湖南交通科技 第３７卷第４期 Ｖ０１．３７ Ｎｏ．４ ２０１１年１２月 ＨＵＮＡＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｄｅｃ．２０１１ 文章编号：１００８—８４４Ｘ（２０１１）０４—００２６—０４ 沥青路面压实度与空隙率的变异性及控制 陈智勇 。祝玉波 （Ｉ．长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙４１００１４；２．湖南省通泰工程有限公司，湖南长沙４１０００４） 摘要：压实度与空隙率的变异性影响着沥青路面的路用性能，是路面施Ｘ－验收的重要 评测指标，是保证沥青路面使用寿命以及达到设计要求的根本。结合道贺高速公路工程实际， 采用了施工中收集到的实验数据，对影响压实度和空隙率的各种因素进行了分析和总结，并提 出了减小压实度和空隙率变异性的建议。 关键词：沥青路面；压实度；空隙率；变异性；施工控制 中图分类号：Ｕ ４１６．２１７ 文献标识码：Ｂ 我国高速公路的建设和发展一直以来以一个较 很大影响。在铺筑沥青路面时，因为施工工艺、材 快的速度提升着，上世纪末期水泥混凝土路面建设 料、结构层类型、施工环境等因素是不可能完全相同 得比较多。但是最近几年来，沥青路面虽然强度和 的，所以在任何实际的施工过程中，都会有施工参数 使用寿命稍比水泥路面低，但是相比于水泥混凝土 的变异性存在。 路面也有其行车舒适、噪音较小、较安全且易于维修 的优点，所以在我国高等级公路的建设中得到了越 １ 现场钻芯取样数据以及分析 来越广泛的应用。但由于交通量的快速增长，并且 根据《公路工程质量评定标准》的要求，在沥青 重载交通所占的比例也越来越高，我国作为一个发 路面正常施工过程中，应按照每车道每２００ ｍ一次 展中国家，超载的现象是很普遍的，沥青混凝土路面 的频率在对应施工完的面层上取芯，同时测定芯样 的早期破损现象日趋普遍，且越来越严重。但是国 的密度和厚度，并取当天生产的沥青混合料测定理 内有某些公路的早期破坏并不是因为超载重载，而 论最大相对密度和实验室标准马歇尔密度来确定芯 是因为本身的施工质量问题。比如，天水至定西高 样的压实度和空隙率…，所以理论最大相对密度、 速公路，在建成通车后不到半年时间全路段路面就 标准实验室马歇尔密度、压实度、空隙率这四个指标 破坏相当严重，坑槽、裂缝、地基沉降到处可见。据 之间的变异性是相互关联的。其中，压实度和空隙 分析，关键是由路面空隙率过大、压实度不足而引起 率以及厚度等都是决定工程质量的重要因素。下面 的，同时施工监控没有做好。沥青混凝土的压实度 表１和表２分别是Ａ标和Ｂ标下面层与中面层压 对其抗疲劳强度、抗车辙能力、稳定性和耐久性都有 实度、空隙率变异性对比。 表１ Ａ标下面层与中面层压实度、空隙率变异性对比 收稿日期：２０１卜１Ｏ一１８ 作者简介：陈智勇（１９８７一），男，硕士研究生，主要从事沥青与沥青混合料方面的研究。 ４期 陈智勇，等：沥青路面压实度与空隙率的变异性及控制 ２７ 这三组数据都是来源于道贺高速公路路面施 工，通过钻芯取样进行检测试验所得。表１和表２ 是将下面层和中面层进行对比，因为Ａ标和Ｂ标是 两个施工单位，施工方面的变异较大，所以分开列出 来进行比较。 从表中可以看出来，中面层的变异无论是在压 性相关。 ２ 压实度的变异性分析 ２．１压实度控制的必要性 压实度对面层的路用性能以及使用寿命的影响 主要可以从防止出现车辙和防止水害两方面来看 待，车辙的出现影响行车的舒适性和安全性，而水损 实度还是空隙率方面来讲，都较下面层稳定，存在中 面层的变异系数要小于下面层的现象。 而压实度与空隙率之间是存在相关性的，下面 图１和图２分别是Ａ标中面层和下面层的压实度与 空隙率的相关性图。 害直接影响路面的使用寿命。而控制压实度，使之 达到规定的标准能有效的减小车辙和水损害的出 现，所以控制压实度是很有必要的。 ２．１．１防止车辙的出现 车辙是行车道的轮迹带上产生的永久变形，对 于半刚性基层沥青路面，永久变形主要由沥青面层 压密形变和沥青面层受向下的挤压而侧向流动变形 这两部分组成 。 我国相比较于发达国家，在高速公路上交通量 大、重车比例大，而且国内不少货车都存在不同程度 上的超载现象。因此，在渠化交通的条件下，尤其是 图１ Ａ标中面层压实度与空隙率的相关性 在每年的高温季节，沥青混合料的劲度和强度都大 幅度下降，从而在大量重车的反复作用下，轮迹带逐 渐变型，呈现下凹状态，而形成车辙。 据分析，就我国的半刚性基层沥青路面而言，沥 青混凝土路面产生车辙有９Ｏ％都是产生在面层部 分，而面层的大部分车辙都是产生在中面层。故控 制中面层的压实度能有效的减小车辙的产生。车辙 的产生是由于沥青混合料路面被压密，据统计，当路 面沥青混合料空隙率达到７％时，在高温重载的条 件下会产生比较明显的车辙。因此，控制面层的压 实度平均水平和变异性可以有效的减小车辙的出 图２ Ａ标下面层压实度与空隙率的相关性 现，尤其是控制好中面层的压实度。 ２．１．２防止水损害的产生 从上图可以明显的看出来中面层的压实度与空 隙率的相关性要比下面层的更加明显。中面层的相 关系数为－０．９４２ ２，下面层的相关系数为一０．９７２ ８， 可以看出来，压实度和空隙率可以近似的看做是线 沥青面层的压实度不足，而导致沥青混凝土面 层的空隙率大于设计现场空隙率，在面层混凝土内 部产生连通空隙的概率呈几何倍数变大。沥青混凝 湖南交通科技 ３７卷 土的连通空隙率过大，一旦降水，雨水就容易通过连 通空隙进入面层内部，甚至随着时间的推移还会渗 入到路基。当排水效果不佳时，在路面有积水或者 面层内部有自由水的条件下，因为高速行车所产生 的动水压力使面层水更加容易向下渗透，同时冲刷 基层混合料中的细料和胶结材料，而出现翻浆，同时 素有以下几点。 ２．２．１碾压速度 碾压是影响压实度最直接和最明显的因素。碾 压速度对于压实度的平均水平和压实度的变异性有 很大影响。碾压速度不能过快，因为速度过快会使 冲刷中部分材料流失使面层与基层出现脱空，致使 沥青面层局部形成网裂和形变，随着时间的推移，沥 青面层会慢慢产生坑洞，不但影响了行车效果，而且 压实度达不到要求。同时碾压速度也不能过慢，混 合料的温度是一直在降低的，过慢则会使混合料温 度过低的最后几次碾压没有明显效果。碾压速度要 均匀，速度不均匀会使路面不同地方的压实度不一 也为水害的进一步发展提供了条件。 样，平整度会有影响，压实度变异性也会增大。因 ２．２影响压实度的主要因素 此，应根据碾压层位和压路机类型在铺试验路时确 根据施工过程中出现的情况和已有数据以及资 定碾压速度和碾压工艺。