空隙率對瀝青混凝土路面性能的影響

龔巍 王強

摘 要：本文探討空隙率對瀝青性能、泛油、車轍、瀝青混合料強度的影響，空隙率瀝青混合料的空隙率是影響其路用性能的一個重要指標。非排水路面的建設中提高路面的壓實度，嚴格控制面層空隙率，提高路面的使用年限具有重要的作用。

關鍵詞：空隙率；瀝青性能；泛油；車轍；強度

空隙率作為影響瀝青混凝土性能的主要因素一直備受關注，瀝青路面的空隙率與路面使用性能密切相關。空隙率大的路面，其構造深度、抗滑性能、摩擦系數相對來說會具有更好的性能。但反面影響是會使路面面層更老化，車轍和開裂也會相對嚴重，抗滲、抗凍、抗水損害能力變差。因此，要想使瀝青路面養護成本得到降低，瀝青路面質量得到提高，從而延長瀝青路面的使用年限，就不得不嚴格控制好瀝青路面的空隙率，因此空隙率是路面設計中不可忽略的影響因素之一。

一、空隙率對瀝青性能的影響

經調查研究表明，空隙率越大瀝青路面，越容易發生初期損壞，約7%～8%的空隙率是路面的臨界損壞空隙率，小于7%的路面則基本保持良好，能滿足使用性能，而大于8%的瀝青面層更容易產生初期損壞。空隙率過大會使空氣更容易進入瀝青混凝土的結構層，瀝青混凝土的裂縫和松散就是空氣和瀝青發生氧化反應導致瀝青變脆，路面的使用壽命會大大降低。顯然，空隙率小于臨界值的瀝青混凝土的耐久性會優于臨界值以上的，也就是說，瀝青混凝土在發生初期損壞后，其瀝青的老化程度更嚴重。

老化后的瀝青脆性提高、韌性變差，導致路面內瀝青膜老化而變得容易脆裂，在水和其他一些因素的共同作用下，瀝青的粘結力下降從而逐漸從集料表面剝落，所以空隙率也可作為混合料當中的瀝青老化的評價指標，是瀝青混合料耐久性重要影響因素。

二、空隙率與泛油的影響

瀝青混合料中包裹在集料表面的瀝青膜在行車荷載反復作用下，與侵入瀝青路面面層結構內部并且長期滯留于瀝青結構層底部的水分，共同作用下使瀝青剝離脫落為自由瀝青，底層結構的瀝青向路面結構上部遷移，從而導致瀝青路面表層瀝青含量過多而底部松散，這一遷移現象稱為路面泛油。

引起泛油現象原因其一是瀝青混合料的設計空隙率過小，油石比偏大，在炎熱的夏季，溫度過高使瀝青受熱膨脹，在瀝青混合料中的空隙被填滿后溢出路表面形成泛油。因此，泛油現象內因是空隙率過小，而誘發的直接外因是高溫。其二，隨著路面荷載的反復作用，上面層空隙率愈來愈小，中下面層空隙率逐漸增大，瀝青路面積水容易因負壓增大而透過微觀裂紋或面層空隙進入瀝青路面基層結構，這種路面結構的空隙率發生不良改變而形成水損害，從而導致瀝青路面泛油。無論泛油是高溫因素影響還是水損壞因素影響都跟空隙率有著直接關系。

三、空隙率對車轍的影響

在Cross（克羅斯）和Brown（布朗）的研究當中表明，容易產生明顯的車轍室內壓實試件，其空隙率不大于3%，瀝青混凝土的空隙率過小，會導致面層更容易產生轍槽和推擠現象，顯著的跡象表明，密級配混合料的初始現象空隙率應不大于8%，并且在路面使用期間應不大于3%。據分析，大部分車轍深度是由面層產生，其車轍深度比例可占總車轍深度的90%左右。嚴格控制壓實度，可以大大降低車轍產生的機率，因為在達到壓實度上限以后產生永久變型是很有限的，路面難以被行車荷載進一步壓實變形。由馬歇爾試驗確定最佳瀝青用量時，密實式瀝青混凝土的最大密度可達2.44g/cm3～2.47g/cm3，此時的空隙率約為3%左右。

四、空隙率對瀝青混凝土強度影響

空隙率對瀝青混凝土的強度影響程度很大，影響主要與混合料本身的骨架結構、材料設計等因素有著密切的聯系。根據道路施工經驗，一般來說，混合料空隙率越大，則強度越小，究其原因是因為空隙率越大時，混合料的實際有效厚度就會越小，整體抗力也會越低。在不同的條件下，瀝青混凝土路面強度會隨著空隙率的增大而降小，在施工現場中，若實現其實際空隙率不超過6%，對于確保混凝土的抗永久形變能力和強度具有十分重要的實施意義。瀝青混凝土路面面層會直接承受著車輛的荷載和自然環境的雙重影響作用，所以瀝青混合料的力學性能是路面設計中最關注的重要內容之一。其集料間接觸狀態很大程度上決定了混合料的力學性能。若孔隙率增大時，則瀝青混合料中集料間的接觸點也會相應減少。

五、預防措施

1）當采用三層式結構的瀝青混凝土路面時，往往要求其中一層是不透水的，對于下面層一般需要具有足夠的耐久性，對中面層則要求需要有較好的高溫抗車轍的能力，而對上面層需要具有良好的的表面性能。

2）盡量提高路面的壓實度，從而適量減小瀝青混合料的空隙率，施工時把壓實度的控制標準提高2%。為了達到減小空隙率的目的，在采用馬歇爾設計測定空隙率時，進行理論密度與實測密度雙重控制，保證理論密度要不小于93%，這樣一來使得瀝青混凝土的空隙率得到了嚴格地控制，確保三層式結構瀝青路面基本不出現滲水現象。確保壓實度達到98%，空隙率基本都控制在7%以下，使得瀝青路面達到基本不滲水的效果，雨后也解決了出現水漬情況。

3）注意提高路面施工過程中的質量檢測效果：①嚴格排查瀝青混合料的生產過程、運輸過程及碾壓過程的標準化、規范化、科學化。②對石料和瀝青材料的源頭和現場進行全面質量檢測。③在施工過程中，盡可能控制路面壓實度、混合料的空隙率、瀝青的用量、級配、壓實厚度及滲水量等技施工技術指標。

六、結語

瀝青混合料的空隙率是一個與路用性能密切相關的指標，應從瀝青混合料結構類型設計、施工配合比設計、施工質量等各個方面加以控制，才能取得理想的效果。針對空隙率對路面性能的相關影響因素進行詳細分析，尋求有效預防措施，使當下瀝青路面裝鋪工程技術建設施工合理化、科學化、現代化。

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作者簡介：

龔巍（1990-），男，漢族，湖南益陽人，工程碩士，重慶交通大學道路專業，研究方向：路基路面。