２０１３ Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．４ 林业科技情报 浅谈孔隙率对沥青路面的影响 王洪梅 郝刚 （哈尔滨海航地理信息工程有限公司） （黑龙江省林业设计研究院） ［摘要］ 沥青混合料的孔隙率是一个重要的设计参数，其对于沥青路面的强度和使用性能有着重要的影响。在施工时，由 于施工条件和设备的影响，不可能达到设计的孔隙率，于是一般要求用压实度作为施工时的一个控制指标，将沥青路面施工 后的孔隙率控制在一个可接受的范围。在路面使用的初期，必然会有一段时间处于未完全压实工作状态，这种工作状态下， 沥青路面能够提供的是未完全稳定的早期强度。在设计时，需要对比多个级配的混合料，确定合理的早期强度。 ［关键词］ 孔隙率；水损害；沥青路面；早期强度；压实度 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ Ｏｎ Ｔｈｅ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｐｏｒｏｓｉｔｙ Ｏｎ Ｔｈｅ Ａｓｐｈａｌｔ Ｐａｖｅｍｅｎｔ Ｗａｎｇ Ｈｏｎｇｍｅｉ （Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｈａｉｈａｎｇ） Ｈａｏ Ｇａｎｇ （Ｆｏｒｅｓｔ Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ Ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｏｆ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｄｅｓｉｇｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍ— ａｎｃｅ ｈａｓ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｍｐａｃｔ．Ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｐ— ｍｅｎｔ，ｉｔ ｉｓ ｉｍｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｎｇ ｐｏｒｏｓｉｔｙ．Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ａ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｄｅｘ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｐｏｒｏｓｉｙｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ ａｎ ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ ｒａｎｇｅ． Ｉｎ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔａｇｅｓ ｏｆ ｐａｖｅｍｅｎｔ，ｉｔ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ａ ｐｅｒｉｏｄ ｏｆ ｔｉｍｅ ｉｎ ａｎ ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｓｔａｔｅ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， ｈｔｅ ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｉｓ ｎｏｔ ｆｕｌｌｙ ｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ ｓｔａｂｌｅ ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄ ｔｉｍｅ，ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｇｒａｄｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ａ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｏｓｉｙｔ；ｗａｔｅｒ ｄａｍａｇｅ；ａｓｐｈａｌｔ ｐａｖｅｍｅｎｔ；ｅａｒｌｙ ｓ￣ｅｎｇｔｈ；ｃｏｍｐａｃｔｎｅｓｓ １ 背景 成、变化和影响因素，为沥青路面的设计施工提供 近些年来，我国经济快速发展，公路里程不断 指导及参考。 