浅析AC型HMA的空隙率及其控制

摘　要：AC型沥青路面的体积指标是影响着道路质量的重要参数，其中空隙率较为重要，它直接影响了路面的高温性能，水稳定性，抗老化性，疲劳耐久性。因此，应该合理控制空隙率的范围，来保证AC型路面的质量。

关键词：沥青混合料；空隙率；高温性能；水稳定性；抗老化性
1.前言
　　AC型沥青混合料是我国传统的路面材料，采用了连续密级配原理设计组成的矿料与沥青结合拌合而成，这种结构的沥青混合料经压实后，密实度较大，水稳性、低温抗裂性和耐久性较好，是我国广泛的应用的沥青混合料。其体积特征参数有密度、空隙率、矿料间隙率和沥青饱和度等指标表征，这些参数反映了压实后沥青混合料组成成分之间的质量和体积关系，是配合比设计中关键的参数。同时，沥青混合料的路用性能也较大程度依赖于这些体积参数。
　　AC型沥青混合料的空隙率，沥青饱和度和矿料间隙率对路用性能有着显著影响，其中空隙率是沥青混合料的关键因素。大量事实表明，AC型沥青混合料的空隙率大小直接影响着混合料的高温稳定性，水稳定性，抗老化性。在我国，AC型沥青混合料的空隙率一般为3%~5%，在不同的级配设计中，可以做适当的调整。经过大量的实践经验，一般其设计空隙率为4%，这个空隙率不能过大也不能过小，这是因为：1）当其设计空隙率过大时，路面会出现渗水，造成水稳定性不足。2）当其设计空隙率过小时，一般沥青混合料的空隙率小于3%时，沥青路面会出现车辙，泛油等病害，造成高温稳定性不足。由此可见，沥青混合料的空隙率应该控制到合理的范围之内。
2.空隙率对AC型HMA的高温性能的影响
　　AC型混合料是典型的粘-弹-塑性材料，在高温条件下，经过车辆荷载的长时间作用，会出现明显的变形，形成车辙等病害。当AC型HMA的空隙率过小，在高温的车辆荷载下，沥青结合料软化，体积膨胀，从而向两侧发生流动变形，形成车辙现象。在实际的道路上，出现积水，积冰等安全隐患。在美国的阿肯色州的相关研究表明，热拌沥青混合料的设计和施工应使现场空隙率保持在2.5%以上。在国内试验经验中，车辙深度和空隙率的变化曲线可知，存在一个稳定性最好的空隙率。目前广泛认为其空隙率不应小于3%。同样，当空隙率过大的时，路面结构不足，在压实和荷载的时候，同样出现车辙的现象。在我国的沥青混合料施工规范中要求，现场的施工空隙率应该保持在8%，在不小于沥青混合料最大理论密度的92%的压实度标准下，经过一到两年的行车下，空隙率能够达到4%的设计要求。这样，通过空隙率的控制，来遏制和消除车辙的现象。
3.空隙率对AC型HMA的水稳定性的影响
　　 AC型混合料的水稳性除了与沥青的粘附性、沥青膜厚度有关外，还受其压实的空隙率大小的影响。当空隙率较大时，外界的水分容易进入沥青混合料内部，在行车荷载的压力下，形成高压水冲击，造成沥青与集料的相对移动或者剥落。空隙率还直接影响到AC混合料的排水的效果，在低温季节和冰冻地区，混合料内部的积水冻胀而造成路面破坏。因此，对于AC型混合料的主要主要指标是混合料的设计空隙率和路面实际的空隙率。在浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂的实验规律表明，AC混合料的稳定度和空隙率有着明显的负相关性，但是，考虑到车辙和构造深度等因素，空隙率也不能过小。根据美国最近对Superpave的综合研究，对于高等级公路应用的AC路面，其设计空隙率应为4%左右较为合理。
4.空隙率对AC型HMA老化性的影响
　　如图1所示，可看到沥青路面回收沥青的针入度和其混合料的压实空隙率的曲线关系，随着沥青混合料的压实空隙率增大，其针入度减少，老化的程度增加。这是因为混合料的空隙率越大，环境介质对沥青的作用就越强烈，其老化程度也就越高。因此结合其它各个因素，尽可能的降低空隙率，减少阳光、雨水通过空隙进入混合料内，减少沥青的氧化和剥落。目前认为，AC型混合料的施工后空隙率应该小于8%，来减缓沥青氧化，减少沥青混合料得裂缝和松散现象，提供较好的路用性能。
5.空隙率对AC型HMA的疲劳耐久性的影响
　　路面在使用期间经受行车载荷的反复作用，长期处于应力应变不断变化的状态，致使路面结构强度逐渐下降。当载荷重复作用超过一定次数以后，在载荷的作用下路面内部产生的内应力就会超过其强度下降后的结构抗力，使路面出现裂纹，产生疲劳断裂破坏。通常把材料出现疲劳破坏时的应力作用次数称为疲劳寿命。路面的空隙率对疲劳寿命影响很大，一般情况下，沥青路面的空隙率大，将加速沥青老化，使路面产生严重的车辙及开裂，耐久性降低。空隙率对不同沥青混凝土的疲劳寿命的影响程度有较大差别。如图2所示的实验数据表明：AC混合料的疲劳寿命随空隙率的降低而显著增大。
型HMA的空隙率影响因素
　　对AC型路面空隙率的影响因素有很多个方面，大致可以总结为内因和外因两个方面：1）内因包括了AC混合料的级配设计、油石比大小、矿粉的含量、矿料和沥青自身的属性等因素。由图3可知，在AC-13的混合料在同一个成型温度下，随着油石比的增大，空隙率成减小的规律；对于不同的油石比，空隙率和成型温度变化基本趋势一致，即随着温度的降低，而空隙率增大，而且实验数据表面，在130℃以下时，空隙率变化幅度更加明显。2）外因则指的是外界环境和人工的影响因素，具体包括了压实工艺、压实温度以及路面施工时的人为因素等，此外，施工过程中出现施工变异以及混合料离析，也容易造成局部路段空隙率偏大。
7.结语
　　AC混合料的空隙率与路用性能有着密切的联系，因此，要提高AC型混凝土路面的性能、延长使用寿命、减少经济损失和社会负面影响，就需要严格控制其空隙率达到合理的范围之内。
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