從空隙率談我國(guó)高速公路路面的早期破壞2

　　4空隙宰與我國(guó)高速公路的早期破壞

　　研究表明，瀝青路面的空隙率在8%以下時(shí)，瀝青層中的水在荷載作用下一般不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力，不容易造成水損害破壞;空隙率大于15%時(shí)，水能夠在空隙中自由流動(dòng)，也不容易造成水損害破壞。而當(dāng)路面實(shí)際空隙率為8%。15%的范圍內(nèi)時(shí)，水容易進(jìn)入混合料內(nèi)部，且在荷載作用下易產(chǎn)生較大的毛細(xì)壓力成為動(dòng)力水，易造成瀝青混合料的水損害破壞。大量路況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)高速公路路面的空隙率較大，一般在5%—15%范圍內(nèi)，不少地段路面現(xiàn)場(chǎng)空隙率高達(dá)10%以上，處于最危險(xiǎn)范圍，易產(chǎn)生早期破壞。更為重要的是，空隙率在該范圍，水很容易進(jìn)入路面內(nèi)，加上我國(guó)路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，習(xí)慣上不考慮路面結(jié)構(gòu)層的排水和不設(shè)置有效防水層，進(jìn)入路面的水不易排出，進(jìn)而誘發(fā)路面的早期破壞。

　　我國(guó)高速公路的大多數(shù)早期破壞實(shí)際上都是通過(guò)水損害破壞表現(xiàn)出來(lái)的，主要發(fā)生在雨天特別是雨季。主要表現(xiàn)為：(1)雨水滲人表面層，使瀝青混合料長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài)，在行車(chē)荷載的反復(fù)抽吸作用下，使得集料表面的瀝青薄膜被剝落松散，產(chǎn)生坑洞。(2)自由水透人表面層后較長(zhǎng)時(shí)間滯留路面內(nèi)，使瀝青與碎石的粘結(jié)力減弱。在行車(chē)荷載作用下，滯留在面層下部的水使礦料、特別是粗粒碎石表面裹覆的瀝青膜逐漸剝落，使瀝青混凝土的強(qiáng)度逐漸損失，產(chǎn)生松散，坑洞、網(wǎng)裂。輪下松散的瀝青混凝土產(chǎn)生壓縮形變和剪切形變，向兩側(cè)擠出，使輪跡帶下陷，兩側(cè)鼓起，形成嚴(yán)重車(chē)轍。(3)水透過(guò)瀝青面層滯留在半剛性基層頂面，在大量高速行車(chē)作用下，自由水產(chǎn)生很大的壓力并沖刷基層混合料表層的細(xì)料，形成灰白色漿，繼而產(chǎn)生唧漿、坑洞、網(wǎng)裂和變形。(4)雨水浸入各結(jié)構(gòu)層的層間，破壞路面結(jié)構(gòu)層間接觸條件，使路面結(jié)構(gòu)的受力狀況惡化，最終導(dǎo)致松散、坑槽和唧漿等早期破壞。

　　此外，我國(guó)高速公路集料離析嚴(yán)重，即在路面一定的區(qū)域內(nèi)，粗、細(xì)集料不均勻，偏離了設(shè)計(jì)級(jí)配，瀝青含量不均勻，偏離了設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量，從而使該區(qū)域內(nèi)的瀝青混合料實(shí)際配合比與設(shè)計(jì)的配合比嚴(yán)重地不一致。粗集料集中的部位空隙率過(guò)大、瀝青含量偏小，混合料的拉伸強(qiáng)度低，抗裂性能差，易導(dǎo)致開(kāi)裂、坑槽;細(xì)集料集中的部位則瀝青含量偏多，空隙率過(guò)小，易導(dǎo)致車(chē)轍、泛油。

　　4.1我國(guó)高速公路空隙宰不臺(tái)理的原因轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　造成我國(guó)高速公路路面實(shí)際空隙率不合理的原因很多，大致可歸納為設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面。

