2.山东省路桥集团有限公司，山东 济南 250021
摘要：为了改善沥青面层出现早期的水损害，通过分析沥青面层早期水损害的成因及产生的机理，优选沥青面层水稳定性的控制指标。然后，运用层次分析法分析压实度、油石比、平整度、摊铺温度和路面厚度等五个控制指标对沥青混合料的水稳定性能影响程度。研究结果表明，对于沥青路面水稳定性，施工过程中，控制指标的重要程度由强到弱依次为压实度、油石比、平整度、摊铺温度和路面厚度。因此，在沥青面层施工过程中，应重点控制压实度和油石比等指标，以保证沥青路面的水稳定性能。
关键词：沥青面层；水稳定性；优选；层次分析法
中图分类号： U416.217 文献标志码：A
Construction Control Index of Asphalt Pavement Based on Water Stability
ZHAO Yu-long1, CUI Feng2, SHI Xiang-yu2, GUO Hui-dong1
(1. Shandong Kejin Software Technology Co. Ltd, Jinan 250357, China; 2. SHANDONG LUQIAO GROUP CO. LTD, Jinan 250021, China)
Abstract：In order to improve the early water damage of asphalt pavement, through analyzing the causes and mechanism of early water damage of asphalt pavement, the control indexes of water stability of asphalt pavement are put forward, which are compactness, asphalt-aggregate ratio, evenness, paving temperature and pavement thickness. Then using the method of analytic hierarchy process (AHP), the correlation of five control indexes, compactness, asphalt-aggregate ratio, smoothness, paving temperature and pavement thickness, on the water stability performance of asphalt mixture is analyzed. According to the results of AHP, it is concluded that the importance of control indexes in the construction process is compactness, asphalt-aggregate ratio, and pavement thickness. The evenness and paving temperature are finally the pavement thickness. Therefore, compactness is the main influencing index in the construction process of water stability of asphalt surface. Therefore, in the construction process of asphalt pavement, we should focus on controlling compaction and asphalt-aggregate ratio to ensure the water stability of asphalt pavement.
Key words：Asphalt layer; Water stability; Optimization; Analytic hierarchy process
1前言
在高等级公路大量修建的同时，现有的沥青面层早期水损害现象非常普遍，这与人们对提高路面服务水平的希望是矛盾的。跟据调查得知，沥青面层现在已成为了我国道路路面使用非常常见的一种手段。在我国，部分沥青路面使用时间远远没有达到设计标准，过早地出现了路面水损害的现象[1-2]。
沥青面层的水损害是沥青路面的主要破坏形式之一，影响因素众多。例如，雨水流进到沥青混合料内部，细小空间中的水分子产生了动水的压力作用和抽吸作用，不断冲击洗刷混合料，从而导致路面破坏[3-4]。当水分侵入了路面结构层后，将会导致沥青与集料的黏附性能产生很大的影响，随后会引起面层的剥落、变形、坑槽等破坏现象的产生，最终表现形式就是沥青路面整体强度的下降。张春娥[5]通过对山东多条沥青路面水损坏的调查，归纳总结水损害了初期主要的表现形式，其中有内部松散现象、新沉陷现象、唧浆现象、剥落现象。张文佳[6]对沥青面层水损害的成因进行了详细的分析，制定出了一种沥青面层水稳定性高，而且路用性能又好的级配组成方式。魏艳萍[7]研究了沥青路面的水稳定性长期性能的评价方法，提出有效地防护措施。兰宏[8]对沥青路面初期水损害的机理进行了深入的分析，从分析的结果得出了沥青各个面层所起到的作用，并给出了施工和设计时的一些具体要求。沙庆林[9]对我国大量的高速公路进行现场调查，根据现场调查的结果总结归纳沥青面层出现的水损害现象，并且分析了病害出现的源头所在，从根本上提出相应的防治措施。
影响沥青路面水稳定性的因素涉及沥青面层结构与材料设计、施工和使用等。其中，沥青面层施工质量是最为重要的因素之一。另外，影响沥青面层施工质量的因素亦很多，本研究将将优选影响沥青路面水稳定性的施工指标，并利用层次分析法AHP（Analytic Hierarchy Process）明确各指标对水稳定性的影响程度，以期获得满意的沥青路面水稳定性。
2.沥青面层水损害分析
2.1沥青面层的水损害
