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文章来源：微信公众号《沥青路面》
沥青混凝土路面孔隙率对路面性能的影响
相关资料调查显示，目前我国很多高速公路在开通运行一年后出现了不同程度的病害现象。
这些病害的发生一部分是由于当前的重载、超载现象导致的，而另一部分原因则是由于面层孔隙率过大，导致了沥青路面性能的降低。车辙产生速度
车辙是沥青混凝土路面的主要病害之一，而孔隙率的大小可以严重影响路面车辙的产生。当沥青混凝土路面孔隙率较大时，说明施工时压实度不满足规范要求。在通车运营情况下，车辆荷载反复压实路面使得压实度增大、孔隙率减小，但由于行车道车辆荷载的不均匀分布，从而导致路面产生不同荷载的压实变形，从而出现了车辙现象的发生。
此外，沥青混凝土路面压实度不足、孔隙率过大还会降低路面的抗剪能力。在高温条件下，沥青面层在车辆荷载作用下会向道路两侧产生挤压膨胀，形成侧向变形后又增加了车辙病害的严重程度。而孔隙率较小，说明压实度较高，抗剪切能力和抗车辙能力都较强，病害发生的概率大大降低。
路面的透水性能
路面透水性能是评价沥青混凝土路面的一个重要指标。当沥青面层孔隙率较大时，降水可以通过孔隙进入面层内部冲刷集料和沥青的粘结面，降低二者的粘结程度。在水循环的反复冲刷作用下，集料和沥青产生脱落。在车辆荷载的反复碾压作用下，就可能产生坑槽、松散、沉陷等病害的发生。
此外，降水通过大孔隙还可能渗透到基层、路基当中。渗透到基层时会产生冻融、强度失稳等病害的发生。渗透到路基时会产生冻融现象，冻涨后的毛细孔径变大出现较大孔隙，产生翻浆病害，这对路基的承载性能是致命的。因此沥青混凝土面层的孔隙率对沥青路面的透水性能有极大影响。
沥青老化速度
沥青混凝土路面的强度主要是由沥青粘结集料共同产生。当孔隙率较大时，外部光照、紫外线和空气会进入面层内部，使得沥青中的沥青质和粘度增加、油分和树脂减少、氧化作用加剧，这些都使得沥青的粘结性能降低、塑性变差、老化速度加快。同时沥青降解物在遇到降水后也加剧了沥青的老化程度。
平整度衰减速度
沥青路面平整度是施工交验时的一个重要验收指标，该指标反映了路面行驶的舒适程度。根据相关数据资料反映，大部分高速公路交工验收时的平整度值都较小且满足规范要求，如京沪高速初验时的平整度值只有0．49mm，但经过几年的通车运营后平整度值达到了0．81mm，增幅达到了约90%，这说明平整度在通车运行后衰减幅度很大。造成上述现象的一个重要原因是由于孔隙率过大、压实度难以满足荷载需求造成的。
基层平整度不均匀、矿料级配不均匀、车辆行驶荷载分布不均匀，这三种不均匀现象的重复叠加，就使得路面平整度衰减幅度大幅增加。
影响沥青混凝土路面孔隙率的因素
矿料级配合和粉料含量的影响
悬浮式结构和骨架密实结构是当前沥青混凝土路面常用的2种结构形式。其中，悬浮式结构以AC为代表，其本质是将连续变化且数量一定的级配矿料组成密实沥青混凝土。骨架密实结构以SAC为代表，其本质是将细料、粉料填充到粗粒料的孔隙中，从而形成高密度的沥青混凝土。这2种沥青混凝土结构为降低孔隙率，可以从矿料级配和粉料含量进行变化。
沥青含量的影响
沥青含量是影响沥青混凝土路面孔隙率的一个重要因素。根据相关试验结果分析，沥青含量每增大1%，沥青混凝土的孔隙率就降低1%～2%。这说明可以通过增大沥青含量来降低沥青混凝土中的孔隙率。
压实度的影响
压实度是决定孔隙率大小的决定性因素，压实度大则孔隙率小，压实度小则孔隙率大。根据《公路沥青路面设计规范》的规定，马歇尔试验密度是确定沥青混凝土的标准密度，此外还有以试验段为密度的标准密度法。这两种标准密度所对应的压实度标准也是不同的，施工时需有所注意才可以保证较小的孔隙率。
高速、一级公路当采用马歇尔试验标准密度时压实度标准为95%，采用试验段标准密度时压实度为98%。其他等级公路当采用马歇尔试验标准密度时压实度标准为94%，采用试验段标准密度时压实度为98%。
沥青混凝土孔隙率控制方法
选择级配和矿料含量
AC—16和SAC—16是当前沥青上面层较为常见的2种结构形式。SAC—16需调整4．75mm筛孔的通率由原有的35%提高到45%，可将SAC渗水路面变为不渗水路面，孔隙率大大降低。AC—16需降低粉料含量和细料到3%以下，并将孔隙率控制在5%以下，在经过标准压实后即可满足规范要求。
