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摘要:本文简述了沥青路面在雨水的渗透作用下产生的路面渗水危害原理,并结合实际测量数据的相互比较,认识沥青路面渗水系数的危害机理,从而得出测量渗水系数对控制沥青路面各项性能指标有十分重要的作用。
关键词:沥青路面渗水理论 路面渗水的危害机理 渗水性比较
1 概述
近年来,沥青路面因具有行车平稳、舒适、噪声低及便于维修等特点,在我省高速公路建设中得到了越来越广泛的应用。几年来,我省修筑的高速公路的面层都采用了沥青路面结构。但由于我省全年降雨量充沛,许多高速公路沥青路面不同程度出现了早期损坏现象,如松散、泛油、剥落和坑洞等。引起沥青路面早期损坏的原因较多,但水损坏是一个重要的原因。
渗入沥青路面空隙中的水,在车轮荷载的作用,产生水压力和真空负压抽吸的反复循环作用,水分逐渐深入到沥青与集料的界面上,使沥青黏附性降低并逐渐丧失黏聚力,沥青膜从石料表面脱离,沥青混合料剥落、松散,继而产生沥青路面的坑槽、推挤变形等的损坏现象。因此,无论哪种级配的沥青混合料,当水渗入后,在大量交通行驶车辆特别是重车行驶作用下,都会产生严重的水损害。沥青路面水损害归根到底是由于沥青路面存在渗水现象,而造成沥青路面渗水的原因很多,也很复杂。国内外的研究表明,影响沥青路面抗渗水性能最重要的因素包括沥青路面的现场空隙率、沥青混合料级配类型以及沥青面层厚度。这三者都直接或间接地影响者沥青路面的抗渗水性能。
2 沥青路面渗水的理论分析及试验检测方法
2.1 沥青路面渗水的理论分析 沥青路面渗水,主要是因为在沥青混合料路面中出现了连通的孔隙,路面雨水通过的孔隙由表面层渗流到中面层或底面层,甚至渗过基层,若要得到及时消除,则整个路面层须构成连通状态。当空隙率较高时,沥青混合料内部的孔隙呈连通状态,从而在由坡降、遇雨水时,水可沿接近的孔隙流动,最后排走。特别是大空隙的透水性沥青路面,水在其中的渗透速度特别快,属紊流,其渗水能力可用达西定律计算:
V=KI
式中:V-----雨水渗透速度;
K-----渗透系数;
I------水力坡度。
对于渗水性沥青路面,水力坡度I为1,故V=K。当孔隙为20%左右是,其渗透系数通常在(4～10)×10-2cm/s 的范围。
2.1.1 沥青路面渗水的形式 根据沥青路面的孔隙走向,可以将路面的渗水形式分成以下几种:①上下连通式的透水。它主要是指孔隙上下连通,水从表面层进入下一级的表面层,甚至直接进入基层。这种路面的渗水在做渗水试验时表现为:渗水仪底盘的周围没有水迹,但是液柱下降得快,说明水通过孔隙都渗到下面去了。②水平方向的渗水。它主要是指孔隙上下连通,或者就如同一个U形管一样,此时水从表面的孔隙进入,在路面结构层里面蜿蜒行进,最后又从表面的孔隙中出来。这种渗水在做渗水系数检测时表现为:液柱下降很快,同时底盘周围有很多水迹。这种现象很容易被人们所忽视,认为是渗水仪密封不好,但是仔细观察就会发现水不是从渗水仪的边上过来的,而是从地下冒出来的,有时在渗水仪的周围很多地方都往上面冒水,说明此时不是仪器的密封问题,而是路面确实存在这种形式的渗水。当然渗水仪底盘周围有水迹不排除渗水仪的密封不好,所以一旦遇到这种现象最好在旁边再测一个点。③复合式的渗水。既有上下连通式的渗水,也有水平方向式的渗水。大部分的路面渗水都属于这种情况。一般说来,完全的水平方向的渗水很少,在做渗水试验时发现,从四周跑的水只是一小部分,更多的还是通过上下连通式的渗水方式进入下一个结构层。
