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沥青混合料空隙率的选定及最佳油石比快速确定法的应用

摘要：该文论述了沥青混合料设计空隙率为何要选定为4%，并对我国沥青

路面施工技术规范(JTGF40-2004)中有关设计空隙率VV和最小矿料间隙率

VMA规定进行了讨论，最后对《华东公路》“HMA和SMA最佳油石比快速确

定法”进行工程实例论证。

关键词:空隙率、矿料间隙率、最佳油石比快速确定。

1设计空隙率VV

空隙率VV决定于沥青混合料的最大理论相对密度rt和沥青混合料试件的毛

体积相对密度rf，即VV=(1-rf/rt)*100%

最大理论相对密度应用抽真空法测定，而试件的毛体积相对密度应用表干法

测定，才能得出正确的结果。

那么在沥青混凝土路面设计中应采用多大的空隙率作为设计空隙率呢？一

直到1994年，美国沥青路面协会(NAPA)的马歇尔设计标准，在不同交通量采用

不同击实次数基础上，设计空隙率VV都是统一规定为3-5%，并以4%为基准。

他们推荐的选择最佳沥青含量最通用的方法是：首先根据VV=4%确定沥青含量，

然后按此沥青含量比较稳定度、流值、饱和度、如所有数据都在标准范围内，则

以VV=4%时的沥青含量即为最佳沥青含量。如某些数据在标准范围以外，则混

合料须重新设计。另一种方法是AI提出的，即以最大稳定度、最大密度、与空

隙率为4%的沥青含量平均值作为最佳含量。当某些混合料的密度与稳定度不出

现最大值时，也只有设计空隙率为4%作为确定最佳沥青含量的标准了。可见马

歇尔设计法确定最佳沥青含量，本来不像我国规范这么复杂。

鉴于空隙率VV每相差1%，沥青含量约相差0.4%，那么VV=3-5%范围值，

沥青含量约有0.8%变化，因此以VV的范围值定沥青含量还谈不上最佳。既然

马歇尔设计法本来就是以VV=4%为基准，所以Superpave设计法就明确规定设

计空隙率为4%，而不用范围值。

设计空隙率VV=4%，也不是Superpave法的首创，这实际是前人大量实践

的共识。它是依据以下各点得到的。①所谓设计空隙率4%是指室内混合料要压

实到将来服务条件下交通追密后的最终压实的通常密度。此时，沥青不易老化，

路面耐久。②施工时总要容许一定的压实度，如压实度为98%，则竣工验收时，

空隙率可≤6%，如个别点压实度为97%，则验收时空隙率可≤7%，大量实践已证

明，当空隙率＞7%时，路面明显渗水。必然造成水损害的早期破坏。所以设计

空隙率不应＞4%。③设计空隙率也不能太小，太小的设计空隙率，如经交通追

密后，空隙率＜3%，实践证明，就可能因高温时沥青膨胀而形成推挤或车辙。

由此可见定设计空隙率为4%，是考虑了防止水损害、防止车辙、防止老化，提

高路面耐久性的目的而定的设计标准，并不是可以任意确定的。

另外，笔者认为在GTM等旋转压实方法设计空隙率可定为3%，因旋转压

实的试件毛体积密度比马歇尔试件密度大，系数为1.015左右，旋转压实设计空

隙率为3%时，马歇尔设计方法的空隙率就为4%，符合规范要求。

2对我国沥青路面施工技术规范（JTGF40-2004）中有关设计空隙率VV和

最小矿料间隙率VMA的讨论

表1密级配沥青混凝土混合料马歇尔试验技术标准

表1对不同温度区域的设计空隙率进行了增或减，这实际是没有必要的，对

于气候问题应在选用沥青等级时解决，而不应当改变路面设计空隙率的标准。对

于作为路面混合料设计标准的设计空隙率，在任何地方、任何交通量时，应是一

致的。这才符合“标准是一致的，条件是不同的”的原则。

表1中还列有不同设计空隙率VV与最小矿料间隙率VMA的关系。如果此

关系成立，则VMA-VV为定值，即有效沥青体积Vbe为定值，有效沥青含量为

定值。由于集料混合料已定时，吸入沥青已定，所以其结果是不管采用什么设计

空隙率，所得到的沥青含量是定值。那又何必采用不同设计空隙率呢？

事实上，当采用统一击实功时，对于集料特性和级配已定的沥青混合料的

VMA基本已定，此时只有沥青含量改变时，空隙率才会改变。

表2不同油石比马歇尔双面各75击的试验结果

表2为笔者目前所在项目AC-25沥青混合料的试验数据，使上述观点得到

了验证。

3最佳油石比快速