关于沥青混合料空隙率试验的相关探讨
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摘要：沥青混合料经过压实后,其中空隙的含量既可以作为控制混合料热稳定性能指标,又可作为控制耐久性的指标。表示空隙率这一指标值通常有两种试验检测方法,一是通过测定混合料试件单位重和混合料比重,经过计算求出试件空隙率,另一种是直接测定混合料试块,饱水率、间接反映空隙含量,两者具有一定相关性。本人将结合自身参与试验检测经验，从试验的角度出发，详细阐述了空隙率指标及其试验时的相关技术事项，特整理形成本文，以便为业内同行日后在从事类似工程施工时能起到一定的参考借鉴。
关键词：沥青路面空隙率试验操作注意事项
中图分类号：U416.217 文献标识码：A 文章编号：
凡是从事过沥青施工试验检测的人员都知道，倘若粗集料集中的部位空隙率过大、沥青含量偏小，混合料的拉伸强度低，抗裂性能差，易导致开裂、坑槽;细集料集中的部位则沥青含量偏多，空隙率过小，易导致车辙、泛油。此外，沥青路面被雨水长时间浸渗过程中，雨水通过沥青面层空隙或缝隙，或者由分隔带或路肩渗入到路面结构内，若不能够及时予以排除，就会浸湿各结构层材料甚至路基上，使其强度下降，变形增加，承载力降低，使用寿命缩短。更为严重的是，进入路面结构层之间的空隙中的水份，在行车荷载的作用下，会成为高孔隙水压力和高流速的水流，冲刷层面材料并产生唧泥现象，促使沥青面层出现剥落、松散等病害，从而使整个路面结构的使用性能迅速变坏。因此，如何延长沥青路面使用寿命及确保其耐久性，已成为高等级沥青路面设计、施工和养护工作的一个至关重要的课题，引起社会的广泛关注和重视。为进一步摸清沥青结构耐久性等性能问题，其中有一项较为重要的指标，就是空隙率指标。空隙率是沥青混合料一个非常重要的体积指标，适宜的空隙率至关重要。由于设计、施工等原因造成我国路面实际空隙率大都处于5%~15%不利范围，加上我国路面设计结构不合理，形成了上面层渗水，中、下面层存水，基层不透水的不利局面，造成路面早期破坏严重。空隙率不合理是造成我国高速公路早期破坏的主要原因。由上述评述我们不难看出，沥青混合料设计空隙率对沥青路面使用性能的影响是何等重要，该项指标确定的合理与否将直接关系着路面的使用寿命。因此，我们必须慎重对待，不可掉以轻心。
下面，就让我们一同来谈一谈空隙率试验检测对沥青路面施工质量所产生的影响。
实践经验及相关研究成果均表明，对于常规沥青路面而言，当施工空隙率大于8%时，路面极容易发生水损坏，如：松散、坑洞等；当施工空隙率小于3%时，路面易出现泛油和车辙病害。而根据SHARP 研究成果，建议骨架密实型沥青混合料设计空隙率为4%。此外，研究还发现，沥青路面的泛油往往伴随着混合料高温稳定性不足，路面在高温和重载交通作用下，普遍存在车辙现象。究其原因，源于沥青混合料设计空隙率偏小，导致沥青用量相对较多（饱和度偏高），在高温时，沥青软化，体积膨胀，而混合料空隙无法容纳沥青的体积增加而出现泛油。泛油削弱了沥青混合料骨架效应，使其抗剪强度下降，进而出现车辙。此外，上面层的泛油还会使得沥青层表面变得光滑，丧失原有的构造深度，大大降低了路面抗滑性能，使得路面安全性降低。
2、马歇尔设计最佳空隙率
马歇尔设计法是我国沥青混合料配合比设计的标准方法，然而，随着交通建设的不断发展，交通量迅猛增长，重载、渠化交通日益突出，马歇尔设计法的不足之处日益凸显，如：
1）马歇尔击实方法不能模拟压路机和行车的搓揉压实作用，马歇尔稳定度和流值指标与实际路面的使用性能相关性较差；
2）相对于如今大吨位的路面压实机械而言，马歇尔击实功偏小，设计出的混合料抗剪强度不足，无法适应重载交通的需要；研究发现：马歇尔击实成型确定的最佳油石比大于由旋转压实成型（成型方式更接近实际）确定的最佳油石比，从而在配合比设计中容易造成沥青用量过多，即沥青的填充率过高，在高温和重载交通作用下，路面易出现车辙和泛油。因此，参考Superpave提出的混合料设计空隙率4%，建议马歇尔设计空隙率为3-6%。
3、如何测定沥青混合料空隙率
3.1 仪具与材料