2.1.2 沥青路面渗水的危害机理分析 路面渗水的危害性很大,包括对材料本身的危害和整个路面结构的危害。
①对材料本身的危害。对材料本身的危害主要是破坏集料同沥青的剥落。大多数的集料虽然具有很好的黏附性,对于改性沥青一般可以达到5级,但是对水存在的条件下同样无法避免沥青同集料的黏结分离。其黏结分离的原因也有很多种,主要原因如下:a水力冲刷。当路面透水时,在车辆轮胎前面的水可能被挤进混合料的孔隙中,当车辆通过时轮胎后面又将水分吸出,这个压—拉循环就把沥青从集料上扯离开来。水所到之处都会出现这种冲刷作用。而孔隙的连通就将这种水力冲刷带到混合料的各个角落,从而加速混合料的早期破坏。对于某些岩性的材料,被交通车辆压实后,进入孔隙中的水分被封闭在内,造成孔隙水压力。温度升高时还会有膨胀应力而加速水的流动和黏结破坏,温度降低时则可能产生冻胀破坏。b置换作用。沥青与集料间的化学黏结主要是由于有相对较弱的分散力,但是水的极性很强,它可以通过很强的定向力吸附到带电荷的集料表面。所以各种集料表面均有一定的有亲水憎油的特性。酸性集料较碱性集料更具有亲水性。若集料表面潮湿,沥青就无法将水趋散而与集料黏附,然而水却可以穿透沥青膜将沥青同集料分离,所以应该尽量避免混合料同水接触。一旦路面渗水,水分可以进去,但是由于孔隙较小水很难出来,驻留在路面内部的水分就要在集料的表面发生置换作用。虽然沥青将集料全部裹覆,但是尖角或粗糙处的沥青膜非常的薄,已经被证实,水能够渗透薄膜到集料表面,从而发生沥青薄膜破裂现象。水以蒸气或液态伸展到集料表面。这样的作用一旦开始,就将破坏沥青同集料的黏结,造成沥青薄膜的脱离。
②对整个路面结构层的破坏作用。破坏作用主要是表现在水透过表面层进入面层同基层的交界面上,导致路面的冲刷、唧泥等早期损坏现象。同时,一旦造成面层同基层的脱离,面层同基层之间的抗剪切的能力急剧降低,导致整个路面的强度降低,此时的路面结构也不再符合设计时的层状理论,并且水到了基层,还会降低基层的承载能力。目前,沥青混合料的早期破坏中,由于路面的渗水导致基层承载能力下降发生的破坏占有相当大的比重。因此,现在我们的路面设计中至少有一层面层要求是不透水的,以防止路面的水渗透到基层,有的甚至将中底面层也作成密集配沥青混凝土以防止水下渗。
2.2 试验检测方法
2.2.1 沥青路面的渗水性能现场试验方法 在测试路段上,采用随机选择测试位置,清扫表面后并做好测试标记,装置好路面渗水仪。
在路面上沿底座周围抹一层薄层密封材料,边涂边用手压紧,使密封材料嵌满缝隙内且牢固地黏结在路面上,密封料圈的内径与底座内径相同,约15cm,将组合好的渗水仪底座用力压在路面密封材料圈上,再加上压实铁圈至仪器底座,以防压力水从底座与路面间流出。关闭细管下放的开关,向仪器的上方量筒中注入水至满,总量为600ml。迅速将开关全部打开,水开始从细管下部流出,待水面下降100ml时,立即开动秒表。每间隔60s,读记仪器管的刻度一次,至水面下降500ml时止。试验过程中,如水从底座与密封材料间渗出,说明底座与路面密封不好,应移至附近干燥路面处重新再做。如水面下降速度很慢,从水面下降至100ml开始,测定3min的渗水量即可停止。若试验时水面下降至一定程度后基本保持不动,说明路面基本上不渗水或根本不渗水。
沥青路面的渗水系数按下式来计算,计算时以水面从100ml下降至500ml所需时间为标准,若渗水时间过长,也可用3min通过的水量计算。