经过大量的调查，压路机 料进行分析和总结，可以得出影响压实度的主要因 的碾压速度宜在表３的范围内。 表３压路机碾压速度 （ｋｍ·ｈ ） ２．２．２下层表面的平整度 料之间的空隙。因此，只有在适宜的温度下，混合料 在面层施工前，保证下面一层的平整度是很有 才会容易被压实。在混合料的运输过程中可以采取 必要的。当下面一层平整度变异性较大，在摊铺过 适当的措施保温，并且保证沥青混合料出场时温度。 程中不同横断面的混合料的厚度是不一样的，在相 最佳压实温度可以根据施工经验和试验路的铺筑来 同的压实功率下，压实度必然在混合料厚的地方要 确定。 比薄的地方小，从而使面层压实度变异性变大。因 ２．２．５混合料级配的变异 此，保证下表面层的平整度是很有必要的，对于面层 沥青混凝土的压实度还与其级配相关。道贺高 来说尤其是要保证基层的平整度。 速上、中、下面层都是用的粗型级配，级配如果有较 ２．２．３压实工艺 大的变化（变化达到施工控制允许值以外），会使此 各标段是根据铺筑试验段时所用压路机型号来 嵌挤型混合料因为矿料与矿料之间不能很好的相互 确定的碾压顺序和速度：ｌ—２＿＿４—１。首先是１遍 嵌挤在一起形成密实而使压实度偏小。这样的情况 钢轮静压稳压使混合料初步压实不致使沥青和集料 下，就算温度合适，多压实几遍也不可能达到理想的 颗粒分离；接着２遍钢轮振动压实（２ ｋｍ／ｈ）使混合 压实度。 料颗粒更好的相互嵌挤更加密实；然后４遍胶轮碾 压（４ ｋｍ／ｈ）揉搓使混合料中的沥青和集料进一步 ３ 空隙率的变异分析 的粘结；最后１遍钢轮静压（２ ｋｍ／ｈ）收尾用以去除 ３．１控制空隙率的必要性 胶轮碾压的痕迹并有效增加压实度。在压实过程 空隙率作为沥青混凝土的控制指标，在《沥青 中，钢轮和胶轮在不同的压实阶段分别有不同的作 混合料施工技术规范》中有一个明确的范围（根据 用。 气候条件和交通量等可以一适当扩大或缩小设计范 ２．２．４碾压温度 围），空隙率过大或过小都会对沥青混凝土的质量 沥青的形态和物理性能是随着温度的变化而显 造成影响。空隙率过大会造成面层出现渗水现象， 著变化的。因此，沥青混合料在碾压过程中要严格 进一步衍生出各种病害如松散、裂缝、坑槽、唧泥；如 控制其温度。温度过高和过低都会使混合料压不密 果空隙率过小，会在夏季高温和重载的作用下出现 实，在温度过高的情况下，因为沥青的胶结能力很 泛油现象。 小，不能和集料很好的胶结在一起，压完之后会回 沥青混凝土的空隙率对其使用寿命亦有很大影 弹；而当温度过低，沥青的流动性降低，不能填充集 响，空隙率过大，只是空隙内部充满空气，导致沥青 ４期 陈智勇，等：沥青路面压实度与空隙率的变异性及控制 ２９ 在空气的氧化作用下快速老化，从而使路面的使用 ４．３提高下层的平整度 寿命变短。 结构层下层的平整度越好，结构层的压实度变 表１为Ａ标段中、下面层钻芯所得试验数据， 异性就越小。提高下层的平整度，减小摊铺机摊铺 表２为Ｂ标段中、下面层钻芯所得试验数据，可以 后面层厚度的变异性。同时下层的平整度越好，摊 从中看出，因为空隙率和压实度是相关的，所以变异 铺机也就越平稳，从而可以减小混合料的离析。 性较小。两个标段在下面层的施工当中，加强了对 ４．４级配变异的控制 混合料生产和施工技术的控制，因此压实度的变异 级配的变异影响着压实度和空隙率，应该要重 性小，从而空隙率的变异性也较小。 