高速公路沥青路面渗水性能摘要通过对三条在建高速公路沥青路面渗水系数的测试,分析得出沥青路面渗水性能与沥青混合料的类型、路面现场空隙率、结构层厚度及路面表面构造深度有关。

测试结果统计分析表明相同空隙率下,粗级配的混合料更易渗水;相同级配下,路面现场空隙率越大,表面构造深度越大,路面越易渗水;路面渗水系数随路面厚度的增加而减少;建议沥青路面渗水系数应作为高速公路施工中一项质量控制指标,并初步提出控制标准的建议值。

关键词:道路工程; 沥青路面; 渗水; 混合料类型; 现场空隙率; 构造深度; 厚度PERMEABILITY OF ASPHALT PAVEMENT ATEXPRESSWAYABSTRACTPermeability test was done at three express ways in 2001.Based on the test data, it is concluded that permeability of asphalt pavement is affected by mixture type, in place air void, thickness of layer and surface structure; coarse mixture is more permeable to water than dense one with the same in place air void. Increasing in place air void and surface structure c- an cause larger permeability; thicker pavement is less permeable to water; permeability shoul- d be worked as a quality control index, and a suggested control value is given based on the st- atistical analysis.Key words: road engineering; asphalt pavement; permeability; mixture type; in place airvoid; surface structure; thickness随着社会经济的发展,中国高速公路的建设进入了一个高峰期。

在建设过程中,道路工作者们积极总结成功经验,应用先进研究成果,使中国高速公路建设质量不断提高。

然而,在此过程中中国高速公路也出现了这样或那样的病害,其中最典型的是沥青路面的早期损坏。

沥青路面的早期损坏基本上都与水有关,主要表现为在通车后的第一个雨季,沥青路面出现不同程度的车辙、表面松散、坑洞等损坏。

这种现象在南方多雨地区尤其明显,并造成一定经济损失和社会影响。

因而,进行沥青路面的渗水试验,研究影响沥青路面渗水性能的各项因素,制定合适的控制标准,改善施工控制手段,为解决水损坏问题,保证沥青路面质量,延长沥青路面的使用寿命具有重要的意义。

为此,本研究对2001 年在建的三条高速公路沥青路面进行了渗水试验,并在试验点或附近现场取芯,旨在对沥青路面渗水性能的影响因素、控制标准等方面作初步的探讨。

一. 沥青路面渗水性能测试虽然道路工作者已逐渐认识到了沥青路面水损坏的危害性,但具体到对沥青路面渗水性能进行检测与评价,并制定相应的沥青路面渗水控制指标的工作并没有得到足够重视。

中国《公路路基路面现场测试规程》中虽列入了沥青路面渗水系数的检测方法,但渗水系数只作为反映路面沥青混合料级配组成的一个间接指标,并没有作为沥青路面质量检验评价标准列入施工技术规范或验收规范中,因而,这项检测在一定程度上并没有得到执行。

1. 测试仪器国外发达国家高速公路网已建成多年,但对沥青路面渗水的研究仍在进行中。

美国沥青技术协会(NCAT)比较了四种现场沥青路面渗水测试仪器,重点考察仪器测试结果的精确性、可重复性及测试方法的可操作性等方面的性能,最终推荐的路面渗水系数计算公式为12ln h al k At h ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦式中: k 为渗透系数; a 为水管截面积; L 为试件高度,现场测试时假设为测试层厚度;A 为试件截面面积,现场测试时假设为渗水仪内水与路面的接触面积; t 为渗水时间;h1 为测试开始时水头高度; h2 为测试结束时水头高度。

中国沥青路面渗水仪在参考了日本同类仪器结构的基础上,形成测试规程中的形式,渗水系数定义为沥青层一定面积在单位时间内渗水量。

相对于NCA T 的试验仪器及计算方法,中国沥青路面渗水系数物理意义更加明确,测试方法简单。

本次研究即采用中国《公路路基路面现场测试规程》所列方法测试沥青路面渗水性能。

2. 测试方法考虑到沥青路面渗水往往与离析、粗集料集中、压实度不足等有关[ 4 ～6 ],本次研究在测试沥青路面渗水系数的同时也测定这些指标。

为了使测试的渗水系数更好地代表沥青路面的实际性能,本次研究采用了如下测点选择方法。

2.1 路段选择(1)考虑沥青混合料类型对沥青路面渗水性能的影响,选择了同一结构层,相同集料最大公称粒径,不同级配的路段。

(2)考虑厚度对沥青路面渗水性能的影响,选择同一结构层,同一级配,不同厚度的路段,同时研究集料最大公称粒径与厚度的匹配关系。

(3)考虑压实度对沥青路面渗水性能的影响,选择同一结构层,不同路面空隙率的路段。

路面空隙率采用表干法测定,可以借用已取芯样的数据,或在渗水系数测定后在检测点处取芯测定。

(4)考虑构造深度对沥青路面渗水性能的影响,选择同一结构层,不同路面构造深度的路段。

路面构造深度采用铺砂法测定。

2.2 测点选择在摊铺机后面测三条线,分别为距摊铺带两边缘0.5 m ,及两线之间的中心线,定距离每隔10 m测一次。

也可在路段已取芯样点附近20 cm 处进行渗水情况测试,测点处的密度、空隙率、厚度等指标以芯样点代替。

二. 影响沥青路面渗水系数的因素1. 现场空隙率及混合料类型1.1 上面层本研究对在建的三条高速公路上面层进行了渗水试验,并在试验点现场取芯,对比现场空隙率与渗水系数的关系。