　　5設(shè)計(jì)原因

　　(1)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)壓實(shí)度控制有缺陷，用馬歇爾密度作為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不能真實(shí)地反映路面的實(shí)際壓實(shí)狀況。路面壓實(shí)度計(jì)算公式R=P/Pd;試中：式中P為現(xiàn)場(chǎng)取芯密度，Pd為施工當(dāng)天取樣的馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)密度。Pd受溫度影響顯著，稍微降低一點(diǎn)拌和溫度和壓實(shí)溫度就可得到較低的馬歇爾密度，以這樣的密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度，即使達(dá)到了96%的壓實(shí)度，實(shí)際路面的密度仍偏低，空隙率偏大。

　　(2)現(xiàn)行規(guī)范馬歇爾密度96%的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏低，加上部分高速公路表面層采用H型瀝青混凝土，其設(shè)計(jì)空隙率偏大。規(guī)范規(guī)定室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)密度馬歇爾空隙率VV，則現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)際空隙率，VV‘=Kx VV十(1—K)xloo按壓實(shí)度計(jì)算，則對(duì)于設(shè)計(jì)空隙率為3%—6%I型瀝青混凝土，現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)際空隙率為6.88%—9.76%;設(shè)計(jì)空隙率為4%。10%H型瀝青混凝土，現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)際空隙率為7.84%。13.6%。

　　(3)瀝青混合料類(lèi)型與路面結(jié)構(gòu)層厚度不匹配，由于集料最大粒徑過(guò)大，大粒徑集料偏多，造成混合料容易離析、壓實(shí)困難、空隙率偏大。

　　(4)混合料設(shè)計(jì)采用馬歇爾法，試件的空隙率與路面的空隙率不一致。例如沒(méi)有考慮施工中混合料老化，用計(jì)算法計(jì)算理論密度沒(méi)有考慮集料對(duì)瀝青的吸收等。美國(guó)對(duì)不同老化時(shí)間的集料做過(guò)試驗(yàn)，證明老化時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)瀝青混合料的理論密度有較大影響。據(jù)美國(guó)MS—2計(jì)算，是否考慮集料對(duì)瀝青的吸收，試件空隙宰相差1.5%—2%。

　　(5)對(duì)影響空隙率計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的最大理論密度和試件實(shí)測(cè)密度沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，而采用不同的測(cè)量和計(jì)算方法得到的空隙率的計(jì)算值相差0—4%。轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　5.1　施工原因

　　(1)施工單位對(duì)壓實(shí)度的重要性認(rèn)識(shí)不夠，只注重路面平整度要求，導(dǎo)致瀝青混合料壓實(shí)度不夠，使原本空隙率較大的II型瀝青混凝土的現(xiàn)場(chǎng)空隙率更大，也使I型瀝青混凝土空隙率偏大。

　　(2)路面施工技術(shù)和管理水平不高，離析嚴(yán)重，壓實(shí)溫度偏低，使路面混凝土不均勻，局部空隙率過(guò)大，局部空隙率過(guò)小。

　　6結(jié)　論

　　空隙率是瀝青混合料一個(gè)非常重要的體積指標(biāo)，適宜的空隙率至關(guān)重要。由于設(shè)計(jì)、施工等原因造成我國(guó)路面實(shí)際空隙率大都處于5%。15%不利范圍，加上我國(guó)路面設(shè)計(jì)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(yán)重。空隙率不合理是造成我國(guó)高速公路早期破壞的主要原因，也是我國(guó)高速公路早期破壞比國(guó)外出現(xiàn)更早的重要原因。針對(duì)這種情況，提出以下建議：

　　(1)我國(guó)現(xiàn)行馬歇爾設(shè)計(jì)法應(yīng)借鑒Superpave等國(guó)外最新研究成果，進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮施工中的混合料的老化、集料對(duì)瀝青的吸收對(duì)空隙的影響，采用空隙率指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，先確定試件的空隙率，以改變擊實(shí)次數(shù)來(lái)達(dá)到目標(biāo)空隙率。此外，馬歇爾的成型方法與道路施工中碾壓成型方法相差甚遠(yuǎn)，對(duì)空隙率的影響須進(jìn)一步研究。