增长，沥青路面具有施工方便、行驶舒适等优点， ２国内外应用和研究现状 自然备受宠爱，成为我国各等级公路的主要路面结 ２．１ 空隙率 构形式。然而，随着交通量的迅猛增加，沥青路面 空隙率对路面性能的影响之大，自然成为人们 早期破坏却频繁发生，沥青路面早期强度的形成和 关注的焦点。热拌混合料试件在最佳沥青用量时的 变化逐渐成为一个急需解决的问题。然而，目前对 空隙率，大部分机构建议在３％～５％。规范中规 沥青路面的早期强度的研究尚属空白¨－２］。 定空隙率需要和施工中压实后空隙未被沥青填充的 造成人们对沥青路面早期强度缺乏认识的原因 情况相一致。压实沥青混合料的空隙率（ＶＶ）是 很多，但主要还是沥青路面与水泥路面的差异性很 混合料设计的关键指标。多年积累的研究成果与工 大，沥青路面的早期强度变化没有水泥路面来的显 程经验如下： 著。但我们可以想象到，由于沥青路面在施工完成 （１）当ＶＶ＜３％时，沥青路面发生车辙的概 后很快就通车，在路面使用的初期，必然会有一段 率增高。 时间处于未完全压实工作状态，这种工作状态下， （２）当ＶＶ＞５％时，沥青路面的冻融稳定性 沥青路面能够提供的是未完全稳定的早期强度。因 急剧增大，路面结构强度很快降低。 ． 而，在未完全压实的情况下，沥青路面往往易出现 （３）当ｖＶ＞７％～８％时，沥青路面的渗水性 各种损坏 Ｉ５ 。 急剧增大，容易导致路面早期水损害。 因此，有必要探究沥青路面的早期强度的形 （４）当ＶＶ＝８％一１２％时，由于混合料中空 ・１０４・ 林业科技情报 ２０１３ Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．４ 隙虽多，但尚未连通，渗进的水分停留于路面的空 隙中难以排除，沥青路面处于水饱和状态，车轮荷 存在着变异性。首先，压实度与下层表面的平整度 存在相关性，在下层表面凹凸不平的情况下碾压， 碾压层的厚度就是不均匀的，但碾压设备的速度和 能量是不变化的，所以不能保证面层压实度的一致 载将在路面中产生很大的动水压力，容易导致路面 发生水损害。由此可以判断，Ｗ＝８％～１２％是极 为不利的情况，也是可以人为避免的，目前这种情 况还是ＡＣ类沥青面层的主要病害之一。 性；其次，混合料的配合比设计，影响混合料的骨 架的致密程度和稳定性，对压实性能的影响也是不 （５）当ＶＶ＞１５％时，由于混合料中的空隙己 经连通，降水渗入路面后，能迅速从横向排出。现 在比较流行的开级配抗滑表层（ＯＧＦＣ），设计空 可忽视的。而沥青用量对沥青混合料的压实性能也 有很大影响；再次，合适的碾压工艺，即合理的机 械组合、合理碾压速度及足够的碾压遍数是良好压 隙率达到１５％一２４％，不仅具有良好的排水抗滑 功能，还能有效减少噪音污染。国内外密实型沥青 混合料，包括连续级配沥青混凝土，ｓｕｐｅｒｐａｖｅ混 合料，ＳＭＡ混合料等，从高温抗变形特性与防止 路面渗水两方面考虑，设计空隙率一般为３％～ ５％，竣工时路面空隙率要求≤７％，ＳＭＡ路面竣 工时要求≤６％。。 。 压实试件的密度试验规程上有４种，即水中重 法、表干法、蜡封法及体积法。因此在工程中，至 少有（２＋３）×４＝２０种计算空隙率的方法。很多 学者都曾对空隙率的测量进行了研究，提出了采用 两种或多种集料和试件密度加权平均的计算方法， 使之更加准确。不过，以目前的技术手段尚不能得 到真实值。 ２．２压实度与空隙率 压实度是沥青混凝土面层施工控制中的重要指 标。充分压实后的路面在强度和持久性方面都有很 好的表现。压实对增强道路路面的使用性能和延长 寿命非常重要。面层的压实度不足，则在使用过程 中可能产生车辙（辙槽）、裂缝、沉陷和水害，也 可能使整个路面产生剪切破坏。但实际施工的压实 度与设计之间存在差距，这种变异性，导致部分路 面出现早期损坏。 密实度直接影响面层的强度、刚度和稳定性。 调查结果显示：沥青混凝土的压实度越大，密实度 就越大，相应的空隙率就越小，如某种沥青混凝土 室内标准马歇尔试验的毛体积密度为２．５０％／ｃｍ ， 空隙率为４％，则其最大理论密度为２．