K=(V2-V1)/(t2-t1)×60
式中:K—路面渗水系数,ml/min
V1—第一次读数时的水量,ml,通常为100ml;
V2—第二次读数时的水量,ml,通常为500ml;
t1—第一次读数时的时间,min;
t2—第二次读数时的时间,min。
2.2.2 渗水试验的误差控制 引起渗水试验误差的因素如下:①渗水试验的密封效果。在渗水试验过程中,采用的密封材料直接影响着试验的好坏,在以前的检测过程中,我们分别采用了黄油和油泥,结果发现黄油较稀,密封性并没有油泥好。②关于渗水的初读数。规范规定以水面降至100ml开始计时,但实际上由于渗水仪底盘下密封材料的密封不均匀性导致仪器底盘的体积不确定,而影响着水面的下降程度不同,有时会多达100ml,有时可能达不到100ml,所以建议在打开开关阀时,应等水面相对稳定一会儿,再开始初读数并计时。③新开发的渗水仪开关透水性差。
3 渗水系数与现场空隙率、级配类型及层厚的关系
3.1 渗水系数与现场空隙率 通过统计数字和试验表明现场空隙率和渗水系数存在相关关系。
比如:当AK13A的空隙率超过5%时,渗水系数开始迅速增大。当空隙率在6%以下时,各段的渗水系数都能控制在50ml/min以下。当SMA13的空隙率在不超过6%时,渗水系数大多可以控制在50ml/min以下,与AK13A相比要好一些。当AC20I中面层随着空隙率的增大,渗水系数有增大的趋势,空隙率约在5%～6%时,渗水系数开始增大,渗水系数超过50ml/min的概率增大。当AC25I下面层在空隙率约为7%时,渗水系数开始明显增大。
3.2 不同级配的渗水性比较
3.2.1 不同级配的渗水系数与空隙率的关系 通过多条公路、多个路段、不同时间段的试验数据所作的比较,得出不同级配的路的渗水系数随现场空隙率的增大而有增大的趋势,但相关系数不大。说明现场空隙率对渗水系数有较大的影响,但并不是唯一的决定性因素,两者之间未必存在一个确定的关系式。但由于收集数据时,数据多,人员不同等因素,使数据的离散性有较大的影响。
3.2.2 不同级配的渗水性比较 根据经验,级配类型、最大公称粒径对渗水系数的影响较大。比较各种级配的渗水系数可以看出:①对于两种最大公称粒径,AC改进型的沥青混合料的渗水系数均比Superpave大,其原因可能在于Superpave比AC改进型的沥青混合料表面更为均匀,离析少,压实弱点少。②对于相同的最大公称粒径,AK13大于SMA13。而6条曲线中,SMA13的渗水系数最低。分析其原因,AK13属于开级配沥青混合料,故内部较容易形成连通空隙,空隙也较大。SMA13虽然粗集料多细集料少,应可形成较多、较大的连通空隙,但其中含有较多的沥青、矿粉、纤维构成的沥青玛碲脂,对空隙结构的形成影响很大。③对于同一种级配,最大公称粒径较大的沥青混合料的渗水性较大。
3.3 现场空隙率关键值 从上述分析可知,现场空隙率和渗水系数的相关性较小。因此,现场空隙率并不是影响渗水系数的唯一因素。渗水性的大小最终取决于沥青混合料内部的孔隙结构,取决于连通孔隙的大小和多少。空隙率反映了空隙的多少,但并不能反映空隙的连通性。连通孔隙的多少,不仅决定于空隙率的大小,还与沥青混合料的级配类型、最大公称粒径、层厚、碾压机类型与碾压方式、集料形状、施工时间、温度等许多因素有关。
但可以肯定的是,空隙率越大,连通孔隙的形成机率越大,混合料渗水的概率就越大。所以空隙率不是决定渗水系数的唯一因素,仅通过空隙率不能得出渗水系数的大小。但空隙率是影响渗水系数的关键因素,通过空隙率可以控制路面渗水的概率,故理解分析如下:
3.3.1 确定一个临界渗水系数,即当沥青混合料的渗水系数大于此值时,判定其在抗渗水性方面不合格,认为此时会发生较明显的渗水,并有产生水损坏的可能性。
这个临界渗水系数的大小与沥青混合料的抗水损坏性能有关,即沥青混合料的抗水损坏性能可以容忍的最大的渗水系数。确定这个临界渗水系数应综合考虑沥青路面水损坏的几种方式,包括水对沥青混合料的动力冲刷、对沥青的置换、对路面各结构层的浸泡等。不仅和沥青混合料本身的抗水损坏能力有关,也和沥青路面结构的合理组成有关。另外,由于影响渗水系数的因素众多,随机性大,难以确定控制,因此临界渗水系数的确定比较困难,更多的应该依靠实践经验。
3.3.2 通过对空隙率和渗水系数关系的理解可知,随着空隙率的增大,沥青混合料渗水系数超过50ml/min的概率即渗水不合格率将增大,空隙率与渗水不合格率之间存在着良好的相关关系。通过了解渗水不合格率与空隙率的关系,可确定不同水平的不合率相对应的空隙率关键值。
3.4 马氏压实度与现场空隙率的关系 从压实度与空隙率的关系来看,压实度越大,空隙率越小。
3.5 渗水系数与构造深度的关系 渗水测试点选择在摊铺机两侧摊铺宽度内各0.5米和摊铺机中间三点,间隔10米测一个断面。实测中选取离中央分隔带0.8m、3m、5.5m三点检测,同时测定路面的渗水系数及构造深度.通过对不同级配的路面的实际检测数据对比如下:AC20I的构造深度小,平均值为0.51mm,渗水系数与构造深度关系不明显,相关系数较小。Superpave20的构造深度比AC20I大,平均值为0.69,渗水系数与构造深度关系明显,随着构造深度的增加,渗水系数也在增大.但两者都有共同点从路面中心到中分带(5.5m、3.0m、0.8m),渗不系数也呈增加均势,中央分隔带附近渗水明显。此处的渗水需流经全幅路面方能排出路面之外,可能会导致路面水损害,因此应加强靠近中央分隔带部分路面的压实。
而AK13构造深度平均值为0.76、SMA13构造深度平均值为1.0,但它们与渗水系数关系并不明显,相关系数也较小。SMA13构造深度尽管比AK13大,但路面渗水却比其小。
3.6 渗水系数与层厚的关系
3.6.1 路面现场渗水系数与层厚的关系 通过试验点现场取芯,对比层厚与渗水系数的关系,得出经验:渗水系数随层厚的增加而减小,这说明增加层厚路面更容易压实,渗水更少。但渗水系数与层厚间的相关性并不高。
3.6.2 室内渗水系数与层厚的关系 通过在室内对已成型了几种常见级配不同层厚的沥青混合料试件,进行了渗水试验。经数据对比发现,渗水系数是随着公称尺寸的倍数增加而减小。
4 结语
通过现场实测的试验数据和经验,对沥青路面渗水系数的理解如下:①试验表明现场空隙率和渗水系数存在相关关系,但相关关系不大,且不同公路不同路段差异较大;证明现场空隙率不是决定渗水系数的唯一因素。②空隙率是影响渗水系数的关键因素,通过控制空隙率小于某个关键值,可以控制路面渗水的概率。通过分析沥青混合料空隙率与渗水系数不合格率之间的关系,发现两者相关性较好,并得到了不同水平不合格率下各级配类型的空隙率关键值。③级配类型、最大公称粒径对沥青混合料的抗渗水性有较明显的影响。④建议将渗水试验作为施工检测指标,对各种路面结构渗水系数的控制指标,可在进一步试验的基础上确定。
参考文献:
[1]中华人民共和国行业标准.《公路路基路面现场测试规程》(JTJ059—95).北京.人民交通出版社.1995.