沥青面层的水损害是指当路面在上部结构有滞留水的前提下，受到外界条件下的车辆压力随时改变与温度值高低变化的持续作用下，一方面是由于自由水会慢慢地流入到各材料之间的接触面上，在同一时间下会在沥青表面的水形成的水流动冲击压力的作用下，沥青的作用薄膜会慢慢地从集料的表面掉下来，就会导致集料之间的相互作用力下降甚至丢失而发生的使用功能下降的情况[10]。
2.2沥青面层水损害破坏机理分析
（1）水对沥青的置换作用
水分在沥青路面材料中所造成的损害表现为通过裂缝、孔隙或车辆驾驶过程中产生的真空压力将水挤压到道路结构的内部，使内部矿料被水分滋润。当行驶的车辆快速通过路面后，内部的水分会被车辆的车轮吸附出来，这样一吸一收不停的循环作用就会把沥青从集料的表面脱落下来[11]。而路面内部细小孔隙的连通性就会把这种循环作用带到内部结构的所有小角落里，导致沥青混合料的水损害大大加快。
（2）剥落理论
针对沥青面层混合料之间的粘结力来说，水稳定性就是其中的核心[12-13]。水分通过道路表面进入内部结构当中，水分的存在致使沥青混合料所在的周围环境发生变化，在固体表面上积聚。水分会将沥青慢慢乳化掉，之后会在沥青与水分彻底混合之后，相互争抢吸附在固体的表面上。路面受到水分的侵蚀从而产生的破坏力会将路面破坏。
（3）动水压力的作用
在快速行驶的车辆轮胎下由于路面的积水导致产生的动水压力是非常巨大的，所产生的压力会很容易的穿透过沥青面层的孔隙从而进入沥青面层内部结构里面[14-15]。通常高速公路上的平均行驶车速是一般道路的两倍以上，所以在高速公路上面行驶的车辆所形成的动水压力也比一般道路大2倍上下。一旦沥青面层的空隙率值太大时，所产生的动水压力可以迫使路表面的积水渗入到沥青面层从而滞留在沥青面层的内部，通过道路行车荷载的反反复复挤压作用下，沥青面层就会出现破坏[16]。
2.3沥青面层水稳定性的控制指标
（1）沥青面层压实度施工控制指标
具备优良的压实度可以让道路面层的承载力大大提升，是避免形成早期水损害的有力措施之一。若面层的空隙率比规范要求的大时，下雨过后的雨水就会很容易的流到沥青面层内部中去，导致沥青面层产生水损害现象[17]。压实度是保证沥青混凝土物理力学性质满足设计要求的重要指标，将压实度控制在合理的范围内是降低早期沥青面层水损害现象的首要任务。
（2）沥青混合料的油石比施工控制指标
沥青混合料中的沥青与矿料质量比的百分数对沥青面层具有非常大的意义。由于油石比在实际应用过程中是不断变化的，所以要把沥青混合料的油石比控制在合理的范围内。
（3）沥青面层平整度的施工控制指标
平整度可以定义为路面表面引起汽车在路面上开动的过程中出现上下起伏较大的现象。因此，平整度是沥青路面作业使非常看重的指标之一。额外的振动以及不平坦的路面所累积的雨水，将加快沥青面层的使用消耗时间，引起路面水损害的产生。
（4）沥青面层路面摊铺厚度
在沥青路面中，路面的厚度发生变化是常见的一种现象。这种现象的发生是导致早期路面水损害发生的重要原因[18]。
（5）沥青混合料摊铺温度
沥青混合料的性能同温度是紧密联系的。当混合料温度较低时，沥青的稠度增大，使混合料很难被压紧在一起，降低压实度。所以，摊铺温度也是影响水损害的重要因素。
3.基于水稳定性沥青面层施工过程评价指标研究
3.1层次分析法概述
层次分析法 AHP具有很多优点，可以将各个影响条件总结在一起对某一项研究内容的评价。在沥青面层水稳定性最后施工质量的检查中，就可以把需要分析的各个指标之间确定对路面质量的影响程度大小整合排序。应用层次分析法建模确定各个质量指标权值的基本步骤为：①建立多级阶梯层次结构；②构造成对比较矩阵；③计算单排序权向量和一致性检验；④计算总排序权向量的和一致性检验；⑤确定权值。
3.2阶梯层次结构模型的建立
根据本课题研究内容，建立关于水稳定性的沥青面层的层次结构，如下图4.1所示：
3.3构造成对比较矩阵
层次结构图中，上下两层是有密切联系的，对目前当中使用层的要素进行互相之间的比较来确定要素的，是非常重要的一步。判断矩阵是用来表明针对上一层次某因素而言，本层次与之有关的各个因素之间的相对影响程度。
根据本课题对于沥青面层水损害施工控制指标的研究内容，向在一线工作的施工人员发放调查报告，B1到B5两两之间进行比较选择标度，根据调查结果构造判断矩阵，然后进行层次单排序。见下表2。
3.4计算单排序权向量和一致性检验
1.权向量计算
根据电脑软件计算出B1到B5权向量分别为0.4810、0.2705、0.1043、0.0616、0.0826；最大特征值λmax=5.1808
2.一致性检验
使用层次分析法时，判断矩阵的一致性是非常重要的。一致性检验是判断各个判断矩阵所求出的权向量系数是否正常。
根据上表就可以明显的看出施工过程中可选择的控制指标权值大小依次为压实度、油石比、平整度、摊铺温度和路面厚度。所以，针对沥青面层水稳定性，施工过程中应重点关注的影响指标是压实度和油石比等。
4.结论
从水损害的成因出发，通过层次分析的研究方法，分析五个施工指标对沥青混合料的水稳定性能影响程度。
（1）通过分析沥青路面水损害产生的原因，施工方面是需要重点考虑的因素之一。而且，相较于路面设计以及运营阶段，施工因素方面的控制更需要加强。
（2）影响沥青路面水稳定性的因素很多，通过调研，本研究初步优选了一部分施工控制指标，包括压实度、油石比、平整度、摊铺温度和路面厚度。
（3）层次分析法结果显示，针对选定的影响指标，影响程度由强到弱依次为压实度、油石比、平整度、摊铺温度和路面厚度。
（4）针对沥青路面水稳定性，在施工过程中，应重点监控压实度和油石比等指标，以获取满意的施工质量，进而使路面达到预期的使用寿命。
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论文作者:赵瑜隆 崔峰2, 石祥玉2, 郭辉东1
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/29
标签：沥青论文; 面层论文; 路面论文; 沥青路面论文; 稳定性论文; 油石论文; 指标论文; 《建筑实践》2019年第10期论文;