迟福桥，韩玉成

（中交一航局第二工程有限公司，山东 青岛 266071）

沥青路面的空隙率是沥青路面设计与施工验收的关键性指标之一，这是因为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等来表征。

1 背景

哥斯达黎加32 号公路修复与扩建项目是中美洲洲际公路中大西洋走廊的主要干线，运输非常繁忙。全年日照变化相差不到1 小时，这就意味着在哥斯达黎加全年的温度都非常稳定。

设计依据AASHTO 1993 路面设计指南和哥斯达黎加当地要求，确定本项目主线、互通和PSV 采用高性能沥青混合料面层，上面层为5cm 的SUP-13 高性能沥青混合料，公称最大粒径为12.5mm。

2 沥青路面上面层配合比简述

2.1 基质沥青及改性

基质沥青采用哥斯达黎加当地公司（AC-30）的沥青，改性剂采用墨西哥厂家的Elvaloy® 5170 丁苯橡胶SBR 改性剂（掺量为1.5%）和PPA 多聚磷酸稳定剂（掺量为0.2%）。

根据当地计算分析系统哥斯达黎加国家试验室对区域性能等级定为PG76-22，如图1 所示。

图1 沥青混合料性能等级划分图

2.2 沥青骨料及填料

SUP-13 沥青混合料配合比集料采用河料通过颚破+反击破生产。通过沥青拌合站热料振动筛分为0～3mm、3～6mm、6～11mm、11～16mm 四档热料进行拌合，填料使用当地石灰岩质矿山开采的碎石进行加工磨细作为填料。

2.3 沥青混合级配

沥青上面层混合级配如图2 所示。

图2 上面层混合料级配曲线图

3 压实沥青混合料汉堡车辙试验方法

压实沥青混合料汉堡车辙试验方法是美国国家公路与运输协会为了测试沥青混合料车辙和受潮等原因引起的过早破坏的敏感性程序。由于浸水条件并且轮辙次数高为20000 次，可以间接地反映出现场沥青路面由于空隙率原因所导致的路面耐用性指标。计算总变形量、剥落斜率和剥落变形拐点来评价沥青混合料的抗水损坏性能，使用蠕变斜率来评价沥青混合料的高温抗车辙性能。

汉堡车辙仪器是直径203.2±2.0mm，宽47±0.5mm的钢轮放在试样的中心点上方，钢轮的负载为703±4.5N，钢轮在试样上做往复运动，钢轮每分钟通过试样52±2 次，在试样上钢轮的速度为0.305±0.02m/s；保存数据。如图3 所示。

图3 汉堡车辙根据曲线斜率确定车辙次数图

4 沥青路面上面层空隙率选择及影响

沥青路面的空隙率是影响其路用性能的一个重要指标，一般来说沥青路面使用寿命的减少是由于现场压实的压实密度过低（由漏压或压实遍数过少）而使空隙率变大。对于层厚比较薄的上面层，NCAT（美国国家沥青技术中心）强调了保持摊铺机熨平板高度一致的重要性，并且需要在混合料冷却前碾压完成，首先要控制好现场热拌沥青混合料的空隙率，其次是粗骨料的比例和沥青混合料的矿料间隙率（VMA）。随着粗骨料比例的增加，渗透率增加，但在空隙率一定的情况下，随着沥青混合料的矿料间隙率（VMA）的增加而降低。所以Brown 等人2004 在NCHRP（美国国家公路合作研究计划）报告的531 中提到，随着高性能沥青方法在1994年美国公路机构报告中增加了关于生产不透水沥青路面所需的现场空隙率，表明现场的空隙率范围必须介于3%～8%之间。

在对碾压完成后的施工路段用钻机进行取样，进行空隙率检测时选用直径不小于101mm 钻头，检测沥青路面永久变形时选用直径150mm 钻头。

通过对哥斯达黎加32 公路施工工艺相同的路面取芯检测永久变形按照AASHTO T324 压实沥青混合料汉堡车辙试验进行统计，如图4 所示：

图4 汉堡车辙数据统计图

通过上表可以看出沥青路面的空隙率对路面的使用性能非常重要，此试验数据表明在沥青路面空隙率高于7%后，沥青路面的使用寿命开始呈现减少趋势，而沥青路面空隙率高于10%，沥青路面的使用寿命将出非常明显的下降，降低了沥青路面的耐用性，随之而来的就会使路面出现松散、坑洞等病害。

