基于空隙率分布的沥青路面离析评价法的研究

陈小龙

（1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通节能环保技术交通运输行业研发中心，安徽 合肥 230088）

沥青路面离析主要分为两类：级配离析和温度离析。级配离析是指粗集料、细集料和沥青含量在此区域分布不均，这就导致沥青混合料的实际级配与设计级配不符，从而使得性能下降。空隙率越来越大，同时沥青含量越来越低，粗骨料积聚在一起，从而导致了早期水损坏。相反情况下，空隙率越来越小，同时沥青含量越来越高，细集料就积聚在一起，这就导致了早期车辙。

温度离析是指沥青混合料中温度不均匀，这也将导致性能下降。温度离析是沥青路面周期性离析的主要原因。研究表明，沥青的密度与摊铺温度有一定的联系。在发生温度离析的地方，沥青的密度分布也将变得不均匀。

1 沥青路面的现有离析评价法

由于缺少有效的离析评价方法，所以在很长的一段时间内一直使用并不可靠的目测法。路面结构检测法能科学而准确的反映路面离析，但是它不能反映温度离析的影响。美国国家沥青技术研究中心使用红外测温仪来测试铺筑期间的路面离析，但是红外测温法必须在路面铺筑期间才能进行，这就带来了很大的不便。

大量研究表明，两种形式的离析（级配离析和温度离析）都导致了空隙率的不均匀分布。因此通过测试空隙率的分布就可以评价沥青路面的离析。

2 基于空隙率分布评价离析程度

2.1 原理

空隙率是沥青路面的一个非常重要的体积特性。合理的空隙率是沥青路面能长期使用的保证。工程质量很好的沥青路面必须具有均匀分布的空隙率。同时，空隙率的分布能够影响两类离析。所以，可以使用空隙率分布来评价沥青路面的离析程度。

最近几年的大量研究表明：为了获得密级配沥青混凝土的初始压实度和长期使用性能，上面层的初始空隙率应不能超过6%，开放交通后的最终空隙率应超过3%；中面层和下面层的初始空隙率应不超过7%,开放交通后的最终空隙率应超过3%。所以在考虑辅助压实后，采用空隙率限制系数来确定离析程度，系数如表1所示。

空隙率限制系数 表1

然后，为分析沥青路面的离析程度，计算平均值和标准差并绘出经验频率分布图。

2.2 密度测量

空隙率影响沥青路面的密度。通过测量密度就可以反应出空隙率的分布。现有的密度测量有取芯密度测量和无核密度测量。取芯密度测量具有很高的准确性，但是它很耗时而且还将破坏沥青路面结构。然而，使用空隙率分布来评价沥青路面的离析程度需要一个充分、快速、准确和非破坏性的方法来获取数据。

无核密度仪每3s获得一个读数，并且偏差少于2%，持续工作时间超过12h。大量结果表明无核密度仪的读数与取芯密度具有很高的相关性，偏差少于40kg/m3。因此，采用无核密度仪能够达到离析评价所需的要求。

2.3 测量方法

每隔0.5m测量一条行车道宽11.75m的高速公路下面层的密度，距离内侧路缘石0.5m、1m、1.5m、…、11m。为了使空隙率分布具有代表性，每次的测量长度应该超过50m。

3 离析程度的评价

采用上述测量方法来测量某一高速公路断面A和B下面层的密度分布。根据沥青混合料的最大理论密度可以计算出空隙率分布情况，并记录在表2中。

离析程度的统计结果 表2

断面A和B空隙率的平均值和标准差如表3所示。

断面A和B空隙率的平均值和标准差 表3

从表2和表3可知，断面A的性质比断面B的性质要好得多。在断面B中，轻度和严重离析占47.4%，几乎一半；并且标准差比断面A大一倍，这表明离析是很严重的。

断面A和B空隙率分布的实验频率分布图如图1、图2所示。

为了分析断面B严重离析的原因，根据孔隙率分布图，行车道中间和边缘的空隙率很大，这导致了路面的严重离析。在施工过程中，如果摊铺机螺旋浆中的沥青混合料含量不合适，或者叶轮的位置不恰当，就会发生粗集料离析。在粗骨料聚集的地方，空隙率也变得越来越大。

4 结论

通过无核密度仪，使用空隙率分布来评价沥青路面的离析程度具有以下几个优点：

（横坐标：空隙率；纵坐标：频率）

①它可以直接反映出两类离析（级配离析和温度离析）的结果；

②使用空隙率分布来评价沥青路面的离析程度具有高速、准确和无破坏性的优点，而这达到了离析评价的要求；

③离析评价结果是准确和可靠的；

④使用离析区域草图能够帮助分析离析的原因。