瀝青路面壓實(shí)度的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)探討

穆秀雯，龔 莉，張錦生

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，哈爾濱 150040)

壓實(shí)度是衡量瀝青路面內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)之一，反映了瀝青混合料的壓實(shí)程度。壓實(shí)的密實(shí)程度直接影響到瀝青路面的強(qiáng)度、剛度、高溫穩(wěn)定性及低溫抗裂性。我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40－2004)中規(guī)定，施工過程中壓實(shí)度的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)為 (不小于):最大理論相對密度的93%、試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)密度的97%、試驗(yàn)路密度的99%［1］?，F(xiàn)國內(nèi)普遍采用前兩種標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算壓實(shí)度。本文以依七高速公路瀝青路面施工為依托，同時(shí)采用最大理論相對密度與試驗(yàn)室馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度雙重控制標(biāo)準(zhǔn)，對瀝青混凝土路面壓實(shí)度的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了探討。

1 壓實(shí)度的控制標(biāo)準(zhǔn)

1.1 壓實(shí)度指標(biāo)計(jì)算

壓實(shí)度是指施工壓實(shí)后按規(guī)定方法取樣的試件密度與標(biāo)準(zhǔn)密度之比，用百分率表示［1］。見公式 (1)。

由上式可知壓實(shí)度的大小取決于所取芯樣的密度和標(biāo)準(zhǔn)密度。在我國《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》 (JTG F40－2004)中規(guī)定，壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)為(不小于):試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)密度的97%、最大理論相對密度的 93%［1］。

1.2 ρ馬值計(jì)算

在施工中通常采用馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度。馬歇爾試件制作采用馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)儀雙面各擊實(shí)75次，擊實(shí)溫度依瀝青的粘溫曲線而定［2－3］，當(dāng)缺乏粘溫曲線時(shí)，采用表1作為參考。制作成高度63.5±1.3mm、直徑為φ101.1mm或152.4mm的圓柱體試件。依七高速瀝青面層結(jié)構(gòu)為:下面層AC－25粗粒式瀝青混凝土，90號基質(zhì)瀝青;中面層AC－20中粒式瀝青混凝土，SBS改性瀝青;上面層AC－16中粒式瀝青混凝土，SBS改性瀝青。

依據(jù)路面結(jié)構(gòu)本文采用小型試筒φ101.1mm×63.5擊實(shí)，擊實(shí)溫度下面層采用145℃，中上面層為165℃。因試件吸水率不大于2%，采用水中重法測得試驗(yàn)室密度。馬歇爾試件毛體積密度按公式

（2）計(jì)算 ρ馬計(jì)算值見表2。

表1 瀝青混合料拌合及壓實(shí)溫度參考表Tab.1 Reference table of blending and compactiontemperature of asphalt mixture

式中:ρ馬為馬歇爾試件的毛體積密度，g/cm3;ma為馬歇爾干燥試件空氣中質(zhì)量，g;mw為馬歇爾試件的水中質(zhì)量，g;mf為馬歇爾試件的表干質(zhì)量，g。

1.3 ρ理 值計(jì)算［1］

最大理論相對密度是通過瀝青含量、密度及礦料混合料的毛體積相對密度計(jì)算而來［4－5］，見公式(3)或 (4)。

按油石比計(jì)算

按瀝青用量計(jì)算

式中:ρ理為混合料的理論最大相對密度;γse為礦料混合料的有效相對密度a為油石比 瀝青膠結(jié)料的質(zhì)量與礦料質(zhì)量之比)，%;Pb為瀝青用量(瀝青膠結(jié)料的質(zhì)量與瀝青混合料總質(zhì)量之比)，%;γa、γb為瀝青膠結(jié)料的表觀相對密度，γa= γb。

γse則是按照生產(chǎn)配合比給出的礦料比例和各種規(guī)格礦料的毛體積相對密度、表觀密度計(jì)算得來，見公式 (5)、(6)及 (7)。

式中:γ′1γ′2…γ′n為各規(guī)格礦料的表觀相對密度;γ1γ2…γn為各規(guī)格礦料的毛體積相對密度;C為礦料混合料的瀝青吸收系數(shù)，根據(jù)礦料混合料的吸水率計(jì)算得出。

由公式 (5)， (6)和 (1)可知，最大理論相對密度只與材料的用量和材料本身的密度有關(guān)，并按照完全壓實(shí)狀態(tài)計(jì)算出的理論值。用最大理論相對密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算壓實(shí)度是更為嚴(yán)格的。ρ理計(jì)算結(jié)果見表2。

最大理論密度也可以用真空法測得，但僅限于下面層實(shí)測，中上面層均采用計(jì)算法［6－8］。

表2 各試驗(yàn)路段芯樣K1及K2Tab.2 Core samples of K1and K2in test section

2 指標(biāo)控制分析

2.1 壓實(shí)度指標(biāo)分析

表2為依七高速公路A2標(biāo)段中隨機(jī)選取的3個(gè)路段瀝青面層芯樣實(shí)測數(shù)據(jù)。每個(gè)路段長1000m，每隔200 m取一點(diǎn)。

假設(shè)ρ理×93%和ρ理×97%兩項(xiàng)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)是一致的，則:ρ理×93%=ρ馬×97%。