关键词:沥青路面渗水理论 路面渗水的危害机理 渗水性比较
1 概述
近年来,沥青路面因具有行车平稳、舒适、噪声低及便于维修等特点,在我省高速公路建设中得到了越来越广泛的应用。几年来,我省修筑的高速公路的面层都采用了沥青路面结构。但由于我省全年降雨量充沛,许多高速公路沥青路面不同程度出现了早期损坏现象,如松散、泛油、剥落和坑洞等。引起沥青路面早期损坏的原因较多,但水损坏是一个重要的原因。
渗入沥青路面空隙中的水,在车轮荷载的作用,产生水压力和真空负压抽吸的反复循环作用,水分逐渐深入到沥青与集料的界面上,使沥青黏附性降低并逐渐丧失黏聚力,沥青膜从石料表面脱离,沥青混合料剥落、松散,继而产生沥青路面的坑槽、推挤变形等的损坏现象。因此,无论哪种级配的沥青混合料,当水渗入后,在大量交通行驶车辆特别是重车行驶作用下,都会产生严重的水损害。沥青路面水损害归根到底是由于沥青路面存在渗水现象,而造成沥青路面渗水的原因很多,也很复杂。国内外的研究表明,影响沥青路面抗渗水性能最重要的因素包括沥青路面的现场空隙率、沥青混合料级配类型以及沥青面层厚度。这三者都直接或间接地影响者沥青路面的抗渗水性能。
2 沥青路面渗水的理论分析及试验检测方法
2.1 沥青路面渗水的理论分析 沥青路面渗水,主要是因为在沥青混合料路面中出现了连通的孔隙,路面雨水通过的孔隙由表面层渗流到中面层或底面层,甚至渗过基层,若要得到及时消除,则整个路面层须构成连通状态。当空隙率较高时,沥青混合料内部的孔隙呈连通状态,从而在由坡降、遇雨水时,水可沿接近的孔隙流动,最后排走。特别是大空隙的透水性沥青路面,水在其中的渗透速度特别快,属紊流,其渗水能力可用达西定律计算:
V=KI
式中:V-----雨水渗透速度;
K-----渗透系数;
I------水力坡度。
对于渗水性沥青路面,水力坡度I为1,故V=K。当孔隙为20%左右是,其渗透系数通常在(4～10)×10-2cm/s 的范围。
2.1.1 沥青路面渗水的形式 根据沥青路面的孔隙走向,可以将路面的渗水形式分成以下几种:①上下连通式的透水。它主要是指孔隙上下连通,水从表面层进入下一级的表面层,甚至直接进入基层。这种路面的渗水在做渗水试验时表现为:渗水仪底盘的周围没有水迹,但是液柱下降得快,说明水通过孔隙都渗到下面去了。②水平方向的渗水。它主要是指孔隙上下连通,或者就如同一个U形管一样,此时水从表面的孔隙进入,在路面结构层里面蜿蜒行进,最后又从表面的孔隙中出来。这种渗水在做渗水系数检测时表现为:液柱下降很快,同时底盘周围有很多水迹。这种现象很容易被人们所忽视,认为是渗水仪密封不好,但是仔细观察就会发现水不是从渗水仪的边上过来的,而是从地下冒出来的,有时在渗水仪的周围很多地方都往上面冒水,说明此时不是仪器的密封问题,而是路面确实存在这种形式的渗水。当然渗水仪底盘周围有水迹不排除渗水仪的密封不好,所以一旦遇到这种现象最好在旁边再测一个点。③复合式的渗水。既有上下连通式的渗水,也有水平方向式的渗水。大部分的路面渗水都属于这种情况。一般说来,完全的水平方向的渗水很少,在做渗水试验时发现,从四周跑的水只是一小部分,更多的还是通过上下连通式的渗水方式进入下一个结构层。
2.1.2 沥青路面渗水的危害机理分析 路面渗水的危害性很大,包括对材料本身的危害和整个路面结构的危害。