视级配变异的控制，当实验室抽提筛分发现级配变 ３．２影响空隙率变异的因素 异较大时应该及时查找原因，根据实际情况调整拌 １）级配。空隙率的变异性和级配之间有着一 合楼各档粒径集料的送人量。对于压实度和空隙率 定的关系，在相同施工工艺和施工条件下当集料中 的变异来讲，关键是要控制大颗粒集料的含量。 粗料含量较多时，空隙率相对较大，当集料中细料含 量较多时，空隙率相对较小，但施工容易推移。如果 ５ 结束语 级配控制不好，会导致空隙率变异性较大。 在铺筑沥青路面时，因为施工工艺、材料、结构 ２）压实度。空隙率与压实度的变异性之间相 层类型、施工环境等因素是不可能完全相同的条件 关性很好，因为两者都是通过钻芯取样的室内马歇 下，压实度和空隙率的变异性是会客观存在的，因此 尔试验得出的。压实度与空隙率的相关系数如图ｌ 只能尽可能的通过各种控制措施来尽量减小其变异 和图２所示，从图中不难看出压实度和空隙率存在 性，从而提高路面质量。而压实度的变异性主要受 着相关系数接近负一的反线性相关。 施工碾压组合和碾压速度、施工温度、混合料级配、 ４ 减小压实度和空隙率变异性措施 混合料离析程度、下层平整度等因素的影响，所以可 以通过控制这些因素来控制路面的压实度和空隙 ４．１保证压实结构层厚度 率，以保证路面的使用性能和路面的使用寿命。 保证压实结构层厚度可以使沥青混合料在其温一 度还在可被明显压实的条件下就已经被压实达到设 参考文献： 计值。沥青面层厚度与公称最大粒径匹配，其保温 ［１］ＪＴＧ Ｆ４０－２００４，公路沥青路面施工技术规范［ｓ］． 效果就好，能有效的减缓温度降低速度，从而使压实 ［２］周继业，董占文，吴文海．沥青路面结构设计参数的变异性分析 ［Ｊ］．１９９７（８）． 时间更加充足。因此，控制压实层厚度并不是说一 ［３］蔡二伟．沥青混凝土路面施工参数变异性分析及控制对策［Ｊ］． 味的增加压实层厚度，根据松铺系数计算出的面层 现代交通技术，２００４（１）． 厚度最好是控制在设计值的附近，当厚度过大时，在 ［４］扈惠敏，沙爱民．沥青混凝土路面平整度变异性分析［Ｊ］．公路， 一定的压实功率下压实度必然难以提上来。厚度过 ２００４（８）． 薄，则有效碾压时间过短，压实效果也不佳。 ［５］江臣．高速公路沥青路面施工参数变异性分析［Ｊ］．中南公路 ４．２确定合适的碾压组合和碾压速度 工程，２００６，３１（４）：５５—６ｏ． ［６］吴亚中，万智，李跃军．新压实度标准下路基修筑中的几个问 在铺筑试验路时，根据施工机械和铺筑环境来 题［Ｊ］．湖南交通科技，２００５，３１（１）：１—３． 确定适合的碾压组合和碾压速度。在有条件的情况 ［７］付凯敏，闫其来，黄晓明．压实度对沥青路面抗车辙的影响［Ｊ］． 下可以选用进口的性能优越的大功率压路机，这样， 湖南交通科技，２００７，３３（３）：６—７． 在单位时间内的压实功率较高，既可以保证压实度 ［８］姚海龙．土路基压实度影响因素分析［Ｊ］．湖南交通科技，２００８， 平均水平，又可以减小其变异性。以一定速度的钢 ３４（２）：６５－６８． ［９］鲁正兰，袁志平，朱梦良．温度对沥青混合料空隙率的影响［Ｊ］． 轮振动压实和胶轮揉搓压实相互配合，以达到既能 中南公路工程，２００４，２９（１）：５１－５４． 保证压实度又节约能源的效果。