沥青混合料路面渗水影响因素分析及施工控制

郝智明 （安徽省新路建设工程集团有限责任公司，安徽 阜阳 236000）

0 前 言

沥青混合料路面渗水系数是路面质量控制检测重要指标之一，路面渗水对路面结构的使用寿命、安全性能有重要影响。渗水透过路面结构层进入路基，破坏路基稳定性，加快路面剪切破坏，使路面过早出现沉降、坍塌、唧浆、松散、脱粒、空洞等病害现象。如何在科学设计基础上选择好路面材料，合理设计矿料级配及施工配合比，通过对施工过程严格控制，保证施工质量，降低路面渗水性，对防止路面因渗水作用出现的各类病害，提高道路使用寿命具有重要意义。

1 路面渗水影响因素及分析

1.1 空隙率

沥青混合料路面空隙率是路面渗水的重要影响因素，空隙率大小对路面实测渗水系数影响明显，多个项目试验结果表明，按密级配设计的沥青混合料路面，空隙率在5.0%以内，路面渗水较小或几乎不渗水；空隙率大于8.0%，路面渗水系数明显增大，甚至达到设计渗水系数允许值的多倍。因此，空隙率8.0%是渗水系数突增的临界值，作为施工控制的重要参考依据。

下面一组数据是S328线某段沥青混合料路面施工过程中实测的空隙率及渗水系数（见表1实测数据），可以看出空隙率的变化对路面渗水的较大影响。该项目路面结构设计为上、下两层，下面层为8cm厚AC-25粗类式密级配普通沥青混凝土，上面层为4cm厚AC-13细粒式密级配普通沥青混凝土，路面基层为20cm半刚性水泥稳定粒料。路面摊铺时间为2014年7月份，平均气温20℃以上。碾压工艺为：初压采用12t双钢轮振动压路机碾压2遍，前行静压1遍，后退振压1遍；复压采用30t胶轮压路机碾压5遍；终压采用21t双钢轮压路机收光碾压2遍。

测点距路中间分隔带缘石边缘1.5m处。分析表1数据可以看出，压实度98.3%时，芯样空隙率3.6%，接近设计空隙率3%～6%的下限值，渗水系数16ml/min，基本上为不渗水；压实度97.8%时，芯样空隙率5.6%，接近设计空隙率3%～6%的上限值，渗水系数97ml/min，较空隙率3.6%时明显增加；压实度95.2%时，芯样空隙率8.4%，渗水系数475ml/min，已大大超出《公路质量检验与评定标准》要求的300ml/min值。试验采取不同压实遍数得到不同的压实度，明显看出压实度降低，空隙率增大，路面渗水系数大幅度增加。实际施工中因材料离散、温度变化及碾压时间间隔影响、工艺操作的细微差异等，使同一路段、同样的施工工艺，实测数据出现一定幅度差异属正常现象，不影响对象的定性分析结果。

表1

表2

渗入到路面结构内部的水分，一部分在重力作用下顺路面坡度侧渗流向路边沟（或盲沟）排除，一部分下渗进入路面下层，进而穿过基层渗入进路基，破坏路基稳定性，降低路面结构力学性能，对道路工程的寿命产生较大影响。因此，下渗水才是造成路面水毁的主要因素。

1.2 压实度

压实度是沥青混合料路面质量评定的重要指标，路面混合料的空隙率与压实度有直接关系。相同的材料组成、混合料配合比及施工工艺，压实度愈大，空隙率愈小；反之，空隙率愈大。提高路面压实度，达到或高于施工技术规范要求，是降低路面空隙率，减小路面渗水的重要因措施。

《公路沥青路面施工技术规范》对沥青混合料路面压实标准有严格要求，具体见表2。

表3

近几年来，有关高校、科研机构及道路施工企业对路面混合料压实度、空隙率、路面渗水系数的相互影响关系进行深入的研究。实验表明，对于密级配沥青混凝土，当压实度达到94%时，现场芯样空隙率约为8%～11%；当压实度达到98%时，现场芯样空隙率约为5%～8%。依据《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）要求，密级配沥青混合料标准空隙率规定3%～6%，现场芯样空隙率计算值参照如下公式。