①对材料本身的危害。对材料本身的危害主要是破坏集料同沥青的剥落。大多数的集料虽然具有很好的黏附性,对于改性沥青一般可以达到5级,但是对水存在的条件下同样无法避免沥青同集料的黏结分离。其黏结分离的原因也有很多种,主要原因如下:a水力冲刷。当路面透水时,在车辆轮胎前面的水可能被挤进混合料的孔隙中,当车辆通过时轮胎后面又将水分吸出,这个压—拉循环就把沥青从集料上扯离开来。水所到之处都会出现这种冲刷作用。而孔隙的连通就将这种水力冲刷带到混合料的各个角落,从而加速混合料的早期破坏。对于某些岩性的材料,被交通车辆压实后,进入孔隙中的水分被封闭在内,造成孔隙水压力。温度升高时还会有膨胀应力而加速水的流动和黏结破坏,温度降低时则可能产生冻胀破坏。b置换作用。沥青与集料间的化学黏结主要是由于有相对较弱的分散力,但是水的极性很强,它可以通过很强的定向力吸附到带电荷的集料表面。所以各种集料表面均有一定的有亲水憎油的特性。酸性集料较碱性集料更具有亲水性。若集料表面潮湿,沥青就无法将水趋散而与集料黏附,然而水却可以穿透沥青膜将沥青同集料分离,所以应该尽量避免混合料同水接触。一旦路面渗水,水分可以进去,但是由于孔隙较小水很难出来,驻留在路面内部的水分就要在集料的表面发生置换作用。虽然沥青将集料全部裹覆,但是尖角或粗糙处的沥青膜非常的薄,已经被证实,水能够渗透薄膜到集料表面,从而发生沥青薄膜破裂现象。水以蒸气或液态伸展到集料表面。这样的作用一旦开始,就将破坏沥青同集料的黏结,造成沥青薄膜的脱离。
②对整个路面结构层的破坏作用。破坏作用主要是表现在水透过表面层进入面层同基层的交界面上,导致路面的冲刷、唧泥等早期损坏现象。同时,一旦造成面层同基层的脱离,面层同基层之间的抗剪切的能力急剧降低,导致整个路面的强度降低,此时的路面结构也不再符合设计时的层状理论,并且水到了基层,还会降低基层的承载能力。目前,沥青混合料的早期破坏中,由于路面的渗水导致基层承载能力下降发生的破坏占有相当大的比重。因此,现在我们的路面设计中至少有一层面层要求是不透水的,以防止路面的水渗透到基层,有的甚至将中底面层也作成密集配沥青混凝土以防止水下渗。
2.2 试验检测方法
2.2.1 沥青路面的渗水性能现场试验方法 在测试路段上,采用随机选择测试位置,清扫表面后并做好测试标记,装置好路面渗水仪。
在路面上沿底座周围抹一层薄层密封材料,边涂边用手压紧,使密封材料嵌满缝隙内且牢固地黏结在路面上,密封料圈的内径与底座内径相同,约15cm,将组合好的渗水仪底座用力压在路面密封材料圈上,再加上压实铁圈至仪器底座,以防压力水从底座与路面间流出。关闭细管下放的开关,向仪器的上方量筒中注入水至满,总量为600ml。迅速将开关全部打开,水开始从细管下部流出,待水面下降100ml时,立即开动秒表。每间隔60s,读记仪器管的刻度一次,至水面下降500ml时止。试验过程中,如水从底座与密封材料间渗出,说明底座与路面密封不好,应移至附近干燥路面处重新再做。如水面下降速度很慢,从水面下降至100ml开始,测定3min的渗水量即可停止。若试验时水面下降至一定程度后基本保持不动,说明路面基本上不渗水或根本不渗水。
沥青路面的渗水系数按下式来计算,计算时以水面从100ml下降至500ml所需时间为标准,若渗水时间过长,也可用3min通过的水量计算。
K=(V2-V1)/(t2-t1)×60
式中:K—路面渗水系数,ml/min
V1—第一次读数时的水量,ml,通常为100ml;
V2—第二次读数时的水量,ml,通常为500ml;
