空隙率对沥青混凝土路面性能的影响

龚巍 王强

摘 要：本文探讨空隙率对沥青性能、泛油、车辙、沥青混合料强度的影响，空隙率沥青混合料的空隙率是影响其路用性能的一个重要指标。非排水路面的建设中提高路面的压实度，严格控制面层空隙率，提高路面的使用年限具有重要的作用。

关键词：空隙率；沥青性能；泛油；车辙；强度

空隙率作为影响沥青混凝土性能的主要因素一直备受关注，沥青路面的空隙率与路面使用性能密切相关。空隙率大的路面，其构造深度、抗滑性能、摩擦系数相对来说会具有更好的性能。但反面影响是会使路面面层更老化，车辙和开裂也会相对严重，抗渗、抗冻、抗水损害能力变差。因此，要想使沥青路面养护成本得到降低，沥青路面质量得到提高，从而延长沥青路面的使用年限，就不得不严格控制好沥青路面的空隙率，因此空隙率是路面设计中不可忽略的影响因素之一。

一、空隙率对沥青性能的影响

经调查研究表明，空隙率越大沥青路面，越容易发生初期损坏，约7%～8%的空隙率是路面的临界损坏空隙率，小于7%的路面则基本保持良好，能满足使用性能，而大于8%的沥青面层更容易产生初期损坏。空隙率过大会使空气更容易进入沥青混凝土的结构层，沥青混凝土的裂缝和松散就是空气和沥青发生氧化反应导致沥青变脆，路面的使用寿命会大大降低。显然，空隙率小于临界值的沥青混凝土的耐久性会优于临界值以上的，也就是说，沥青混凝土在发生初期损坏后，其沥青的老化程度更严重。

老化后的沥青脆性提高、韧性变差，导致路面内沥青膜老化而变得容易脆裂，在水和其他一些因素的共同作用下，沥青的粘结力下降从而逐渐从集料表面剥落，所以空隙率也可作为混合料当中的沥青老化的评价指标，是沥青混合料耐久性重要影响因素。

二、空隙率与泛油的影响

沥青混合料中包裹在集料表面的沥青膜在行车荷载反复作用下，与侵入沥青路面面层结构内部并且长期滞留于沥青结构层底部的水分，共同作用下使沥青剥离脱落为自由沥青，底层结构的沥青向路面结构上部迁移，从而导致沥青路面表层沥青含量过多而底部松散，这一迁移现象称为路面泛油。

引起泛油现象原因其一是沥青混合料的设计空隙率过小，油石比偏大，在炎热的夏季，温度过高使沥青受热膨胀，在沥青混合料中的空隙被填满后溢出路表面形成泛油。因此，泛油现象内因是空隙率过小，而诱发的直接外因是高温。其二，随着路面荷载的反复作用，上面层空隙率愈来愈小，中下面层空隙率逐渐增大，沥青路面积水容易因负压增大而透过微观裂纹或面层空隙进入沥青路面基层结构，这种路面结构的空隙率发生不良改变而形成水损害，从而导致沥青路面泛油。无论泛油是高温因素影响还是水损坏因素影响都跟空隙率有着直接关系。

三、空隙率对车辙的影响

在Cross（克罗斯）和Brown（布朗）的研究当中表明，容易产生明显的車辙室内压实试件，其空隙率不大于3%，沥青混凝土的空隙率过小，会导致面层更容易产生辙槽和推挤现象，显著的迹象表明，密级配混合料的初始现象空隙率应不大于8%，并且在路面使用期间应不大于3%。据分析，大部分车辙深度是由面层产生，其车辙深度比例可占总车辙深度的90%左右。严格控制压实度，可以大大降低车辙产生的机率，因为在达到压实度上限以后产生永久变型是很有限的，路面难以被行车荷载进一步压实变形。由马歇尔试验确定最佳沥青用量时，密实式沥青混凝土的最大密度可达2.44g/cm3～2.47g/cm3，此时的空隙率约为3%左右。

四、空隙率对沥青混凝土强度影响

空隙率对沥青混凝土的强度影响程度很大，影响主要与混合料本身的骨架结构、材料设计等因素有着密切的联系。根据道路施工经验，一般来说，混合料空隙率越大，则强度越小，究其原因是因为空隙率越大时，混合料的实际有效厚度就会越小，整体抗力也会越低。在不同的条件下，沥青混凝土路面强度会随着空隙率的增大而降小，在施工现场中，若实现其实际空隙率不超过6%，对于确保混凝土的抗永久形变能力和强度具有十分重要的实施意义。沥青混凝土路面面层会直接承受着车辆的荷载和自然环境的双重影响作用，所以沥青混合料的力学性能是路面设计中最关注的重要内容之一。其集料间接触状态很大程度上决定了混合料的力学性能。若孔隙率增大时，则沥青混合料中集料间的接触点也会相应减少。

五、预防措施

1）当采用三层式结构的沥青混凝土路面时，往往要求其中一层是不透水的，对于下面层一般需要具有足够的耐久性，对中面层则要求需要有较好的高温抗车辙的能力，而对上面层需要具有良好的的表面性能。

2）尽量提高路面的压实度，从而适量减小沥青混合料的空隙率，施工时把压实度的控制标准提高2%。为了达到减小空隙率的目的，在采用马歇尔设计测定空隙率时，进行理论密度与实测密度双重控制，保证理论密度要不小于93%，这样一来使得沥青混凝土的空隙率得到了严格地控制，确保三层式结构沥青路面基本不出现渗水现象。确保压实度达到98%，空隙率基本都控制在7%以下，使得沥青路面达到基本不渗水的效果，雨后也解决了出现水渍情况。

3）注意提高路面施工过程中的质量检测效果：①严格排查沥青混合料的生产过程、运输过程及碾压过程的标准化、规范化、科学化。②对石料和沥青材料的源头和现场进行全面质量检测。③在施工过程中，尽可能控制路面压实度、混合料的空隙率、沥青的用量、级配、压实厚度及渗水量等技施工技术指标。

六、结语

沥青混合料的空隙率是一个与路用性能密切相关的指标，应从沥青混合料结构类型设计、施工配合比设计、施工质量等各个方面加以控制，才能取得理想的效果。针对空隙率对路面性能的相关影响因素进行详细分析，寻求有效预防措施，使当下沥青路面装铺工程技术建设施工合理化、科学化、现代化。

参考文献：

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[3] 李立寒，曹林涛，郭亚兵，等.初始空隙率对沥青混合料性能影响的试验研究[J].同济大学学报（自然科学版），2006，34（6）.

作者简介：

龚巍（1990-），男，汉族，湖南益阳人，工程硕士，重庆交通大学道路专业，研究方向：路基路面。