王雄瑛

（廣東省長大公路工程有限公司，廣東 廣州 511431）

前言

瀝青路面被雨水長時間侵滲過程中，雨水通過瀝青面層空隙或縫隙，或者由分隔帶或路肩滲入到路面結(jié)構(gòu)內(nèi)，若不能夠及時予以排除，就會浸濕各結(jié)構(gòu)層材料甚至路基上，使其強度下降，變形增加，承載力降低，使用壽命縮短。更為嚴重的是，進入路面結(jié)構(gòu)層之間的空隙中的水份，在行車荷載的作用下，會成為高孔隙水壓力和高流速的水流，沖刷層面材料并產(chǎn)生唧泥現(xiàn)象，促使瀝青面層出現(xiàn)剝落、松散等病害，從而使整個路面結(jié)構(gòu)的使用性能迅速變壞。因此，如何延長瀝青路面使用壽命及確保其耐久性，已成為高等級瀝青路面設計、施工和養(yǎng)護工作的一個至關重要的課題，引起社會的廣泛關注和重視。為進一步摸清瀝青結(jié)構(gòu)耐久性等性能問題，其中有一項較為重要的指標，就是空隙率指標?？障堵适菫r青混合料一個非常重要的體積指標，適宜的空隙率至關重要。由于設計、施工等原因造成我國路面實際空隙率大都處于5%。15%不利范圍，加上我國路面設計結(jié)構(gòu)不合理，形成了上面層滲水，中、下面層存水，基層不透水的不利局面，造成路面早期破壞嚴重?？障堵什缓侠硎窃斐晌覈咚俟吩缙谄茐牡闹饕?。

本文以廣東省某高速公路瀝青砼路面工程（k9+700～k33+800段）為例，詳細闡述了瀝青路面如何確定一個適宜空隙率的應用過程。該路段瀝青面層結(jié)構(gòu)設計為5cmGAC-16C+6cm-GAC-20C+8cmAC-25C。項目所在地降雨量大，交通量繁重、且重載交通突出。因此，要求該路段瀝青面層具有良好的抗水損壞能力和抗車轍能力，亦即要求混合料有良好的級配和適宜的空隙率。設計圖紙規(guī)定：本項目瀝青混合料采用馬歇爾方法設計，上面層設空隙率為3-5%，中下面層設計空隙率為2.5-4.5%。結(jié)合以往工程經(jīng)驗，考慮本項目實際情況，認為中下面層混合料采用馬歇爾設計空隙率2.5-4.5%存在一定風險，建議調(diào)整為3.5-5.5%，理由如下：

1、關于瀝青路面最佳空隙率

實踐經(jīng)驗及相關研究成果均表明，對于常規(guī)瀝青路面而言，當施工空隙率大于8%時，路面極容易發(fā)生水損壞，如：松散、坑洞等；當施工空隙率小于3%時，路面易出現(xiàn)泛油和車轍病害。而根據(jù)SHARP研究成果，建議骨架密實型瀝青混合料設計空隙率為4%。關于瀝青路面最佳空隙率問題，國內(nèi)外均有研究。德國夏天最高氣溫很少超過30℃，但路面還是出現(xiàn)泛油現(xiàn)象，對應瀝青混合料設計空隙率為2%～4%。研究發(fā)現(xiàn)設計空隙率對瀝青路面泛油現(xiàn)象有直接的影響，1998年德國增大了重交通道路的設計空隙率,修改為3%～4%，以防止泛油發(fā)生。