６０４ｇ／ｃｍ 。 不同压实度下沥青混凝土的空隙率如表１。 表１ 沥青混凝士空隙率与压实度的关系【’ 压实度Ｋ／％ ９３ ９４ ９５ ９６ ９７ ９８ ９９ １００ 空隙率ＶＶ／％１０．７ ９．８ ８．８ ７．８ ６．９ ５．９ ５．０ ４．０ 从表１中可以看出，空隙率随压实度的减小而 增大，压实度从９８％减小到９７％时，空隙率增 大１．０％。 空隙率与压实度密切相关，然而压实度本身也 实度的保障；最后，碾压温度是影响沥青混凝土密 实度的最主要因素。沥青混合料在温度越低的情况 下，其塑性变形性能越差，碾压时温度过低会影响 压实平整效果。 ２．３ 空隙率与水损坏 近年来高等级沥青路面水损坏的频繁发生，沥 青的透水性研究越发引起大家的兴趣。空隙率在很 大程度上决定着沥青路面透水性能，空隙率越小， 沥青层的透水性也越弱。但是沥青混合料的级配、【Ｉ－ｕ一目．＿Ｉ目Ｊ／ 集料颗粒形状等因素都会对透水性能产生较大 加∞６ ５ ４ ３ ２ １ ∞∞∞∞ｏ 影响。 Ｏ ５ １Ｏ ｌ５ 空隙率，％ 图１ 沥青混凝土透水系数Ｐ 一空隙率图Ｌ Ｊ Ｚｕｂｅ就密集配沥青混合料空隙率与透水性的 关系进行了研究，Ｂｒｏｗｎ和Ｃｏｌｌｉｎｓ等就乔治亚州的 离析混合料进行了研究。８％的空隙率是透水性急 剧增长的拐点。当空隙率小于７％时，沥青面层透 水系数非常小，路面几乎不透水；大于８％后，透 水性能会急剧增大。如图１水稳定性好坏反映了混 合料抗水损坏能力的强弱，直接关系到路面的各种 使用性能。沥青混合料水稳定性的试验评价方法很 多。其中比较著名的有Ｌｏｔｔｏｍａｎ试验（ＮＣＨＲＰ ２４６）和Ｍｏｄｉｉｆｅｄ Ｌｏｔｔｏｍａｎ试验（ＡＡＳＨＴＯ Ｔ２８３）。 前者开辟了以冻融循环的方式评价水稳定性的途 径，以后在前者的基础上对试件的泡水等方面进行 了改进，成为当前应用最广泛的评价方法。试件在 经历冻融循环的过程中会强度逐渐降低，主要因为 劈裂强度由两部分组成：矿料问的摩阻力和沥青混 凝土的粘聚力，其中粘聚力起主导作用而沥青混合 ２０１３ Ｖｏ１．４５ ＮＯ．４ 林业科技情报 料的粘聚力则取决于沥青一集料间的相互作用力和 １）集料的级配退化。沥青路面在行车荷载作用 ｚ 下，部分内部软弱的集料颗粒被压碎，造成了路面 ２ ０ ８ ６ 局部的混合料丧失嵌挤，路面的整体的级配退化； 沥青材料本身的粘结力。每次冻融循环都能使沥青 一溪 ４ ２ 集料问的粘附力受到损失，沥青本身的粘结力也 空隙率，％ 逐渐下降，所以试件的劈裂强度会不断损失。 ２）沥青的硬化。沥青混合料在拌合过程中会造成 沥青的硬化。 ２．４空隙率与强度 沥青混合料的强度普遍采用Ｍｏｈｒ—Ｃｏｎｌｕｍｂ理 论来描述。抗剪强度主要由两部分组成，其一是集 料颗粒问的内摩阻力；另一部分是沥青混合料的粘 结力，同法向应力无关，主要来源于沥青自身及其 集料的粘附力，如下式和图３所示。 图２密集配沥青混凝土的ＴＳＲ曲线 国内的研究显示，开级配沥青混凝土试件的劈 裂强度随空隙率的增大而成减小的趋势。国外研究 ８ ６ ｚ ４ 溪 ２ 者曾就密集配沥青混合料的空隙率一ＴＳＲ关系进行 过研究。如图２，密集配沥青混合料的空隙率一 ＴＳＲ曲线是一条凹形曲线，即空隙率较小和较大 时，ＴＳＲ值较大；而当空隙率介于４％～１０％之间 时，ＴＳＲ值较小。Ｔｅｒｒｅｌ认为空隙率较小和较大区 域的水稳定性好，而中间区域的水稳定性差，是水 损坏的危险区域。 图３厚尔圆图 马歇尔稳定度试验主要用于测量试件的破坏荷 载和抗变形能力。一些测量结果表明：沥青混凝土 的稳定度随着压实度的降低而降低，且在高压实度 时的变化幅度大于低压实度的变化幅度，如图４所 示。马歇尔稳定度的降低会影响沥青混凝土的高温 沥青混合料的耐久性主要表现在混合料的耐老 化程度上。混合料的老化主要由下述因素引起的： 抗车辙能力，产生路面早期破坏。 ’ ， ／５．Ｏ １０．Ｏ ９０ ／ ／ ９５ １０ｏ １０５ 空隙率，％ （ａ） 图４空隙翠一稳足腰关系圈 压实度，％ （ｂ） 各国的实践已经证明，单纯使用马歇尔指标预 估沥青混合料性能是不充分的，马歇尔仅是一种经 验性指标，即便混合料的马歇尔稳定度和流值都达 了抗拉强度在设计中的重要地位；其次，抗拉强度 试验简单方便，还对空隙率非常敏感，试验结果可 以与积累的相关研究进行对比分析；最后，在目前 到要求，车辙等破坏依然会发生。