設(shè)計(jì)空隙率 V=1－ρ馬ρ理=1－93/97=4.12%

當(dāng)瀝青芯樣的空隙率小于設(shè)計(jì)空隙率4.12%時(shí)，若以馬歇爾密度為標(biāo)準(zhǔn)，壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)為97%時(shí)，則按理論計(jì)算的壓實(shí)度符合規(guī)范要求。若以最大理論密度為標(biāo)準(zhǔn)，壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)為93%時(shí)，則按馬歇爾密度計(jì)算的壓實(shí)度將小于97%，不符合規(guī)范要求。這種情況主要是由于馬歇爾密度偏低造成的。如果瀝青芯樣的空隙率大于設(shè)計(jì)空隙率4.12%，若以馬歇爾密度為標(biāo)準(zhǔn)，壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)為97%時(shí)，則按理論計(jì)算的壓實(shí)度將小于93%;若以最大理論密度為準(zhǔn)，壓實(shí)度控制標(biāo)準(zhǔn)為93%時(shí)，則按馬歇爾密度計(jì)算的壓實(shí)度將偏大。

從表2中可以發(fā)現(xiàn)隨機(jī)選取的3個(gè)路段的空隙率均大于4.12%，且隨著空隙率的增大，超百幅度越大。故現(xiàn)場試驗(yàn)路段瀝青混合料路面質(zhì)量檢測以馬歇爾密度為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算的壓實(shí)度值均不能真實(shí)的反映各試驗(yàn)路段的實(shí)際壓實(shí)情況。

通過上述分析可知，利用最大理論密度計(jì)算得出的壓實(shí)度只與材料的用量和材料本身的密度有關(guān)，并按完全壓實(shí)狀態(tài)下計(jì)算得出的理論值;而試驗(yàn)室馬歇爾密度普遍偏低，導(dǎo)致壓實(shí)度出現(xiàn)超百的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象主要由于馬歇爾密度受試驗(yàn)人員取料均勻性和試驗(yàn)溫度的影響較大，并且馬歇爾試件采用馬歇爾擊實(shí)儀制作成型，只通過施加的豎向沖擊力擊實(shí)成型，而路面成型大多采用膠輪壓路機(jī)和鋼輪壓路機(jī)聯(lián)合作業(yè)，其中鋼輪壓路機(jī)提供豎向力和沖擊力，膠輪壓路機(jī)對瀝青混合料起到揉搓作用，提供側(cè)向力。所以馬歇爾試件的成型方式已無法準(zhǔn)確模擬路面的揉搓碾壓的成型方式，導(dǎo)致馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度偏低，壓實(shí)度值偏大，不能完全真實(shí)、有效的反映路面壓實(shí)情況。

2.2 K1值線性回歸

目前我國多數(shù)工程項(xiàng)目采用馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度來計(jì)算壓實(shí)度指標(biāo)，并作為施工控制和驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)，然而實(shí)踐證明隨著施工機(jī)械化程度的提高、施工工藝的改進(jìn)馬歇爾試件的成型方式已無法準(zhǔn)確模擬路面的揉搓碾壓的成型方式，如在本項(xiàng)目中K1值普遍存在超百假象。故對于空隙率大于4.12%的，現(xiàn)場瀝青混合料路面質(zhì)量檢測以馬歇爾試件為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算的壓實(shí)度值，按照兩項(xiàng)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)一致的原則，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對K1值進(jìn)行了線性回歸，用回歸后的K'2值表示?；貧w曲線及公式如圖1所示。

圖1 回歸曲線Fig.1 Regression curve

從表2中K′2值可以看出:回歸后的K′2值與以最大理論相對密度為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算的K2值基本相近，較好地滿足兩項(xiàng)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)相一致的原則。

3 結(jié)論

(1)施工過程中壓實(shí)度指標(biāo)的控制建議采用馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度和最大理論相對密度雙重標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。

(2)當(dāng)空隙率大于設(shè)計(jì)空隙率4.12%時(shí)，采用馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度計(jì)算壓實(shí)度，可能出現(xiàn)超百假象，筆者建議按照兩項(xiàng)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)一致的原則，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對K1值進(jìn)行線性回歸，用回歸后的壓實(shí)度K′2值表示。

(3)為進(jìn)一步提高馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度的準(zhǔn)確性，建議采用旋轉(zhuǎn)擊實(shí)儀制作馬歇爾試件。

】

［1］JTG F40－2004.公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTJ 052－2000.公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［3］郭大進(jìn)，沙愛民.瀝青路面施工質(zhì)量過程控制技術(shù)［M］.北京:人民交通大學(xué)出版社，2010.

［4］呂 浩，李 猛.采用“最大理論相對密度”控制瀝青路面壓實(shí)度的探討［J］.公路交通技術(shù)，2008(55):20－22.

［5］彭義軍.大呼高速公路瀝青路面質(zhì)量保證體系研究［D］.太原:太原理工大學(xué)，2010.

［6］付凱繁，徐立紅，陳條鈺.不同瀝青路面結(jié)構(gòu)溫度場研究［J］.公路工程，2009，32(2):53 －60.

［7］趙 熙，董希斌.幾種新型瀝青面層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及展望［J］.森林工程，2005，21(2):45 －48.

［8］劉軍勇，李 剛，張留俊.基于法國標(biāo)準(zhǔn)的瀝青路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.公路工程，2010，35(5):85 －88.