芯样空隙率与路面水损害的影响规律

黄永光 江红 马林 张青山 张龙

摘 要：该文通过取芯检测沥青混合料的空隙率，采用高温浸水条件下的多轮车辙试验研究空隙率和沥青含量对路面水损害的影响规律。结果表明，行车带处上、中面层车辙深度明显大于路肩处的上、中面层的车辙深度；随着空隙率（空洞）的增大车辙深度有较为明显的增大；基于上、中面层空隙率的养护措施选择原则为：空隙率6%～8%，采用“中”强度养护措施；空隙率8%～12%时，采用“强”强度的养护措施；空隙率大于12%时，建议采用矫正性养护措施。研究成果为运营期沥青路面内部缺陷的判别及养护措施的制定提供了重要依据。

关键词：道路工程 沥青路面 空隙率 水损害 芯样

中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）03（c）-0026-04

在国内其他高速公路的进一步的调查发现，沥青路面水损害现象极其普遍，对路面结构的危害极大。另外，初期水损害具有隐蔽性，根据现有的《公路技术状况评定标准》（JTG H20-2007）中规定，主要检测路面损坏、平整度、车辙、抗滑性能和结构强度五项指标，很难判定路面初期水损害的发生与发展。这就需要一种全新的检测方法来对初期水损害的发生与发展进行相应的评价[1-2]。

该文通过取芯检测沥青混合料的空隙率，采用高温浸水条件下的多轮车辙试验研究空隙率对路面水损害的影响规律。

1 试验方法

CPN的全称为多轮旋转加载轮辙仪（Rotary Loaded Wheel Tester or Rutmeter）。CPN可以对直径100mm及150mm 的马歇尔试件、旋转压实试样以及钻芯取样的试件的干、湿两种状态在可控温度下进行重复性、稳定性高的车辙试验评价，更接近于路面实际状况。可以对路面各层抗车辙性能进行评价通过旋转的主动轮边缘设置10个小的从动橡胶轮，主动轮转动一周相当加载的从动橡胶轮对试件加载10次，如图1和图2所示。每个小轮配置为125 N，计算接触压强为0.69 MPa，有干湿两种运行模式。对于芯样的厚度选择，要求大于4 cm，试验温度64 ℃，评判标准为小轮运行16000次，试件车辙深度，或者试件车辙深度达6.35 mm时小轮运行的次数。

对芯样进行连续切割，从上面层开始连续切割上面层5 cm，中面层5 cm如图3，上、中面层分别进行试验。

2 试验结果分析

按照上述试验方法，对47个路肩处芯样的上、中面层，15个行车带芯样的上、中面层试件进行CPN试验。比较如下（CPN试验车辙深度单位为英寸转为国际单位制mm）。

根据表1可以清楚的看到：

（1）路肩的上面层的车辙深度明显小于中面层的车辙深度，这是由于上面层的材料抗车辙能力较中面层强，证明材料是决定路面抗车辙深度重要的因素。同时看出，此路段整体抗车辙性能良好，路况良好，这与用雷达波形图所判断结果一致（局部上面层有连续空洞，整体路况良好）。

（2）行车带的上、中面层车辙深度明显大于路肩处的上、中面层的车辙深度，即使行车带的上面层的车辙深度也比路肩处的中面层车辙深度大。

在路肩的47个芯样中其中16个计算空隙率为5%以下，31个计算空隙率（含空洞）为5%以上。

可以看出空隙率大于5%比空隙率小于5%的车辙深度大，因此随着空隙率（空洞）的增大CPN车辙深度有较为明显的增大，所以对空隙率与CPN车辙深度的关系进行拟合回归。

对路肩处上面层的47个数据进行剔除异常数据，对剔除异常数据后的38个数据建立空隙率与CPN车辙深度的关系（），得到图4。

其中横作标为空隙率，纵坐标为CPN车辙深度。

得到公式：

y=0.855e0.108x R2=0.684 （1）

从图4中可以看出：

（1）当空隙率<7%时，车辙深度集中在1.5 mm以下；

（2）当空隙率>8%时，车辙深度急速增长；

贾娟等（2004）进行了沥青混合料车辙试验方法比对分析，得出结论国际车辙RD（mm）与CPN有如下关系式[3]：

y=0.1205x+0.2499

R2 = 0.618 （2）

其中横作标为国际车辙深度RD（mm），纵坐标为CPN车辙深度。

结合图4与回归拟合的关系式、国际车辙深度与CPN深度的关系，可得出表6。

对路肩处中面层的47个数据建立空隙率与CPN车辙深度的关系（），得到图5。

其中横作标为空隙率，纵坐标为CPN车辙深度。得到公式：

y=1.601e0.099x

R2=0.717 （3）

从图5中可以看出：

（1）当空隙率<8%时，车辙深度集中在2～3 mm；

（2）當空隙率>8%时，车辙深度急速增长。

结合图5与回归拟合的关系式、国际车辙深度与CPN深度的关系，可得出表7。

3 结论

以路面芯样为研究对象，采用采用高温浸水条件下的多轮车辙试验研究空隙率对路面水损害的影响规律；并给出了养护措施的建议。研究表明：

行车带处上、中面层车辙深度明显大于路肩处的上、中面层的车辙深度；随着空隙率（空洞）的增大车辙深度有较为明显的增大。对于路肩上面层，当空隙率<7%时，车辙深度集中在1.5 mm以下，当空隙率>8%时，车辙深度急速增长；对于路肩中面层，当空隙率<8%时，车辙深度集中在2～3 mm，当空隙率>8%时，车辙深度急速增长；基于上、中面层空隙率的养护措施选择原则为：空隙率6～8%，采用“中”强度养护措施；空隙率8%～12%时，采用“强”强度的养护措施；空隙率大于12%时，建议采用矫正性养护措施。

参考文献

[1] 沈金安，李福普，陈景.高速公路沥青路面早期损坏分析与防治对策[M].人民交通出版社，2004.

[2] 张龙.基于探地雷达技术的沥青路面早期水损害评价[D]，广州：华南理工大学，2013.

[3] 贾娟，张肖宁.沥青混合料车辙试验方法的比较分析[J]，公路，2004（11），199-202.