的现场空懺率聽求为3H- 7%,«1 中魏计时去掉了空晾率大于1%的数捅本次研究对SMA-13面层渗水系数及压实度的测试仅选择了一个路段 ,由于该路段施工 质量控制较好，测试点皆不渗水，因而无法得到压实度对 SMA路面渗水系数的影响关系 式。施工中可暂参考A K13A渗水系数的控制指标。1.2中面层本研究测试的中面层沥青混合料类型有AC20 I及按Superpave方法设计的混合料Superpave20。中面层AC20 I的数据分析同样说明（图3）,随着空隙率的增大,渗水系 数也增大，两者间存在关系。但几条路的相关系数均较小 ，如XX某标的相关系数只有 0.297。原因可能是因为所测

14、试路段中面层压实较好,现场空隙率根本在 4%7%以内,范围较窄，相对应的路面渗水系数也比拟小，数据集中，无法找到适宜的模拟方程。EE二111-沾谚整坯C20i水系数与空统率的关董表2统计了几条高速公路中面层的渗水试验数据。在满足中面层现场空隙率要求的情况有28.7%的点渗水系数大于20 ml/min,有23 .4%的点渗水系数大于40 ml/min。从统计分析的结果来看，建议中面层采用渗水系数作控制指标时，控制值宜为40ml/min 。4血严砂化20渗朮系数与空隙率的关票.sd -an那探祐娜2 AC20 !中面层滲水系数统计I'ah 2 Permt'ahilin ciieff

15、 k jemit«f A(淨农慕数?4n min，1需足条件的曲数比WL飙> 2027巫72> 402223,40> 6()19” 15> 801212.77> 10092 57a 20044.2694100%XX某标 Superpave20的渗水系数与现场压实度之间的关系如图 4所示。可以看出,当Superpave20的现场空隙率大于6%寸,渗水系数增加较快，因此对Superpave20的压 实度要求应适当提高，现场的空隙率宜控制在3%-6%1.3下面层对XX某标Superpave25下面层进展了渗水试验（图5）。该段Superpave路面压实度较 好

16、,空隙率小于6%寸根本不渗水。路面渗水系数与现场空隙率间的相关系数为 0.789。> Supcrp即匸-> i'V寸;以1JXH；!率的兴糸-上E二£«寤<«从以上分析可以看出，沥青路面渗水性能与路面现场空隙率有一定的相关关系。现场空隙率越大,路面渗水性也越大。但对于不同的沥青混合料类型，出现较大渗水系数的现场 空隙率也不一样。按传统设计方法设计的A K13A及AC20 I级配,路面现场空隙率小于7%寸，路面根本不渗水；对于按 Superpave方法设计的走禁区下边的Superpave20及Superpave25级配，路面现场空隙率大于6

17、%寸,路面渗水系数急剧增加。本研究在测试路面渗水系数过程中发现一个有趣的现象，对于某测试点，假设根本不渗水,那么其渗水系数一般小于 40ml/min,假设出现渗水现象，那么其渗水系数一般在100 ml/min以上，处于40100ml/min之间的数据比拟少。同时，根据以上的三条路渗水系 数的统计情况，建议A K13A、AC20I渗水系数的控制指标宜为 40 ml/min。由SMA13、 Superpave20及Superpave25数据较少,暂考虑采用同样的标准。2. 构造深度为考察沥青路面外表离析对渗水性能的影响，本研究在测定路面的渗水系数的同时 测试了测点附近路面的构造深度。研究中以路面外

18、表构造深度的变异性代表该处的离析 状况，由于该方法是否合理可行还在探讨中，本文仅就路面渗水系数与构造深度的关系 进展讨论。实测中测点选取同一断面离中央分隔带0.8 m、3.0 m、5.5 m处。图6、图7为XX某标中面层的测试结果。构造薛度rmin=_目蚯联倍理图右AC20l水系数与构进深度的天系& Pcancabilitv ix)clTi:icnt vs surface stntcitine 4f ACI0X11.50.51.0构直深度mm启二s«臟崇*图7 Sitpcrpv-cO潍水系數与构迪探度的关系分析说明,AC20 I的构造深度比拟小，平均值为0.51 mm ,且变

19、异性不大。图6中渗水系数与构造深度间的关系不明显，相关系数较小。然而,图中明显显示出从路面中心至中 分带,路面渗水系数呈迅速增加趋势。中央分隔带附近渗水情况严重，应予以特别关注。因为中分带局部渗入的水分要流经整个横断面才能排出，假设路面中部压实较密，那么水分就会滞留在路面内，在行车作用下，可能会导致路面水损害，因而施工中应特别加强 对靠近中分带处路面的压实控制。Superpave20比AC20I的构造深度大,平均值为0.69 mm。如图7所示,渗水系数与构 造深度关系明显，随着构造深度的增加，渗水系数也在增大；随着从路面中心向中分带靠 近,路面渗水系数也呈增加趋势,中央分隔带附近渗水明显。3.

20、 层厚对2001年三条在建高速公路的测试说明，总体上渗水系数随层厚的增加而减小，说 明增加厚层路面更容易压实，渗水更少。但由于路面厚度变异性较小，数据比拟集中，渗 水系数与层厚间的相关系数并不高。渗水系数的分布对XX某标的AC20 I、Superpave20分别绘制渗水系数分布的等高线图，见图8、图9 (S 1 、S 2、S 3分别为距中央分隔带0.8 m、3.0 m、5.5 m 处)，由图可知:(1) 该标段AC20 I渗水系数横向分布不均，超车道渗水情况严重，靠近中央分隔带 附近的渗水难以排出，通车后由于车辆的进一步压实作用，渗入水可能会聚集于轮迹带 处,易引发路面水损害。 该标段Supe

21、rpave20的渗水系数分布均匀，大多在40 ml/min以下，靠近中分带 处有3个点超过40ml/min,占总点数的6.7%。四.结语(1) 现场空隙率和渗水系数存在相关关系，但每条路的相关系数差异较大。综合回归分析 和统计分析的结果，建议A K13A、AC20 I渗水系数的控制指标宜为40ml/min。(2) XX某标段数据说明当A K13A的空隙率超过6.7%时,渗水系数迅速增加。XX某标段 的Superpave20测试结果说明，当空隙率达于6%寸，渗水系数会迅速增加。说明不同的 混合料应有不同的压实度要求，建议A K13A的现场空隙率控制在3%-7%, Superpave20 的现场空

22、隙率控制在3%- 6%(3) AC20 I 的构造深度小 , 渗水系数与构造深度关系不明显 ； Superpave20 的构造 深度大,渗水系数与构造深度关系明显 ,随着构造深度的增加 ,渗水系数也在增大。(4) 总体上渗水系数随层厚的增加而减小 , 说明增加厚层路面更容易压实 , 渗水更少 , 但 渗水系数与层厚间的相关系数不高。(5) 对XX某标进展的渗水试验说明，该标段渗水系数横向分布不均，超车道渗水情况严重 靠近中央分隔带附近的渗水系数过大 , 此处渗水需流经全幅路面方能排出路面之外 , 极 可能会导致路面水损害 , 因此应加强靠近中央分隔带局部路面的压实。(6) 建议施工中能将渗水试验作为质量检测指标 , 对各种路面构造渗水系数的控制 指标, 可在进一步试验的根底上确定。参考文献：1 沙庆林.沥青路面早期破坏现象及预防 M .: 人民交通, 2001.2 JTJ 059 2 95,公路路基路面现场测试规程 S .3 CooleyL A. Permeability of Superpave mixtures: evaluat