与之相比，间接 抗弯拉试验具有更多的优点：首先，沥青面层的抗 （弯）拉强度不足，一直是沥青路面损坏的主要原 因，目前的各种路面设计方法和设计理论中都把沥 青路面的抗（弯）拉强度作为主要的设计和验算 的路面强度理论框架下，抗拉和抗剪强度之问存在 相关性，在一定程度上抗拉强度体现了抗剪性能的 好坏。在宏观上，空隙率越大、强度越低。 ３ 总结 当前，国家为促进经济的发展，进一步加大对 内容，沥青混凝土本身耐压不抗拉的力学特性决定 交通方面的投资，高等级公路面（下转第１０７页） ２０１３ Ｖｏ１．４５ Ｎｏ．４ 林业科技情报 高程，支路人口点高程可以直接输入，也可以通过 处理方法：目前挡墙尺寸库中提供有四种挡墙 设置纵坡值进行计算。 类型。分别可通过挡土墙定义和立面设计俩种不同 （２）对于等高线，板块角点标高结果来说， 的设计方法来设置挡墙型式，也可通过“管理自 根据什么方法生成，可以在【基本参数输入】中 定义挡土墙”命令自己定义挡墙型式。 自由选择。但前提是图面上已经具备的控制点满足 设计时在动态拉坡时总是自动去选择起点，造 基本需要，即所谓的基本控制点，这些点可根据情 成无法拉坡。还有其他问题，比如路宽自动标注、 况，通过手工输入生成，也可以通过基本参数输入 道路标注等命令一运行，总是提示的“准备重生 这个界面生成。 成”，然后一执行命令整个图面就缩小到很大的 等高线快速转化时出现错误。离散点文本定义 比例。 时也只能定义部分离散点；以至于后面纵断面设计 处理方法： 是部分桩号的自然标高为０。 （１）在进行动态拉坡时把对象捕捉关掉，然 处理方法： 后进行拉坡。 （１）离散点文本定义只能定义部分离散点， （２）对于总是提示“准备重生成”图面缩小 查询一下未定义的离散点是什么属性，对应属性选 的问题，解决办法是把图整体的拷贝到新的图纸 择离散方式进行操作。 上，然后在进行道宽自动标注和车道标注就可 （２）离散点没有一次转化成功的，应该是原 以了。 始地形图中离散点有多个分层，而每操作一次，只 参考文献 能转化一个图层上的标高。分多次转化后再标高检 ［１］李兴才，邵振华，孟令辰．浅谈ＶＢ语言在道 查。若是有等高线，先“ｌｉｓｔ”查看属性后选择对 路设计中的应用［Ｊ］．林业科技情报，２００９ 应的方法，转化。后标高检查。 （２）：１３０． 加宽文件无法生成： ［２］赵文美，程培峰，于晓坤，刘海龙．利用数 处理方法：具体查看一下在进行超高加宽设计 字化技术采集公路地形数据的研究［Ｊ］．森 时，横断面形式界面中是否设置了加宽为“是” 林工程，２０１２，２８（３）：３４—３８． 设置完成之后，点击保存，后续在计算中程序会计 ［３］胡晓丰．浅谈城市道路的无障碍设计［Ｊ］． 算加宽文件。 林业科技情报，２０１２（３）：１１３． 挡墙布置时根据什么来选择挡墙形式： 来稿Ｅｔ期：２０１３—０８—２１ （上接第１０５页）积进一步增加。而在现行设计方 技术规范Ｊ］ｒＧ Ｆ４０－－２００４．北京：人民交通出 法下，建设的公路，均不同程度的出现早期损坏。 版社，２０００． 其中，车辙损坏对路面的影响最大。而车辙与沥青 ［４］Ｆ．Ｌ．罗伯茨，Ｐ．Ｓ．坎霍，Ｅ．Ｒ．布朗等 混合料的抗剪强度有着密切的关联。所以把抗剪性 著，余叔藩译．热拌沥青混合料材料、混合 能作为设计方法中的一个参数，还是很有必要的。 料设计与施工［Ｍ］．重庆：重庆交通科研设 可以通过高空隙率来模拟路面早期未被完全压实的 计院，２０００：８５—８７． 状态，并用合理的方法将早期强度纳入到设计方法 ［５］ＡＳＨＴＯ、ＦＡＡ、ＦＨＷＡ等．美国热拌沥青混 中。在设计时，可以用多个级配的混合料来比较， 合料施工手册［Ｍ］．北京：交通部公路科研 确定一个既具有较好的早期强度，又在整个使用期 所译，２０００：２９—３５． 限内表现良好的混合料。 ［６］沈金安．改性沥青与ＳＭＡ路面［Ｍ］．北京： 参考文献 人民交通出版社，１９９９：２０６—２１９． ［１］温化，卓丽环．基于层次模糊分析模型的居 ［７］汪浩，黄晓明．沥青路面施工压实度变异性 住区园林景观评价及应用［Ｊ］．森林工程， 分析及控制［Ｊ］．公路，２００３（６）． ２０１０，２６（３）：１４—１７． ［８］王旭东，应鹏程，何兆益．沥青混合料空隙 ［２］狄松巍，金鑫，王佳巍．现代生态园林景观 率的研究．重庆交通学院学报，２０００（４）： 建设要点浅析［Ｊ］．林业科技情报，２０１１ １ ８—２１． （２）：９２—９４． ［３］交通部公路科学研究所．公路沥青路面施工 来稿日期：２０１３—０６—０４