现场芯样空隙率：VV'=K×VV＋(1－K)×100

式中：K——现场压实度

VV——标准密度马歇尔试件空隙率（密级配沥青混合料规定为3%～6%）

计算现场芯样空隙率与压实度的相关数据见表3。

若室内标准密度马歇尔试件空隙率为6%时，现场实测压实度97%，芯样空隙率达8.80%，超渗水系数突增时8%的临界值。同样条件下，芯样空隙率控制在8%以内，压实度须达到97.9%以上，这对现场压实工艺、压实温度控制及压实设备组合有较严格的要求。

1.3 矿料级配及公称最大粒径

在沥青混合料中，矿料级配与公称最大粒径的大小与路面结构渗水系数有较大相关性。矿料级配对沥青路面渗水性的影响，主要是不同矿料级配组合配制的沥青混合料表观密度有差别，铺筑时同样的外部条件和施工工艺，空隙率不同，实测渗水系数有明显差别。施工中应根据本地材料情况，按规范或设计要求调整。细型密级配（AC-F型）矿料级配曲线较规范要求的中值线偏上，总的混合料偏细；粗型密级配（AC-C型）矿料级配曲线较规范要求的中值线偏下，总的混合料偏粗；最佳级配组合应经过多次试验确定。同时，在配合比设计中要特别注意4.75mm和2.36mm两个关键筛孔的通过率，关键筛孔段应与级配中值线相吻合，使矿料级配曲线成大小S曲线形状。

矿料级配最大公称粒径对路面渗水性有一定影响，最大公称粒径越大路面渗水系数越大。主要原因一是大粒径矿料在路面碾压过程中起到一定的“支撑”作用，影响路面最终压实效果，空隙率较大；二是较大粒径矿料单位体积有较小的比表面积，混合料中沥青用量少，有较大的空隙率，渗水性也较强。

1.4 组成材料因素影响

1.4.1 矿粉

矿粉掺量影响沥青混合料路面渗水性，对间断级配密实性沥青混合料及有着最大公称粒径较大的混合料影响更明显。实际施工中密级配混合料矿粉掺量3%～8%，对于骨架密实结构的沥青混合料，矿粉掺量不宜低于5%，以保证混合料密实度，提高沥青与矿料粘附性及路面低温稳定性能。

1.4.2 沥青

相同条件下沥青性质对沥青混合料路面渗水性有一定影响，采用针入度小的改性沥青混合料较基质沥青混合料具有更好的抗渗水性。一方面改性沥青具有良好的力学性能，有较强的抵抗行车荷载作用下因水分渗入在沥青混合料结构层中产生的动水压力，避免封闭空隙破坏形成更多的连通空隙，减少路表面水的渗入；另一方面，改性沥青良好的抗低温性能、大流量重荷载车辆作用下的抗疲劳性能，使路面结构表面不易出现裂纹，有效阻止使用过程中水的渗入，提高路面使用寿命。

2 施工控制措施

熟悉沥青混合料路面渗水发生机理及影响因素，在符合项目设计要求条件下，进行路面施工过程中的人员、设备科学组织与管理，创新施工工艺，加强对目标实现过程控制，优选材料，科学合理进行矿料配比设计，提高路面压实度，减小沥青混合料空隙率，是控制路面渗水的关键。近几年来，安徽省新路集团工程有限责任公司完成多项地方或省级高等级沥青混合料路面结构重点工程项目，施工过程中注重对新工艺、新方法的应用与创新，对路面渗水及其影响因素进行有针对性的研究和分析，总结如下几方面。