美國在SMA的推廣應用時，開始采用了和德國一樣的設計空隙率標準，在應用過程中發(fā)現(xiàn)設計空隙率小于3%時,泛油和油斑成了SMA路面的主要病害。1998年6月美國AASHTO將SMA設計空隙率改為3%～4%,隨后為進一步解決SMA路面的泛油問題，又將設計空隙率標準修改為北方寒冷地區(qū)不小于3.5%,南方溫暖地區(qū)不小于4%。這說明為了減少泛油病害，即使在寒冷地區(qū)，SMA的設計空隙率也必須在3.5%以上。其中美國喬治亞洲SMA的空隙率就在4%～6%范圍內(nèi)。值得注意的是，SMA屬骨架密實結(jié)構(gòu)，且添加纖維作為穩(wěn)定劑，瀝青用量相對較大，設計空隙率相對較小。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，瀝青路面的泛油往往伴隨著混合料高溫穩(wěn)定性不足，路面在高溫和重載交通作用下，普遍存在車轍現(xiàn)象。究其原因，源于瀝青混合料設計空隙率偏小，導致瀝青用量相對較多（飽和度偏高），在高溫時，瀝青軟化，體積膨脹，而混合料空隙無法容納瀝青的體積增加而出現(xiàn)泛油。泛油削弱了瀝青混合料骨架效應，使其抗剪強度下降，進而出現(xiàn)車轍。此外，上面層的泛油還會使得瀝青層表面變得光滑，喪失原有的構(gòu)造深度，大大降低了路面抗滑性能，使得路面安全性降低。

2、馬歇爾設計最佳空隙率

馬歇爾設計法是我國瀝青混合料配合比設計的標準方法，然而，隨著交通建設的不斷發(fā)展，交通量迅猛增長，重載、渠化交通日益突出，馬歇爾設計法的不足之處日益凸顯，如：

1）馬歇爾擊實方法不能模擬壓路機和行車的搓揉壓實作用，馬歇爾穩(wěn)定度和流值指標與實際路面的使用性能相關性較差；

2）相對于如今大噸位的路面壓實機械而言，馬歇爾擊實功偏小，設計出的混合料抗剪強度不足，無法適應重載交通的需要；研究發(fā)現(xiàn)：馬歇爾擊實成型確定的最佳油石比大于由旋轉(zhuǎn)壓實成型（成型方式更接近實際）確定的最佳油石比，從而在配合比設計中容易造成瀝青用量過多，即瀝青的填充率過高，在高溫和重載交通作用下，路面易出現(xiàn)車轍和泛油。因此，參考Superpave提出的混合料設計空隙率4%，建議馬歇爾設計空隙率為3-6%。

3、如何選擇適宜的混合料設計空隙率

在確定混合料設計空隙率時，應綜合考慮混合料類型、所處層位、成型方法、施工水平、項目所在地氣候及交通條件等因素。具體如下：

1）混合料類型

相對而言，粗級配混合料宜選擇較高的設計空隙率，細級配混合料宜選擇較低的設計空隙率。骨架密實型混合料相對懸浮密實型混合料而言宜選用較高的空隙率。

2）所處層位

相對而言，上面層混合料宜選用較低的空隙率，強調(diào)耐久性和抗水損壞性能；中下面層宜選用較高的空隙率，強調(diào)承載能力，即抗車轍性能。

3）成型方法

鑒于馬歇爾設計方法的不足及交通發(fā)展的現(xiàn)狀，建議馬歇爾設計法宜選用相對較高的設計空隙率，而Superpave混合料建議采用推薦的4%為設計空隙率。

4）施工水平

建議施工單位配備大噸位壓路機，尤其是輪胎壓路機。對于路面實際壓實功較大的項目，混合料設計宜采用相對較高的空隙率，反之采用相對低的空隙率。

5）交通及氣候條件

對于高溫重載交通而言，建議采用相對較高的空隙率；對于寒冷地區(qū)、多雨地區(qū)以及高原強紫外線地區(qū)，建議采用相對較低的空隙率。

結(jié)語

瀝青混合料設計空隙率是關系到混合料質(zhì)量，進而關系到路面施工質(zhì)量的關鍵因素，在確定混合料設計空隙率時須平衡混合料水穩(wěn)定性及耐久性和泛油及抗車轍性能之間的關系，不可簡單的套用規(guī)范或以往的經(jīng)驗，須考慮項目所面臨的實際情況，綜合各方面因素后才能確定。

綜上所述，結(jié)合實際工程經(jīng)驗及相關研究成果，考慮到本項目實際情況，本人建議如下：上面層GAC-16C混合料設計空隙率宜采用3-5%，中面層GAC-20C混合料設計空隙率宜采用3.5-5.5%，下面層GAC-25C混合料設計空隙率宜采3.5-5.5%。

[1]JTGF40-2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[s].

[2]沈金安.瀝青及瀝青混合料的路用性能[M].北京:人民交通出版社，2001..