　　(2)高速公路的瀝青面層，無(wú)論是一層、二層還是三層，都采用密實(shí)瀝青混凝土，并提高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，上面層壓實(shí)度不小于98%，中面層和底面層壓實(shí)度不小于97%，以減小路面空隙率，并在半剛性基層上設(shè)置下封層，底面層下設(shè)瀝青碎石或級(jí)配碎石排水層，完善路面排水系統(tǒng)。施工中為準(zhǔn)確控制路面空隙率，增加現(xiàn)場(chǎng)空隙率指標(biāo)，并統(tǒng)一計(jì)算‘空隙率’標(biāo)準(zhǔn)，理論密度采用真空法實(shí)測(cè)，試件密度采用蠟封法測(cè)定。現(xiàn)場(chǎng)空隙率標(biāo)準(zhǔn)：表面層小于或等于6%，中面層或底面層小于或等于7%。

　　(3)5upe叩ave研究表明，瀝青結(jié)構(gòu)層厚度要求大于集合料最大公稱(chēng)尺寸的3倍，當(dāng)粗集料含量高時(shí)，這個(gè)比值應(yīng)更高。我國(guó)的瀝青路面結(jié)構(gòu)層偏薄，應(yīng)結(jié)合美國(guó)Su2peIpave的經(jīng)驗(yàn)，從我國(guó)實(shí)際出發(fā)，適當(dāng)加大瀝青面層的厚度。

　　(4)采用先進(jìn)施工設(shè)備如混合料再拌轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)、HIPAC壓路機(jī)等改進(jìn)施工工藝，加強(qiáng)施工管理，控制壓實(shí)溫度，加強(qiáng)壓實(shí)，減少離析，保證路面混凝土的均勻性。轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　4空隙宰與我國(guó)高速公路的早期破壞

　　研究表明，瀝青路面的空隙率在8%以下時(shí)，瀝青層中的水在荷載作用下一般不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力，不容易造成水損害破壞;空隙率大于15%時(shí)，水能夠在空隙中自由流動(dòng)，也不容易造成水損害破壞。而當(dāng)路面實(shí)際空隙率為8%。15%的范圍內(nèi)時(shí)，水容易進(jìn)入混合料內(nèi)部，且在荷載作用下易產(chǎn)生較大的毛細(xì)壓力成為動(dòng)力水，易造成瀝青混合料的水損害破壞。大量路況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)高速公路路面的空隙率較大，一般在5%—15%范圍內(nèi)，不少地段路面現(xiàn)場(chǎng)空隙率高達(dá)10%以上，處于最危險(xiǎn)范圍，易產(chǎn)生早期破壞。更為重要的是，空隙率在該范圍，水很容易進(jìn)入路面內(nèi)，加上我國(guó)路面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，習(xí)慣上不考慮路面結(jié)構(gòu)層的排水和不設(shè)置有效防水層，進(jìn)入路面的水不易排出，進(jìn)而誘發(fā)路面的早期破壞。

　　我國(guó)高速公路的大多數(shù)早期破壞實(shí)際上都是通過(guò)水損害破壞表現(xiàn)出來(lái)的，主要發(fā)生在雨天特別是雨季。主要表現(xiàn)為：(1)雨水滲人表面層，使瀝青混合料長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài)，在行車(chē)荷載的反復(fù)抽吸作用下，使得集料表面的瀝青薄膜被剝落松散，產(chǎn)生坑洞。(2)自由水透人表面層后較長(zhǎng)時(shí)間滯留路面內(nèi)，使瀝青與碎石的粘結(jié)力減弱。在行車(chē)荷載作用下，滯留在面層下部的水使礦料、特別是粗粒碎石表面裹覆的瀝青膜逐漸剝落，使瀝青混凝土的強(qiáng)度逐漸損失，產(chǎn)生松散，坑洞、網(wǎng)裂。輪下松散的瀝青混凝土產(chǎn)生壓縮形變和剪切形變，向兩側(cè)擠出，使輪跡帶下陷，兩側(cè)鼓起，形成嚴(yán)重車(chē)轍。(3)水透過(guò)瀝青面層滯留在半剛性基層頂面，在大量高速行車(chē)作用下，自由水產(chǎn)生很大的壓力并沖刷基層混合料表層的細(xì)料，形成灰白色漿，繼而產(chǎn)生唧漿、坑洞、網(wǎng)裂和變形。(4)雨水浸入各結(jié)構(gòu)層的層間，破壞路面結(jié)構(gòu)層間接觸條件，使路面結(jié)構(gòu)的受力狀況惡化，最終導(dǎo)致松散、坑槽和唧漿等早期破壞。