当采用分层摊铺技术时，可通过调整下面层来控制上面层孔隙率。例如将上下面层结构形式修改为上面层AC—16Ⅰ型、下面层AC—25Ⅱ型，通过相关试验检测发现其马歇尔试验孔隙率由原有的4%～10%降低为3．5%，且其抗弯拉强度、抗车辙性能都有了显著提高。
提高压实度
规范要求的95%的压实度其实际对应的孔隙率为7．85%，这已经不能满足高速、一级公路的不渗水要求。因此在实际施工时需尽可能提高路面压实度，降低实际路面孔隙率。具体可参照孔隙率与压实度的关系，来确定实际压实度。
控制油石比和压实温度
高速公路、一级公路根据马歇尔试验确定的油石比上下浮动范围为±0．3%，其他等级公路根据马歇尔试验确定的油石比上下浮动范围为±0．5%。实际施工时很多企业为了降低施工造价，经常将油石比下调0．3%，这就直接导致了沥青含量降低、孔隙率增大。为此在实际施工时，需严格按照规范要求，尽可能增加0．3%沥青含量而非降低0．3%。此外为保证不同沥青型号的粘度，还要求具体施工时依据沥青粘温曲线确定合适的碾压温度。
沥青含量孔隙精细描述与分布特性研究
分形理论及其在沥青混凝土研究中的应用
分形的本意是“不规则的、分数的、支离破碎的”物体。随着分形理论的不断完善，其特点也逐渐明确:①可以用简单方法形成;②具有精细的结构;③分形维数大于拓扑维数;④具备自相似性。其中，分形的自相似性又细分为有规分形和无规分形。而分形的这种相似性又受到无标度区域的限制。
分形理论的建立，在沥青混凝土的力学行为分形特征、集料与级配的分形特征、沥青混凝土表面分形特征方面均有广泛应用。而分形理论在沥青混凝土的孔隙分形特征研究方面，也有较大发展。沥青混凝土作为一种复杂的复合材料，其内部的空间结构表现为无序、无规则状态。内部孔隙的面积、形状、尺寸等均表现出高度的自相似特征，同时分形的这种相似性又受到无标度区域的限制，因此沥青混凝土中的孔隙结构和级配特征也可以通过分形理论进行表达分析。
沥青混凝土孔隙分形的测试评价方法
①图像分析法图像分析法主要是通过计算机对沥青混凝土试件进行扫描、切片、灰度处理，之后通过盒维数法、变尺码法、小岛法等对得到的断面轮廓曲线计算得到分形维数。该指标反映了沥青混凝土试件内部复杂的空间结构和孔隙特征。
②压汞法的测试原理是通过计算汞滴曲率半径和外加压力的比值，来确定孔隙半径及分布。之后再计算出分形体的面积、长度、体积等参数。需注意的时，只有汞滴的曲率半径小于试验中的小孔半径时，汞滴才可以进入小孔。
③X射线小角度散射法X射线小角度散射法主要是根据散射X射线的强度和波矢量的大小关系，来确定沥青混凝土内部复杂的空间结构和孔隙特征。
需注意的是对同一沥青混凝土，当采用不同的孔隙分形测试方法时，可能得到不同的分形维数。但不论采用何种试验方法，其分形维数的变化规律和趋势是相似的。
沥青混凝土试件制备及参数测试
为研究沥青混凝土内部的孔隙分布特征，本文根据不同级配确定了几组不同空隙率的沥青混凝土试件。其中，三组孔隙率不同，两组较小的孔隙率做对比分形。
沥青混凝土孔隙分析
横向分布研究。
本文首先以G3—1试件为例，进行了沥青混凝土孔隙横向分布特性研究分析。
纵向分布研究。
从竖向分布CT图像参数中可以看出:G3—1试件的竖向孔隙分形特征参数都大于横向分布。这说明沥青混凝土在竖向上的孔隙分布变化较横向更加复杂多变。
级配对孔隙分布特性的影响。
通过对六种级配试件的孔隙率对比分析发现:G3—1试件的孔隙率纵向分布标准差最大，沥青混合料分布不均匀性最差;G4—1试件的孔隙率纵向分布标准差最小，混合料的均匀性最好;沥青混合料的分布均匀性随孔隙率增大而逐渐降低。
此外，通过对比不同孔隙率试件的劈裂抗拉强度、渗透性能等参数指标发现，随着孔隙率纵向分布标准差的降低，这些指标都在逐步增大。这说明孔隙率的纵向分布标准差可以作为评价沥青混凝土离析状况、强度特性的评价标准。
结论
本文首先简要介绍了沥青混凝土路面孔隙率对车辙产生速度、路面透水性能、沥青老化速度、平整度衰减速度四个方面的影响;其次又从矿料级配合和粉料、沥青的含量、压实度3个方面，简要介绍了影响沥青混凝土路面孔隙率的主要因素;建议在具体施工时通过合理选择级配和矿料含量、提高压实度、控制油石比和压实温度这几个方面来降低沥青混凝土中的孔隙率;最后基于CT图像扫描法验证了分形理论在沥青混凝土空间结构和孔隙特征分析中的应用，并提出将孔隙率的纵向分布标准差作为评价沥青混凝土离析状况、强度特性的评价标准。