浅谈空隙率对沥青路面品质的影响

1、总第211期2005年第4期交通科技浅谈空隙率对沥青路面品质的影响郑向东1王建强2(11河南省新乡市公路管理局新乡453000;21河南省三门峡市公路管理局三门峡472000)摘要水侵害是沥青路面破坏的主要原因,沥青路面受水侵害的内因是空隙率偏大。治理水侵害可从减小空隙率入手。阐述水侵害产生的机理,提出提高沥青路面密实度的措施和途径。关键词沥青混合料水侵害空隙率马歇尔稳定度近年来,各种不同类型的沥青混合料被广泛用于铺筑各级公路路面,使路面使用品质有了很大的提高。但由于施工质量问题,路面所产生的病害在一些路段上时有发生,其中有很大一部分是由于受水侵害所致。水侵害已成为沥青路面病害产生的主要原因。

2、因此,如何减少或避免水侵害,是一个值得研究的课题。1水侵害产生的机理离,导致沥青面层松散。实践证明,要减小水对沥青路面的侵害程度,就必须减小沥青路面的空隙率,切断水侵害的源头。减小空隙率的途径一是合适的集料级配,二是增大密实度。在集料级配达到一定水准的情况下,除了提高沥青路面的密实度,还可以提高沥青路面的马歇尔稳定度,增强抗变形能力。2提高沥青路面密实度的措施经观察发现,水在沥青路面表面聚集以后,通过孔隙进入沥青混合料内部,根据不同的方式,产生不同的侵害结果1。(1)水通过面层进入基层,如果基层的强度或水稳性稍差,则基层首先被侵蚀,基层表面细颗粒变得松软。在外力作用下,水被挤压,通过原孔道喷回

3、路面,并带走了被水冲刷、侵蚀掉的基层粉尘颗粒,即产生“唧泥”现象。如此反复,此处的面层就会产生较大的变形,沥青混合料内部的弯拉应力随之增大,当弯拉应力大于其抗力时,沥青面层发生断裂。同时,由于泥浆进入沥青面层孔隙,阻碍了沥青混合料在车辆荷载作用下的二次结合,为松散病害的发生埋下了隐患。(2)水聚积于沥青混合料内部,或者水虽然经面层进入了基层,但基层强度较高,水稳性较好,水滞留在基层的表面,使沥青面层直接遭受水的浸泡,沥青混合料的孔隙内聚满了水,在外荷载作用下,沥青混合料产生弹性压缩变形,空隙瞬间变小,水被挤压。这种压力流对集料表面的沥青膜产生了强大的冲刷作用,造成集料与沥青膜剥收稿日期:200

4、5204215(1)合理调配集料配合比,提高沥青路面的可碾压性。合理的集料配合比应当使沥青混合料在一定条件下便于碾压成型,级配曲线不应有过陡的犬牙形折线出现,避免集料离析。(2)合理掌握碾压温度,提高沥青混合料的和易性。沥青混合料的碾压成型机理与土基、基层材料碾压成型机理有所不同,后者为固体、气体和水三相物质,碾压是以排气为目的,并以含水量调节固体颗粒间的摩阻力,以提高材料的可碾性。而前者一般情况下只有固体(含沥青)和气体两相,碾压是以材料的蠕动形式重新排列颗粒位置,最终达到颗粒之间相对稳定。改善沥青混合料的可碾性,除了要有良好的集料级配以外,更重要的是应该充分利用高温下沥青粘滞力下降这一特点

5、,将沥青混合料温度掌握在合适的范围之内,使固体颗粒间的粘聚力减小到适当水平,与压实机具的压力相匹配,以达到充分压实的目的。(3)合理调配机械组合,提高机械效率。3工程实例新(乡)济(源)公路新乡获嘉段是在旧水泥混凝土路面上加铺面层的一项大修工程。路面结构 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.102郑向东王建强:浅谈空隙率对沥青路面品质的影响2005年第4期设计为:基层厚度为1520cm二灰碎石,下面层为4cm中粒式沥青混凝土,上面层为3cm细粒式沥青混凝土,平原二级公路标准。为了减少透水的

6、可能性,上、下面层均采用了I型混凝土,下面层沥青混合料类型为AC220I,目标配合比设计密度为2.478g/cm3;设计空隙率为3.6%;设计油石比为4.3%。沥青混凝土工程质量检验采取钻取样心的方法进行。由于上面层较薄,有些试件不够马歇尔试验最小厚度,所以本示例仅列举了下面层的108个试件的试验结果。4质量检测从图1、图2中不难发现,马歇尔稳定度随密度的增大而增大,随空隙率的增大而减小。经计算,密度与马歇尔稳定度的直线相关系数为71.79%;空隙率与马歇尔稳定度的直线相关系数为-71.85%,一般102个样本其相关系数的绝对值达到25.4%以上,即可认为二者在=0.01的水平上显著相关。因此

7、可以认为马歇尔稳定度与密度呈直线正相关;与空隙率呈直线负相关。由此可以说明,通过合理施工取得较大沥青混合料密实度,不仅可以减小空隙率和透水性,同时还可以提高沥青路面的强度,提高沥青路面的整体使用品质。5结论采用直径10cm钻头钻取心样,用水中重法检测心样的视密度,以设计配合比状态下的理论密度计算心样的空隙率以及沥青饱和度、矿料间隙率等指标2,并对心样进行马歇尔试验。心样试验结果见表1所列,密度、空隙率与稳定度关系见图1、图2所示。表1AC220沥青下面层心样试验结果统计表项目密度/gcm-3空隙率/%稳定度/MPa流值/0.1mm最大值(1)对于密度大的测点,各项指标都有相应提高的趋势,而较差

8、的测点大多也是因为密实度较小的原因。这些密度较小的部分并非都是因为碾压遍数不够或压路机吨位不够造成的,还可能是混合料的离析所致。尽管离析的发生都是局部的,但其危害却非常大,解决的办法除了科学施工,还应精心施工,如改进机械设备的技术性能、尽量减少摊铺过程中的停顿次数、减少压路机的洒水量、合理调整集料级配等等,使离析的发生减少到最低限度。(2)空隙率实际上是密实度的另一种表征形式。文献3规定:I型沥青混凝土的目标空隙率为3%6%。一般认为4%较为合适。这在目标配合比设计阶段不难实现。由于施工压实度要求不小于95%,而此时的空隙率相应地增加了4%5%,实际空隙率已接近10%,对于惧怕水侵害的最小值平均值6图1钻心马歇尔强度2密度关系图沥青混凝土来讲,就显得大了点。不仅如此,由于空隙率偏大,变形空间也大,当气温适当的时候,经车辆荷载的二次碾压,空隙率会逐渐变小,路面变薄。这种碾压主要发生在行车带上,并非均匀碾压,由此极易造成车辙、拥包等形变破坏。参考文献1沈金安1改性沥青与SMA路面1北京:人民交通出版社,1999153572沙庆林1观测试验资料的数学加工1北京:人民交通出版社,1988132353