　　此外，我國(guó)高速公路集料離析嚴(yán)重，即在路面一定的區(qū)域內(nèi)，粗、細(xì)集料不均勻，偏離了設(shè)計(jì)級(jí)配，瀝青含量不均勻，偏離了設(shè)計(jì)的最佳瀝青用量，從而使該區(qū)域內(nèi)的瀝青混合料實(shí)際配合比與設(shè)計(jì)的配合比嚴(yán)重地不一致。粗集料集中的部位空隙率過(guò)大、瀝青含量偏小，混合料的拉伸強(qiáng)度低，抗裂性能差，易導(dǎo)致開(kāi)裂、坑槽;細(xì)集料集中的部位則瀝青含量偏多，空隙率過(guò)小，易導(dǎo)致車(chē)轍、泛油。

　　4.1我國(guó)高速公路空隙宰不臺(tái)理的原因

　　造成我國(guó)高速公路路面實(shí)際空隙率不合理的原因很多，大致可歸納為設(shè)計(jì)和施工兩個(gè)方面。

　　5設(shè)計(jì)原因轉(zhuǎn)自環(huán)球網(wǎng)校edu24ol.com

　　(1)現(xiàn)行規(guī)范對(duì)壓實(shí)度控制有缺陷，用馬歇爾密度作為檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不能真實(shí)地反映路面的實(shí)際壓實(shí)狀況。路面壓實(shí)度計(jì)算公式R=P/Pd;試中：式中P為現(xiàn)場(chǎng)取芯密度，Pd為施工當(dāng)天取樣的馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)密度。Pd受溫度影響顯著，稍微降低一點(diǎn)拌和溫度和壓實(shí)溫度就可得到較低的馬歇爾密度，以這樣的密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度，即使達(dá)到了96%的壓實(shí)度，實(shí)際路面的密度仍偏低，空隙率偏大。

　　(2)現(xiàn)行規(guī)范馬歇爾密度96%的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)偏低，加上部分高速公路表面層采用H型瀝青混凝土，其設(shè)計(jì)空隙率偏大。規(guī)范規(guī)定室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)密度馬歇爾空隙率VV，則現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)際空隙率，VV‘=Kx VV十(1—K)xloo按壓實(shí)度計(jì)算，則對(duì)于設(shè)計(jì)空隙率為3%—6%I型瀝青混凝土，現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)際空隙率為6.88%—9.76%;設(shè)計(jì)空隙率為4%。10%H型瀝青混凝土，現(xiàn)場(chǎng)路面實(shí)際空隙率為7.84%。13.6%。

　　(3)瀝青混合料類(lèi)型與路面結(jié)構(gòu)層厚度不匹配，由于集料最大粒徑過(guò)大，大粒徑集料偏多，造成混合料容易離析、壓實(shí)困難、空隙率偏大。

　　(4)混合料設(shè)計(jì)采用馬歇爾法，試件的空隙率與路面的空隙率不一致。例如沒(méi)有考慮施工中混合料老化，用計(jì)算法計(jì)算理論密度沒(méi)有考慮集料對(duì)瀝青的吸收等。美國(guó)對(duì)不同老化時(shí)間的集料做過(guò)試驗(yàn)，證明老化時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)瀝青混合料的理論密度有較大影響。據(jù)美國(guó)MS—2計(jì)算，是否考慮集料對(duì)瀝青的吸收，試件空隙宰相差1.5%—2%。