上面层混合料类型有A K13A 及SM A-13。

通过回归分析表明:现场空隙率和渗水系数存在相关关系(图1 、图2) ,一般随路面现场空隙率的增加,路面渗水系数呈增大趋势,但每条路的相关系数不同,且差异较大。

A K13A 相关关系最好的是连云港某标段,回归系数达到0.84,但三条高速公路A K13A 测点汇总到一起时,渗水系数与现场空隙率的相关系数只有0.35 左右。

相关度比较低的主要原因是在路面现场空隙率在8%以上时,渗水系数急剧增加,超过了模拟方程的增长速度;同时,在现场空隙率比较小的一些点出现了渗水系数比较大的现象,可能是这些点所处路面内空隙虽小,却相互连通,导致路面渗水较大。

由此也可看出,仅仅控制路面现场空隙率不能保证沥青路面不出现水分的大量渗入聚集。

从连云港某标段的关系图(图1)可以看出,当A K13A 的空隙率超过6 1 7%时，渗水系数迅速增加,转折点的渗水系数为50ml/min,因此在以渗水系数作为控制指标时,应考虑控制在50ml/min 以内。

若仅考虑路面现场空隙率作为控制指标时,对于A K13A 而言,应要求其不得高于7%。

表1 统计了三条高速公路上面层A K13A 的渗水试验数据。

在满足上面层现场空隙率要求的情况,有43.2%的点渗水系数大于20 ml/min,有21.6%的点渗水系数大于40 ml/min。

根据现有沥青路面施工水平,并综合回归分析和统计分析的结果,建议沥青上面层渗水系数的控制指标宜为40ml/min。

本次研究对SMA-13 面层渗水系数及压实度的测试仅选择了一个路段,由于该路段施工质量控制较好,测试点皆不渗水,因而无法得到压实度对SMA 路面渗水系数的影响关系式。

施工中可暂参考A K13A 渗水系数的控制指标。

1.2 中面层本研究测试的中面层沥青混合料类型有AC20 I及按Superpave 方法设计的混合料Superpave20。

中面层AC20 I 的数据分析同样表明(图3) ,随着空隙率的增大,渗水系数也增大,两者间存在关系。

但几条路的相关系数均较小,如连云港某标的相关系数只有0.297 。

原因可能是因为所测试路段中面层压实较好,现场空隙率基本在4%～7%以内,范围较窄,相对应的路面渗水系数也比较小,数据集中,无法找到合适的模拟方程。

表2 统计了几条高速公路中面层的渗水试验数据。

在满足中面层现场空隙率要求的情况,有28.7%的点渗水系数大于20 ml/min,有23 .4%的点渗水系数大于40 ml/min。

从统计分析的结果来看,建议中面层采用渗水系数作控制指标时,控制值宜为40ml/min 。

徐州某标Superpave20 的渗水系数与现场压实度之间的关系如图4 所示。

可以看出,当Superpave20 的现场空隙率大于6%时,渗水系数增加较快,因此对Superpave20 的压实度要求应适当提高,现场的空隙率宜控制在3%～6%。

1.3下面层对徐州某标Superpave25 下面层进行了渗水试验(图5)。

该段Superpave 路面压实度较好,空隙率小于6%时基本不渗水。

路面渗水系数与现场空隙率间的相关系数为0.789 。

从以上分析可以看出,沥青路面渗水性能与路面现场空隙率有一定的相关关系。

现场空隙率越大,路面渗水性也越大。

但对于不同的沥青混合料类型,出现较大渗水系数的现场空隙率也不相同。

按传统设计方法设计的A K13A 及AC20 I 级配,路面现场空隙率小于7%时,路面基本不渗水;对于按Superpave 方法设计的走禁区下边的Superpave20 及Superpave25 级配,路面现场空隙率大于6%时,路面渗水系数急剧增加。

本研究在测试路面渗水系数过程中发现一个有趣的现象,对于某测试点,若基本不渗水,则其渗水系数一般小于40ml/min,若出现渗水现象,则其渗水系数一般在100 ml/min 以上,处于40～100ml/min 之间的数据比较少。

同时,根据以上的三条路渗水系数的统计情况,建议A K13A 、AC20 I 渗水系数的控制指标宜为40 ml/min。

由SMA 13 、Superpave20 及Superpave25 数据较少,暂考虑采用同样的标准。

2. 构造深度为考察沥青路面表面离析对渗水性能的影响,本研究在测定路面的渗水系数的同时测试了测点附近路面的构造深度。

研究中以路面表面构造深度的变异性代表该处的离析状况,由于该方法是否合理可行还在探讨中,本文仅就路面渗水系数与构造深度的关系进行讨论。