沥青路面空隙率应用经验探讨

时间：2024-05-17

王雄瑛

（广东省长大公路工程有限公司，广东广州 511431）

前言

沥青路面被雨水长时间侵渗过程中，雨水通过沥青面层空隙或缝隙，或者由分隔带或路肩渗入到路面结构内，若不能够及时予以排除，就会浸湿各结构层材料甚至路基上，使其强度下降，变形增加，承载力降低，使用寿命缩短。更为严重的是，进入路面结构层之间的空隙中的水份，在行车荷载的作用下，会成为高孔隙水压力和高流速的水流，冲刷层面材料并产生唧泥现象，促使沥青面层出现剥落、松散等病害，从而使整个路面结构的使用性能迅速变坏。因此，如何延长沥青路面使用寿命及确保其耐久性，已成为高等级沥青路面设计、施工和养护工作的一个至关重要的课题，引起社会的广泛关注和重视。为进一步摸清沥青结构耐久性等性能问题，其中有一项较为重要的指标，就是空隙率指标。空隙率是沥青混合料一个非常重要的体积指标，适宜的空隙率至关重要。由于设计、施工等原因造成我国路面实际空隙率大都处于5%。15%不利范围，加上我国路面设计结构不合理，形成了上面层渗水，中、下面层存水，基层不透水的不利局面，造成路面早期破坏严重。空隙率不合理是造成我国高速公路早期破坏的主要原因。

本文以广东省某高速公路沥青砼路面工程（k9+700～k33+800段）为例，详细阐述了沥青路面如何确定一个适宜空隙率的应用过程。该路段沥青面层结构设计为5cmGAC-16C+6cm-GAC-20C+8cmAC-25C。项目所在地降雨量大，交通量繁重、且重载交通突出。因此，要求该路段沥青面层具有良好的抗水损坏能力和抗车辙能力，亦即要求混合料有良好的级配和适宜的空隙率。设计图纸规定：本项目沥青混合料采用马歇尔方法设计，上面层设空隙率为3-5%，中下面层设计空隙率为2.5-4.5%。结合以往工程经验，考虑本项目实际情况，认为中下面层混合料采用马歇尔设计空隙率2.5-4.5%存在一定风险，建议调整为3.5-5.5%，理由如下：

1、关于沥青路面最佳空隙率

实践经验及相关研究成果均表明，对于常规沥青路面而言，当施工空隙率大于8%时，路面极容易发生水损坏，如：松散、坑洞等；当施工空隙率小于3%时，路面易出现泛油和车辙病害。而根据SHARP研究成果，建议骨架密实型沥青混合料设计空隙率为4%。关于沥青路面最佳空隙率问题，国内外均有研究。德国夏天最高气温很少超过30℃，但路面还是出现泛油现象，对应沥青混合料设计空隙率为2%～4%。研究发现设计空隙率对沥青路面泛油现象有直接的影响，1998年德国增大了重交通道路的设计空隙率,修改为3%～4%，以防止泛油发生。

美国在SMA的推广应用时，开始采用了和德国一样的设计空隙率标准，在应用过程中发现设计空隙率小于3%时,泛油和油斑成了SMA路面的主要病害。1998年6月美国AASHTO将SMA设计空隙率改为3%～4%,随后为进一步解决SMA路面的泛油问题，又将设计空隙率标准修改为北方寒冷地区不小于3.5%,南方温暖地区不小于4%。这说明为了减少泛油病害，即使在寒冷地区，SMA的设计空隙率也必须在3.5%以上。其中美国乔治亚洲SMA的空隙率就在4%～6%范围内。值得注意的是，SMA属骨架密实结构，且添加纤维作为稳定剂，沥青用量相对较大，设计空隙率相对较小。此外，研究还发现，沥青路面的泛油往往伴随着混合料高温稳定性不足，路面在高温和重载交通作用下，普遍存在车辙现象。究其原因，源于沥青混合料设计空隙率偏小，导致沥青用量相对较多（饱和度偏高），在高温时，沥青软化，体积膨胀，而混合料空隙无法容纳沥青的体积增加而出现泛油。泛油削弱了沥青混合料骨架效应，使其抗剪强度下降，进而出现车辙。此外，上面层的泛油还会使得沥青层表面变得光滑，丧失原有的构造深度，大大降低了路面抗滑性能，使得路面安全性降低。

2、马歇尔设计最佳空隙率

马歇尔设计法是我国沥青混合料配合比设计的标准方法，然而，随着交通建设的不断发展，交通量迅猛增长，重载、渠化交通日益突出，马歇尔设计法的不足之处日益凸显，如：

1）马歇尔击实方法不能模拟压路机和行车的搓揉压实作用，马歇尔稳定度和流值指标与实际路面的使用性能相关性较差；

2）相对于如今大吨位的路面压实机械而言，马歇尔击实功偏小，设计出的混合料抗剪强度不足，无法适应重载交通的需要；研究发现：马歇尔击实成型确定的最佳油石比大于由旋转压实成型（成型方式更接近实际）确定的最佳油石比，从而在配合比设计中容易造成沥青用量过多，即沥青的填充率过高，在高温和重载交通作用下，路面易出现车辙和泛油。因此，参考Superpave提出的混合料设计空隙率4%，建议马歇尔设计空隙率为3-6%。