　　(5)對(duì)影響空隙率計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的最大理論密度和試件實(shí)測(cè)密度沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)定，而采用不同的測(cè)量和計(jì)算方法得到的空隙率的計(jì)算值相差0—4%。

　　5.1　施工原因

　　(1)施工單位對(duì)壓實(shí)度的重要性認(rèn)識(shí)不夠，只注重路面平整度要求，導(dǎo)致瀝青混合料壓實(shí)度不夠，使原本空隙率較大的II型瀝青混凝土的現(xiàn)場(chǎng)空隙率更大，也使I型瀝青混凝土空隙率偏大。

　　(2)路面施工技術(shù)和管理水平不高，離析嚴(yán)重，壓實(shí)溫度偏低，使路面混凝土不均勻，局部空隙率過(guò)大，局部空隙率過(guò)小。

　　6結(jié)　論

　　空隙率是瀝青混合料一個(gè)非常重要的體積指標(biāo)，適宜的空隙率至關(guān)重要。由于設(shè)計(jì)、施工等原因造成我國(guó)路面實(shí)際空隙率大都處于5%。15%不利范圍，加上我國(guó)路面設(shè)計(jì)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(yán)重?？障堵什缓侠硎窃斐晌覈?guó)高速公路早期破壞的主要原因，也是我國(guó)高速公路早期破壞比國(guó)外出現(xiàn)更早的重要原因。針對(duì)這種情況，提出以下建議：

　　(1)我國(guó)現(xiàn)行馬歇爾設(shè)計(jì)法應(yīng)借鑒Superpave等國(guó)外最新研究成果，進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮施工中的混合料的老化、集料對(duì)瀝青的吸收對(duì)空隙的影響，采用空隙率指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)作為設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)，先確定試件的空隙率，以改變擊實(shí)次數(shù)來(lái)達(dá)到目標(biāo)空隙率。此外，馬歇爾的成型方法與道路施工中碾壓成型方法相差甚遠(yuǎn)，對(duì)空隙率的影響須進(jìn)一步研究。

　　(2)高速公路的瀝青面層，無(wú)論是一層、二層還是三層，都采用密實(shí)瀝青混凝土，并提高壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，上面層壓實(shí)度不小于98%，中面層和底面層壓實(shí)度不小于97%，以減小路面空隙率，并在半剛性基層上設(shè)置下封層，底面層下設(shè)瀝青碎石或級(jí)配碎石排水層，完善路面排水系統(tǒng)。施工中為準(zhǔn)確控制路面空隙率，增加現(xiàn)場(chǎng)空隙率指標(biāo)，并統(tǒng)一計(jì)算‘空隙率’標(biāo)準(zhǔn)，理論密度采用真空法實(shí)測(cè)，試件密度采用蠟封法測(cè)定。現(xiàn)場(chǎng)空隙率標(biāo)準(zhǔn)：表面層小于或等于6%，中面層或底面層小于或等于7%。

　　(3)5upe叩ave研究表明，瀝青結(jié)構(gòu)層厚度要求大于集合料最大公稱(chēng)尺寸的3倍，當(dāng)粗集料含量高時(shí)，這個(gè)比值應(yīng)更高。我國(guó)的瀝青路面結(jié)構(gòu)層偏薄，應(yīng)結(jié)合美國(guó)Su2peIpave的經(jīng)驗(yàn)，從我國(guó)實(shí)際出發(fā)，適當(dāng)加大瀝青面層的厚度。

　　(4)采用先進(jìn)施工設(shè)備如混合料再拌轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)、HIPAC壓路機(jī)等改進(jìn)施工工藝，加強(qiáng)施工管理，控制壓實(shí)溫度，加強(qiáng)壓實(shí)，減少離析，保證路面混凝土的均勻性。

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