当沥青路面空隙率低于2%时，由于沥青路面内部的自由沥青在较高的气温受热膨胀，会导致沥青路面出现泛油状态，这会造成路面摩擦系数较小，对行车安全构成严重威胁，而且面层的沥青含量越来越少，最后导致路面损坏。

考虑到项目所在区域属于高温气候，在空隙率达到2%时路面容易出现路面损坏，为保证常年高温下自由沥青在沥青路面内部的膨胀空间，应使空隙率控制在2.5%以上。另从空隙率与车辙变形关系图（图5）中可以看出在空隙率在10%时永久变形变化还在控制范围内，但是由于所在项目区域气候条件是降雨比较多的路段所以应严格控制，控制空隙率最大为9%。而CR2010中表示现场空隙率控制在3%～8%之间是可以接收。

图5 空隙率与永久变形关系图

5 沥青路面空隙率对现场的应用

根据上文试验结论可判断出SUP-13 沥青面层空隙率在3%～8%是可以接受的，而在空隙率2.5%～3%和8%～9%必须钻取直径为150mm 的芯样用于汉堡车辙测试（AASHTO T324），如不合格必须铣刨。

而沥青下面层SUP-19 中空隙率在2.5%～3%钻取直径为150mm 的芯样进行APA 永久变形测试（AASHTO T340）结果符合要求后，在铺设SUP-13 沥青之前，在该区域铺设玻纤格栅，如果结果不符合，则必须进行处理。空隙率在8%～9%之间直接在该区域铺设玻纤格栅然后铺设SUP-13 沥青即可。一般选用弹性模量较小的玻纤格栅因其自身具有强度高、伸长率低、耐高温、重量轻、韧性好、耐腐蚀、寿命长等特点。增大玻纤格栅的弹性模量会增大沥青层底的应力，模量越大，裂缝尖端的应力会越小，一般不采用。作为强度高、韧性好的玻纤格栅，其作用是抑制应力，释放应变，同时作为沥青路面加筋材料，提高两层结构的抗拉和抗剪能力，从而达到减少裂缝的目的玻纤格栅在沥青路面夹层中，能够将上述的压应力与拉应力分散，在两块受力区域之间形成缓冲带，在这里应力逐步变化而不是突变，减少了应力突变对沥青面层的破坏。同时玻纤格栅的低延伸率减小了路面的弯沉量，保证了路面不会发生过渡变形。耐高温车辙，在沥青路面夹层中使用玻纤格栅，其在沥青面层中起到骨架作用。沥青混合料中集料贯穿于格栅间，形成复合力学嵌锁体系，限制集料运动，增加了沥青面层中的横向约束力，沥青面层中各部分彼此牵制，防止了沥青面层的推移，从而起到抵抗车辙的作用。

此方法已得到哥斯达黎加当地监理认可，并开始实施。

6 结论

在国内不管是上面层还是下面层都使用车辙试验机来检测动稳定度，在我国南方地区夏季持续高温，降雨量大，只是考虑到高温车辙没有考虑到路面浸水的条件，而汉堡车辙试验方法是在浸水条件下检测，既能评价上面层的抗水损害性能，也可以评价高温抗车辙性能，这是可以推广应用的。

沥青混合料生产因骨料级配变化原因会导致空隙率有差异，若要将沥青路面实现较小差异，前期应考察沥青的骨料级配必须进行控制其稳定单个级配不能相差太大，试验室需要特别关注沥青混合料理论最大相对密度。

现场采用核子密度仪检测压实度并对其取芯检测空隙率两者进行对比，严格控制沥青路面空隙率，现场空隙率控制范围宜在5%左右，现场确定碾压遍数后不得随意更改。