作者：张莉
当铺网来源：《科技视界》 2014年第19期
张 莉
（甘肃省天水公路管理局，甘肃 天水 741000）
【摘 要】笔者通过长期沥青混合料施工以及试验检测工作，分析总结了沥青路面空隙率与路面特性之间的关系，并通过分析空隙率影响因素来阐述路面施工中如何有效控制空隙率，实现设计目标。 【关键词】沥青混合料；空隙率；最大理论密度；压实度 污水填料
沥青路面的空隙率是沥青混合料设计与施工验收的关键性指标之一，施工中空隙率的控制，也是关系到沥青路面质量和使用寿命的关键。沥青路面使用性能很大程度上取决于沥青混合料的体积特性，主要以沥青混合料的空隙率、沥青饱和度和矿料间隙率来表征。而空隙率是体积特性的集中反应，直接影响着沥青路面的透水性、抗车辙性能、疲劳寿命以及耐久性。
1 空隙率与路面使用特性的关系
1.1 空隙率与透水性的关系
国际道路联合会和我国交通行业公认，空隙率7%是沥青路面是否渗水的界限值。当空隙率小于7%时，可以认为该铺层基本不渗水；空隙率界于7%-15%时，认为该铺层会发生渗水并有存留水分现象，而且水分蒸发排出速度远远慢于渗水速度，对路面的破坏作用很大；空隙率大于15%以上时，渗入路面结构内水分会及时排出。我国江苏交科院以及美国加利福尼亚州的研究检测结果也验证了上述结论，空隙率在7%以下时路面渗水在50mL/min以下，空隙率超过7%时，渗水系数迅速增加，当空隙率为12%时，渗水系数已接近500mL/min。江苏交科院结合江苏省高速公路建设的实际情况，提出了50mL/min为临界渗水系数，并以90%的路段合格率作为判定一个路段渗水系数合格的标准。
1.2 空隙率与路面车辙的关系
车辙是沥青路面最有危害性的破坏形式之一，车辙不仅降低路面的使用性能，影响行车舒适性，而且危及行车安全。例如车辆在变化车道时操作困难，车辙内积水产生高速行车水漂或结冰，在气候条件恶劣时制动不足等等。沥青路面的空隙率对车辙形成有重大的影响。空隙率过小，在高温和荷载的作用下，沥青胶浆侧向挤出，面层容易产生辙槽和推挤现象。空隙率过大，路面压实过程中容易变形，产生车辙。所以，适宜的残留空隙率至关重要。
1.3 空隙率与路面疲劳耐久性的关系
路面在使用期间经受车轮荷载反复作用，长期处于应力应变交互变化状态，致使路面结构强度逐渐下降。当荷载作用超过一定次数之后，在荷载作用下路面内部产生的内应力就会超过其强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹进而断裂破坏。通常把材料出现疲劳破坏时的应力作用次数称为疲劳寿命。路面的空隙率对疲劳寿命影响很大，一般情况下，沥青路面的空隙率大，将加速沥青老化，使路面产生严重的车辙和开裂，耐久性降低，疲劳寿命缩短。经实验研究表明，沥青混凝土的空隙率为3%时，其疲劳寿命约为100000次，沥青混凝土的空隙率为6%时，其疲劳寿命为57000次，沥青混凝土空隙率为9%时，其疲劳寿命为30000次。可见，混合料的疲劳寿命随空隙率的增大而显著降低。美国研究还表明，热拌沥青混合料的空隙率大于7%时，空隙率每增加1%，沥青面层的使用寿命要降低10%。因此，适当降低空隙率能延长使用寿命并较好地改善低温抗裂性能。
空隙率与沥青路面使用性能密切相关，空隙率大，路面构造深度、摩擦系数大，抗滑性能好，但老化、车辙、开裂相对严重，抗渗、抗冻、抗水损害能力差。那么，空隙率和那些因素有关，怎么才能有效的控制好路面实际空隙率呢？
pvc覆膜胶水>mppt算法 2 空隙率的影响因素分析
2.1 压实对空隙率的影响
2.1.1 沥青路面施工应该保证足够的压实功。科学的压实机械组合和合理的压实遍数，是保证沥青
路面压实效果的必要条件。如果压路机的吨位不够，或者碾压遍数不足，都将导致路面压实不到位，压实度不达标，则空隙率偏大，不能实现设计空隙率。沥青混合料路面实际空隙率W^与理论空隙率W关系如下：
W^=(1-K)×100+W·K
K——以马歇尔试件为标准密度的压实度
例如，设计空隙率为4的沥青混合料，当以马歇尔试件为标准密度的压实度为98%时的路面实际空隙率为：
W^=(1-98%)×100+4×98%=5.92
故而，保证足够的压实功，才可能实现沥青混合料的设计空隙率。
2.1.2 压实温度和压实效果密切相关，也影响着沥青路面的空隙率。温度过高，会造成沥青老化；温度过低，又难于压实，造成压实度不足空隙率偏大。我们对相同规格沥青混合料在不同温度下的马歇尔试件做了比较，结果如表1。可见，压实温度对沥青混合料的空隙率影响是很明显的。
