动水冲刷试验评价沥青路面水损害

周海波 张青山 张龙

摘要：本文通过取芯检测沥青混合料的空隙率，采用动水冲刷和劈裂试验研究空隙率对路面水损害的影响规律。结果表明，沥青混合料中空隙率大于5%时，沥青混合料的劈裂强度要比空隙率小于5%的小7.8%；空隙率大于5%沥青混合料经过动水冲刷后强度比空隙率小于5%沥青混合料经动水冲刷后强度低10.4%，动水冲刷后空隙率（含空洞）大于5%的沥青混合料强度降低更加迅速。动水冲刷对沥青混合料的骨架结构稳定性是有显著影响的，并且沥青混合料中早期空洞破坏对水损害的发展有加剧作用。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：沥青路面；空隙率；沥青含量；水损害；芯样

中图分类号： U416 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

中图分类号：U414

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]。

本文通过取芯检测沥青混合料的空隙率，采用动水冲刷和劈裂试验研究空隙率对路面水损害的影响规律。

1试验方法

1.1动水冲刷试验

常用的评价沥青混合料水损害的方法，由于闭口空隙的存在，水分不能进入所有的空隙，同时如果采用静水头压力法模拟动水压力的方法与实际路面状况不符。因此华南理工大学自主研发了沥青混合料试样动水冲刷试验系统（如图1），该系统很好的模拟了车辆高速行驶通过沥青路面时，对路面空隙中产生交替的压力、真空吸力的过程，是一种更接近于路面实际情况的试验系统。

图1 动水冲刷试验原理图

试验过程中使用最多的控制流程是：向容器中打压4s，当容器的压力达到0.7MPa 时，排气1.5s 使容器内恢复大气压，即压力表读数为0，再抽真空2.5s 使容器内达到-0.095MPa。正负压力交替的周期为8s，依此循环[2]。

冲水冲刷的试验参数选择包括压力大小、压力变化频率、冲刷作用的时间和试验的温度。本次试验选取的参数如下：

（1）压力。压力为正压取标准轮胎压力0.7MPa，负压为-0.095MPa；

（2）作用频率。由于空压机和真空泵的工作效率，最高频率取0.125Hz，即正负压力交替作用一次需8s。

（3）试验温度、冲刷时间。根据是时温等效性原理，加速模拟沥青混合料抗水损害性能，采用60℃非定向动水冲刷2h。

1.2劈裂试验

动水冲刷试验前后的劈裂强度比作为判断沥青路面材料水损坏抵抗力能力的技术指标。根据公路工程沥青及沥青混合料试验规程JTG E20-2011中规定对于取芯芯样的劈裂试验要求直径?100±2mm高为40mm±5mm的圆柱体试件（如图2）。

图2劈裂试验夹具

2试验结果分析

将从路肩处取芯获得的芯样为4组：（1）空隙率（含空洞）大于5%，未冲刷；（2）空隙率小于5%，未冲刷；（3）空隙率（含空洞）大于5%，60℃动水冲刷2h；（4）空隙率小于5%，60℃动水冲刷2h。下面分别为这4组试验结果，如表1-表4。