t1—第一次读数时的时间,min;
t2—第二次读数时的时间,min。
2.2.2 渗水试验的误差控制 引起渗水试验误差的因素如下:①渗水试验的密封效果。在渗水试验过程中,采用的密封材料直接影响着试验的好坏,在以前的检测过程中,我们分别采用了黄油和油泥,结果发现黄油较稀,密封性并没有油泥好。②关于渗水的初读数。规范规定以水面降至100ml开始计时,但实际上由于渗水仪底盘下密封材料的密封不均匀性导致仪器底盘的体积不确定,而影响着水面的下降程度不同,有时会多达100ml,有时可能达不到100ml,所以建议在打开开关阀时,应等水面相对稳定一会儿,再开始初读数并计时。③新开发的渗水仪开关透水性差。
3 渗水系数与现场空隙率、级配类型及层厚的关系
3.1 渗水系数与现场空隙率 通过统计数字和试验表明现场空隙率和渗水系数存在相关关系。
比如:当AK13A的空隙率超过5%时,渗水系数开始迅速增大。当空隙率在6%以下时,各段的渗水系数都能控制在50ml/min以下。当SMA13的空隙率在不超过6%时,渗水系数大多可以控制在50ml/min以下,与AK13A相比要好一些。当AC20I中面层随着空隙率的增大,渗水系数有增大的趋势,空隙率约在5%～6%时,渗水系数开始增大,渗水系数超过50ml/min的概率增大。当AC25I下面层在空隙率约为7%时,渗水系数开始明显增大。
3.2 不同级配的渗水性比较
3.2.1 不同级配的渗水系数与空隙率的关系 通过多条公路、多个路段、不同时间段的试验数据所作的比较,得出不同级配的路的渗水系数随现场空隙率的增大而有增大的趋势,但相关系数不大。说明现场空隙率对渗水系数有较大的影响,但并不是唯一的决定性因素,两者之间未必存在一个确定的关系式。但由于收集数据时,数据多,人员不同等因素,使数据的离散性有较大的影响。
3.2.2 不同级配的渗水性比较 根据经验,级配类型、最大公称粒径对渗水系数的影响较大。比较各种级配的渗水系数可以看出:①对于两种最大公称粒径,AC改进型的沥青混合料的渗水系数均比Superpave大,其原因可能在于Superpave比AC改进型的沥青混合料表面更为均匀,离析少,压实弱点少。②对于相同的最大公称粒径,AK13大于SMA13。而6条曲线中,SMA13的渗水系数最低。分析其原因,AK13属于开级配沥青混合料,故内部较容易形成连通空隙,空隙也较大。SMA13虽然粗集料多细集料少,应可形成较多、较大的连通空隙,但其中含有较多的沥青、矿粉、纤维构成的沥青玛碲脂,对空隙结构的形成影响很大。③对于同一种级配,最大公称粒径较大的沥青混合料的渗水性较大。
3.3 现场空隙率关键值 从上述分析可知,现场空隙率和渗水系数的相关性较小。因此,现场空隙率并不是影响渗水系数的唯一因素。渗水性的大小最终取决于沥青混合料内部的孔隙结构,取决于连通孔隙的大小和多少。空隙率反映了空隙的多少,但并不能反映空隙的连通性。连通孔隙的多少,不仅决定于空隙率的大小,还与沥青混合料的级配类型、最大公称粒径、层厚、碾压机类型与碾压方式、集料形状、施工时间、温度等许多因素有关。
但可以肯定的是,空隙率越大,连通孔隙的形成机率越大,混合料渗水的概率就越大。所以空隙率不是决定渗水系数的唯一因素,仅通过空隙率不能得出渗水系数的大小。但空隙率是影响渗水系数的关键因素,通过空隙率可以控制路面渗水的概率,故理解分析如下:
3.3.1 确定一个临界渗水系数,即当沥青混合料的渗水系数大于此值时,判定其在抗渗水性方面不合格,认为此时会发生较明显的渗水,并有产生水损坏的可能性。
这个临界渗水系数的大小与沥青混合料的抗水损坏性能有关,即沥青混合料的抗水损坏性能可以容忍的最大的渗水系数。确定这个临界渗水系数应综合考虑沥青路面水损坏的几种方式,包括水对沥青混合料的动力冲刷、对沥青的置换、对路面各结构层的浸泡等。不仅和沥青混合料本身的抗水损坏能力有关,也和沥青路面结构的合理组成有关。另外,由于影响渗水系数的因素众多,随机性大,难以确定控制,因此临界渗水系数的确定比较困难,更多的应该依靠实践经验。
3.3.2 通过对空隙率和渗水系数关系的理解可知,随着空隙率的增大,沥青混合料渗水系数超过50ml/min的概率即渗水不合格率将增大,空隙率与渗水不合格率之间存在着良好的相关关系。通过了解渗水不合格率与空隙率的关系,可确定不同水平的不合率相对应的空隙率关键值。
3.4 马氏压实度与现场空隙率的关系 从压实度与空隙率的关系来看,压实度越大,空隙率越小。
3.5 渗水系数与构造深度的关系 渗水测试点选择在摊铺机两侧摊铺宽度内各0.5米和摊铺机中间三点,间隔10米测一个断面。实测中选取离中央分隔带0.8m、3m、5.5m三点检测,同时测定路面的渗水系数及构造深度.通过对不同级配的路面的实际检测数据对比如下:AC20I的构造深度小,平均值为0.51mm,渗水系数与构造深度关系不明显,相关系数较小。Superpave20的构造深度比AC20I大,平均值为0.69,渗水系数与构造深度关系明显,随着构造深度的增加,渗水系数也在增大.但两者都有共同点从路面中心到中分带(5.5m、3.0m、0.8m),渗不系数也呈增加均势,中央分隔带附近渗水明显。此处的渗水需流经全幅路面方能排出路面之外,可能会导致路面水损害,因此应加强靠近中央分隔带部分路面的压实。
而AK13构造深度平均值为0.76、SMA13构造深度平均值为1.0,但它们与渗水系数关系并不明显,相关系数也较小。SMA13构造深度尽管比AK13大,但路面渗水却比其小。
3.6 渗水系数与层厚的关系
3.6.1 路面现场渗水系数与层厚的关系 通过试验点现场取芯,对比层厚与渗水系数的关系,得出经验:渗水系数随层厚的增加而减小,这说明增加层厚路面更容易压实,渗水更少。但渗水系数与层厚间的相关性并不高。
3.6.2 室内渗水系数与层厚的关系 通过在室内对已成型了几种常见级配不同层厚的沥青混合料试件,进行了渗水试验。经数据对比发现,渗水系数是随着公称尺寸的倍数增加而减小。
4 结语
通过现场实测的试验数据和经验,对沥青路面渗水系数的理解如下:①试验表明现场空隙率和渗水系数存在相关关系,但相关关系不大,且不同公路不同路段差异较大;证明现场空隙率不是决定渗水系数的唯一因素。②空隙率是影响渗水系数的关键因素,通过控制空隙率小于某个关键值,可以控制路面渗水的概率。通过分析沥青混合料空隙率与渗水系数不合格率之间的关系,发现两者相关性较好,并得到了不同水平不合格率下各级配类型的空隙率关键值。③级配类型、最大公称粒径对沥青混合料的抗渗水性有较明显的影响。④建议将渗水试验作为施工检测指标,对各种路面结构渗水系数的控制指标,可在进一步试验的基础上确定。
参考文献:
[1]中华人民共和国行业标准.《公路路基路面现场测试规程》(JTJ059—95).北京.人民交通出版社.1995.