原材料质量指标须符合设计或施工技术规范要求，混合料施工配合比使用前要反复多次地进行比对试验，选用各项技术指标综合最优的配合比组合。

在半刚性路面基层上采用乳化沥青进行透层施工时，要求乳化沥青具有较好的渗透性能，现场实测渗透深度不小于6.0mm。对面层下加铺土工织物或面层采用改性沥青混合料的路面结构，透层油宜采用改性乳化沥青，以改善基层与面层混合料粘结性，提高基层表面的抗渗水能力。

加强对沥青混合料摊铺施工工艺控制，确保压实度和路面整体的压实质量。压实度是重要的控制参数，只有压实度达到设计标准要求，才能保证路面混合料有较小的空隙率，渗水系数也较小。施工过程中要把控好以下几方面：①混合料摊铺温度控制，根据现场气温、基层表面温度、摊铺时天气情况及运距和运输方式等，合理调整混合料出厂温度，控制摊铺和碾压温度，碾压温度太低，影响摊铺和碾压效果，难以达到理想的压实度；②在试验段施工时，做好各项基础性试验，掌握施工工艺各参数控制，用以指导施工；③改进碾压工艺，由传统钢轮压路机的振动碾压组合改为双钢轮压路机和胶轮压路机的组合碾压工艺，充分发挥胶轮压路机在复压阶段的揉搓碾压作用。初压和终压均采用双钢轮压路机完成，该方法可使路面表面粒料棱角免受钢轮振动碾压破坏，胶轮的“揉搓”作用促使混合料粒料不断错动密合，压实效率高，技术性能稳定。主要施工工艺为：①混合料摊铺后及时用15t轻型双钢轮振动压路机进行初压，初压共2遍，第一遍静压，紧跟摊铺机完成；第二遍采用振动碾压（振幅0.35mm、频率50Hz），碾压工艺符合施工技术规范要求；②初压完成后，即用30t胶轮压路机复压，复压5～6遍，达到或超过设计压实度，复压时胶轮压路机的行进速度为4m/min～4.5m/min，碾压工艺满足施工技术规范要求；③终压采用21t双钢轮压路机静压完成，行进速度3m/min～4m/min，碾压不少于2遍，至无明显轮迹时止，碾压工艺满足施工技术规范要求。以上摊铺和碾压工序应紧揍，整个过程要一气呵成，工序间不出现较长的时间间隔。

加强对绿化带边缘近处、中间分隔带路缘石及构造物附近路面的施工控制，碾压过程中应设专人指挥协调，选定技术娴熟的机械操作人员进行碾压作业，做到碾压及时不遗漏，保证路面整体碾压质量。

对路缘石、窨井口及与路面衔接处构造物混凝土表面，混合料摊铺前应喷洒或刷涂粘层油，使路面混合料与构造物混凝土表面密合，提高贴合面的抗渗水能力，防止水的渗入。

3 结 语

沥青混合料路面的渗水会降低路面结构的力学性能，缩短路面使用寿命，大量水分渗入到路面基层和路基，破坏路基稳定性，水毁是多种道路病害的根源。我国幅员辽阔，南北气候和降雨量差别较大，地质和土质情况也明显不同，各地对道路工程的建设总是基于本地实际情况，本着经济、适用、安全、便捷的原则，就地或就近取材，施工工艺也应做到因地制宜。项目实施前要了解当地道路工程水毁情况，依据设计要求，科学合理选择材料，优化混合料配合比设计，加强对影响路面渗水各因素把控和施工过程工艺控制，对提高路面混合料压实度、降低空隙率、保证路面实测渗水系数、满足质量控制目标要求具有实际指导意义。

[1]JTGF40-2004，公路沥青路面施工技术规范[S].北京:人民交通出版社,2004.

[2]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].北京:人民交通出版社,2004.

[3]宋应发.影响沥青路面渗水的因素分析[J].公路交通科技,2004.

[4]王薇等.沥青路面渗水性的影响因素研究[D].天津:河北工业大学,2011.

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