3.1.1 沥青混合料马歇尔试验仪：符合国家标准《沥青混合料马歇尔试验仪》技术要求的产品，对用于高速公路和一级公路的沥青混合料宜采用自动马歇尔试验仪，用计算机或x-y记录仪记录荷载～位移曲线，并具有自动测定荷载与试件垂直变形的传感器、位移计，能自动显示或打印试验结果。对¢63.5mm的标准马歇尔试件，试验仪最大荷载不小于25kN，读数准确度0.1kN，加载速率应能保持50mm/min±5mm/min。钢球直径16mm±0.05mm，上下压头曲率半径为50.8mm±0.08mm。当采用¢152.4mm大型马歇尔试件时，试验仪最大荷载不得小于50kN，读数准确度为0.1kN。上下压头的曲率内径为152.4mm±0.2mm，上下压头间距19.05mm±0.1mm。
3.1.2 恒温水槽：控温准确度为1℃，深度不小于150mm。
3.1.3真空饱水容器：包括真空泵及真空干燥器。
3.1.4 烘箱。
3.1.5天平：感量不大于0.1g。
3.1.6 温度计：分度为1℃。
3.1.7 卡尺。
3.2 标准试验方法
3.2.1 准备工作
3.2.2 制作符合要求的马歇尔试件，标准马歇尔尺寸应符合直径101.6mm±0.2mm、高63.5mm±1.3mm的要求。对大型马歇尔试件，尺寸应符合直径152.4mm±0.2mm，高95.3mm±2.5mm的要求。一组试件的数量最少不得少于4个。
3.2.3量测试件的直径及高度：用卡尺测量试件中部的直径，
用马歇尔试件高度测定器或用卡尺在十字对称的4个方向量测离试
件边缘10mm处的高度，准确至0.1mm，并以其平均值作为试件的高度。如试件高度不符合63.5mm±1.3mm或95.3mm±2.5mm要求或两侧高度差大于2mm时，此试件应作废。
3.2.4 按规定方法测定试件的密度、空隙率、沥青体积百分率、沥青饱和度、矿料间隙率等物理指标。
3.2.5 将恒温水槽调节至要求的试验温度，对粘稠石油沥青或烘箱养生过的乳化沥青混合料为60℃±1℃，对煤沥青混合料为33.8℃±1℃，对空气养生的乳化沥青或液体沥青混合料为25℃±1℃。
3.3 试验步骤
3.3.1 将试件置于已达规定温度的恒温水槽中保温，保温时间对标准马歇尔试件需30min～40min，对大型马歇尔试件需45min～60min。试件之间应有间隔，底下应垫起，离容器底部不小于5cm。
3.3.2 将马歇尔试验仪的上下压头放入水槽或烘箱中达到同样温度。将上下压头从水槽或烘箱中取出擦拭干净内面。为使上下压头滑动自如，可在下压头的导棒上涂少量黄油。再将试件取出置于下压头上，盖上上压头，然后装在加载设备上。
3.3.3 在上压头的球座上放妥钢球，并对准荷载测定装置的压头。
3.3.4当采用自动马歇尔试验仪时，将自动马歇尔试验仪的压力传感器、位移传感器与计算机或X—Y记录仪正确连接，调整好适宜的放大比例，压力和位移传感器调零。
3.3.5 当采用压力环和流值计时，将流值计安装在导棒上，使导向套管轻轻地压住上压头，同时将流值计读数调零。调整压力环中百分表，对零。
3.3.6启动加载设备，使试件承受荷载，加载速度为50±5mm/min。计算机或X—Y记录仪自动记录传感器压力和试件变形曲线并将数据自动存入计算机。
3.3.7 当试验荷载达到最大值的瞬间，取下流值计，同时读取压力环中百分表读数及流值计的流值读数。
3.3.8从恒温水槽中取出试件至测出最大荷载值的时间，不得超过30s。
3.4 报告中需列出马歇尔稳定度、流值、马歇尔模数，以及试件尺寸、试件的密度、空隙率、沥青用量、沥青体积百分率、沥青饱和度、矿料间隙率等各项物理指标。当采用自动马歇尔试验时，试验结果应附上荷载-变形曲线原件或自动打印结果。
结束语：
由述可知，空隙率产这一试验检测值往往关系到沥青混合料的质量，因此，我们在确定混合料设计空隙率时须同时去平衡混合料水稳定性及耐久性和泛油及抗车辙性能之间的关系，不可简单的套用规范或以往经验，须考虑项目所面临的实际情况，综合各方面因素后才能确定。
参考文献：
1、张毅;控制高速公路沥青混凝土路面压实质量的措施[J];公路;2007年10期
2、公路工程沥青及沥青混合料试验规程 JTG E20-2011