表1 空隙率（含空洞）大于5%，未冲刷

试验条件 试件编号 空隙率（%） 劈裂强度（MPa）

取芯沥青混合料上面层，15℃保温四小时 未做处理 279上 5.88 1.073

未做处理 300上 5.94 1.098

未做处理 282上 6.62 1.090

未做处理 296上 5.84 1.092

未做处理 286上 7.71 0.942

未做处理 287上 6.78 1.022

未做处理 288上 6.64 0.967

未做处理 289上 6.85 0.915

平均值 1.025

表2 空隙率小于5%，未冲刷

试验条件 试件编号 空隙率（%） 劈裂强度（MPa）

取芯沥青混合料上面层，15℃保温四小时 未做处理 283上 4.88 1.090

未做处理 290上 4.12 1.097

未做处理 291上 3.62 1.170

未做处理 292上 3.84 1.192

未做处理 293上 4.71 1.142

未做处理 294上 3.88 1.022

未做处理 295上 4.54 1.067

未做处理 297上 4.05 1.015

平均值 1.099

表3空隙率（含空洞）大于5%，60℃动水冲刷2h

试验条件 试件编号 空隙率（%） 劈裂强度（MPa）

取芯沥青混合料上面层，15℃保温四小时 冲刷2h，60℃ 212上 6.68 0.826

冲刷2h，60℃ 213上 7.24 0.890

冲刷2h，60℃ 214上 6.92 0.882

冲刷2h，60℃ 215上 8.54 0.862

冲刷2h，60℃ 216上 5.71 0.792

冲刷2h，60℃ 217上 6.58 0.930

冲刷2h，60℃ 218上 6.84 0.816

冲刷2h，60℃ 219上 7.85 0.867

平均值 0.858

表4 空隙率小于5%，60℃动水冲刷2h

试验条件 试件编号 空隙率（%） 劈裂强度（MPa）

取芯沥青混合料上面层，15℃保温四小时 冲刷2h，60℃ 151上 3.68 0.962

冲刷2h，60℃ 152上 4.24 0.977

冲刷2h，60℃ 153上 4.72 0.931

冲刷2h，60℃ 154上 4.54 0.905

冲刷2h，60℃ 155上 4.31 0.912

冲刷2h，60℃ 156上 4.28 0.875

冲刷2h，60℃ 157上 4.12 0.991

冲刷2h，60℃ 159上 4.25 1.103

平均值 0.957

通过对表格的分析中发现，表1的平均值与表2的平均值比较，证明沥青混合料中空隙率大于5%（即存在空洞）时，沥青混合料的劈裂强度要比空隙率小于5%的小7.8%；

表1的平均值与表3的平均值比较，证明空隙率大于5%（含空洞）沥青混合料经过动水冲刷后强度损失16.3%；

表2的平均值与表4的平均值比较，证明空隙率小于5%沥青混合料经过动水冲刷后强度损失13%；

表3的平均值与表4的平均值比较，证明空隙率大于5%（含空洞）沥青混合料经过动水冲刷后强度比空隙率小于5%沥青混合料经动水冲刷后强度低10.4%，动水冲刷后空隙率（含空洞）大于5%的沥青混合料强度降低更加迅速。

综上所述，动水冲刷对沥青混合料的骨架结构稳定性是有显著影响的，并且沥青混合料中早期空洞破坏对水损害的发展有加剧作用。

对路肩处上面层的16个未受处理的劈裂数据建立空隙率与劈裂强度的关系（ ），见图2。

图2 路肩上面层空隙率与劈裂强度拟合图

其中横作标为空隙率，纵坐标为劈裂强度。

得到公式：

y = 1.437x-0.18

R? = 0.381

从图2可以看出：（1）劈裂强度随着空隙率的增大而减小；（2）当空隙率>7%时，劈裂强度的减幅增大；（3）当劈裂强度小于0.9MPa，破坏较为明显。

3结论

本文通过取芯检测沥青混合料的空隙率，采用动水冲刷和劈裂试验研究空隙率对路面水损害的影响规律。研究表明：

（1）沥青混合料中空隙率大于5%时，沥青混合料的劈裂强度要比空隙率小于5%的小7.8%；

（2）空隙率大于5%沥青混合料经过动水冲刷后强度比空隙率小于5%沥青混合料经动水冲刷后强度低10.4%，动水冲刷后空隙率（含空洞）大于5%的沥青混合料强度降低更加迅速。

（3）动水冲刷对沥青混合料的骨架结构稳定性是有显著影响的，并且沥青混合料中早期空洞破坏对水损害的发展有加剧作用。

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，华南理工大学大学硕士论文，2013.