2.2 沥青用量对空隙率的影响
沥青混合料中，沥青除了以沥青薄膜的形式裹覆在集料表面以外，其他都以自由沥青的形式填充在矿料间隙里。对于同种规格沥青混合料矿料级配，沥青用量越大，则自由沥青越多，空隙率越小。所以，只有在拌合时严格控制沥青用量，才能有效实现沥青混合料设计空隙率。
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2.3 集料密度测定对理论最大密度测算以及空隙率的影响
集料密度的测定值直接影响沥青混合料的理论最大相对密度的计算值的准确性，影响着空隙率的计算值，因此，准确的测出其相对密度是很重要的。粗集料的表观密度现在通常采用网篮法进行测定。细集料的表观密度测定规范规定有容量瓶法和李氏比重瓶法，根据我们长期测定的结果比较，李氏比重瓶法和容量瓶法的差距不大，相差在0.15%左右。
沥青混合料理论最大相对密度是确定沥青混合料空隙率的一个极其重要的指标，它细微的差别将导致混合料空隙率计算的很大偏差。我国现行规范对试件的理论最大相对密度计算公式如下：
式中，p1到pn为各种矿料占沥青混合料总质量的百分比，pb为沥青含量，y为对应的矿料和沥青相对密度。测定各种原材料密度越准确，计算的沥青混合料理论最大相对密度才越接近实际，由此计算的混合料空隙率才越可靠。
2.4 压实沥青混合料密度测试方法对确定沥青混合料空隙率的影响
我国现行规范对压实沥青混合料密度的钻芯试件测定方法有表干法、水中重法、蜡封法和体积法，其中体积法主要适用于大空隙的开级配沥青混合料，而表干法、水中重法和蜡封法的使用范围并不十
分明晰。美国AASHTO规定吸水率小于2%时采用表干法，大于2%时采用蜡封法。日本铺装协会则规定除开级配沥青混合料采用蜡封法测定外，其余混合料均采用表干法测定毛体积相对密度计算空隙率。由此可见，国外是普遍采用表干法测定毛体积密度的。
表干法所测定的毛体积是指试件在饱和面干状态下表面轮廓水膜所包裹的全部体积，试件内与外界流通的所有开空隙均被水填充。试件体积包括矿质实体和沥青体积，试件闭口空隙和与开口空隙。在用表干法测定时，关键是用拧干的湿毛巾擦拭试件表面时要将试件形成饱和面干状态，表面既不能有多余的水膜，又不能把吸入孔隙中的水分擦走，因此，在每个人进行擦拭的情况下，得出的结果都不尽相同，实际上造成人为的误差。
蜡封法是用蜡把开口孔隙封闭起来成为假象的饱和面干状态，当沥青混合料孔隙较大的时候，采用表干法测定的话，试件从水中取出时，开口空隙的水会跟着流出，用毛巾擦拭时，也会将开口空隙中的水吸出，因此提出蜡封法用蜡将试件包裹。在用蜡封法测定的时候既要用蜡把孔隙全部封住，又不能让蜡吸入空隙中，因此需要将试件在冰箱中冷却后，用稍高于熔点的蜡封上薄薄一层。这种方法对操作人员提出了较高的要求，如何能够恰到好处地使蜡发挥作用而不影响实际结果，无疑使困难的。
水中重法是在考虑到很多密级配沥青混合料试件浸水时基本不吸水，即试件表面几乎不存在与外界连通的开口孔隙时，用表观相对密度来替代毛体积相对密度，将表干法简化为水中重法。
根据长期的试验数据积累和对比，笔者发现各种测试方法所得结果有一定的差异。在测定沥青混合料试件时，应根据具体情况分析采用科学合理的测试方法，测算空隙率才能越接近实际空隙率。
3 结语
压实沥青混合料空隙率是沥青路面的关键指标，直接影响到沥青路面最重要的性能-高温抗车辙性能和渗水性。沥青混合料空隙率小于3%时，路面容易发生热稳定性问题，出现车辙的概率偏高，大于7%则沥青路面渗水严重，容易导致水损害。因此，对空隙率指标的施工控制显得尤为重要，而只有通过对路面压实、温度以及理论计算等各方面的控制措施，才能较为有效的控制沥青混合料空隙率，实现设计目标。
【参考文献】
［１］JTG E40-2004.公路沥青路面施工技术规范[S].北京：人民交通出版社,2004.
［2］JTG E20-2011.公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社,2011.
［３］JTG E42-2005.公路工程集料试验规程[S].北京：人民交通出版社,2005.
［责任编辑：汤静］
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