瀝青路面壓實度評價及控制探討

陳 華

(攀枝花天譽工程檢測有限公司，四川攀枝花 617023)

對任意一種瀝青路面而言，壓實度都是施工工藝中最重要的施工質(zhì)量管理項目，在路面質(zhì)量評定中也是一個重要指標?！豆仿坊访娆F(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG E060－2008)(以下簡稱“測試規(guī)程”)給出其定義式為:

式中:K為瀝青面層某一測定部位的壓實度(%)，ρs為瀝青混合料芯樣試件的實際密度(g/cm3)，ρo為瀝青混合料的標準密度(g/cm3)。

在《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》(JTG F80/1－2004)(以下簡稱“評定標準”)中規(guī)定，瀝青混合料的標準密度為拌和廠當天取樣的馬歇爾試驗標準制件密度ρs或試驗路段路面芯樣密度ρo或最大理論密度ρt，客觀上實際密度和標準密度在一定條件下都是定值，因此，壓實度也為定值。但由于標準密度取值方法、實際密度試驗方法等不同，對檢測結(jié)果的影響是顯而易見的。

1 瀝青混合料標準密度

按照現(xiàn)行規(guī)范，標準密度可以有三種取值方法，我們結(jié)合今年檢測的情況著重論述兩種，即試驗路段路面芯樣密度或當天取樣的馬歇爾試驗標準制件密度。結(jié)合多年的瀝青路面施工以及質(zhì)量管理經(jīng)驗，我們發(fā)現(xiàn)此二種方法都存在一定的局限性，下面逐一進行分析。

1.1 試驗路段路面芯樣的密度

我們知道，在正式攤鋪之前都要鋪筑試驗路段，其目的主要是:①確定生產(chǎn)采用的標準配合比;②確定松鋪系數(shù);③確定碾壓方法和碾壓遍數(shù)。只要確定了上述參數(shù)，瀝青混合料的生產(chǎn)即可正常進行。在確定上述參數(shù)時，壓實度也是評價指標之一。當然，如果實際施工過程中所有的因素如油石比、級配和施工條件等都不發(fā)生變化的話，以試驗路段密度作為標準密度也是可行的。但實際上，瀝青混合料的生產(chǎn)是一個動態(tài)過程，實際攤鋪的瀝青混凝土面層的密度是一個不斷變化的數(shù)值，它會因當時瀝青混合料油石比以及施工條件的不同而變化。以某路段的實際生產(chǎn)為例，所使用的瀝青混合料型為AC－25I，最佳油石比為4.03%，而在實際生產(chǎn)過程中，每天的生產(chǎn)狀況與試驗路的生產(chǎn)狀況很難保持一致，在一定范圍內(nèi)有著相對較大的變化。我們專門檢測了其熱拌場在同一批材料及相同配合比的情況下試驗路段與施工路段的密度的變化情況(表1)。

表1 試驗路段與施工路段的密度變化 單位:g/cm3

從上表可以看出試驗路密度與實際生產(chǎn)的密度的離散性是相當大的，因此以試驗路段密度作為標準密度在大多數(shù)情況下是不可取的。實際應(yīng)用中也很少以此作為標準密度。

1.2 當天取樣的馬歇爾試驗標準制件密度

在工程實踐中，常用當天取樣的馬歇爾密度作為標準密度ρo來計算壓實度，當天馬歇爾密度是從當天生產(chǎn)的混合料中抽樣進行馬歇爾試驗得到的，它基本反映了混合料生產(chǎn)的變化情況。但當天馬歇爾密度還是會受到以下幾個因素的影響。

1.2.1 制件溫度

根據(jù)經(jīng)驗，在室內(nèi)馬歇爾試驗制件的過程中，混合料制件的密度會隨著成型溫度的增高而增大，空隙率則降低;反之，降低溫度會導(dǎo)致密度減小，空隙率增大。在工程實際中，室內(nèi)馬歇爾試件空隙率是衡量瀝青混合料的一個重要指標。在做馬歇爾試驗時我們發(fā)現(xiàn)，盡管上下變化了5個不同的瀝青用量，變化范圍達到了2%，穩(wěn)定度都能滿足要求，流值也大都滿足要求，穩(wěn)定度、密度有時連峰值都不出現(xiàn)，最后決定瀝青用量的往往只剩下空隙率一個指標。在生產(chǎn)過程中也是如此，在大多數(shù)情況下，馬歇爾試驗只有空隙率會超出要求。因此有不少施工單位為滿足空隙率要求在馬歇爾試件成型時人為改變擊實溫度或忽視對溫度的控制。鑒于諸如此類原因，認為馬歇爾密度的可取性值得商榷。

1.2.2 取樣的偶然性

試驗室在取樣進行馬歇爾試驗時，通常是上下午各取一組進行試驗以獲得當天的馬歇爾密度。然而，以TITAN3000拌和樓為例，正常的生產(chǎn)能力是240 t/h，每天只取兩組，所以當天馬歇爾密度取樣的偶然性較大。

試驗室取樣進行馬歇爾試驗的各個環(huán)節(jié)都存在不可避免的人為因素的影響，而且這些影響對于馬歇爾密度的取值而言是較為明顯的。由于上述種種原因，在實際檢測中，很難有以馬歇爾密度為標準密度的壓實度不合格的問題出現(xiàn)。

1.3 最大理論密度

最大理論密度可以通過計算法、真空法或溶劑法來取得，溶劑法和真空法對鉆孔取芯而言最能反映實際情況，但這兩種方法都不能保留芯樣，而且試驗本身也比較繁瑣。而計算法對于施工過程中的質(zhì)量控制而言則最為簡單明了、易于掌握。

在SMA 生產(chǎn)實踐中，我們已經(jīng)嘗試利用最大理論密度作為標準密度的做法。空隙率的計算式Vv=(1－ρa/ρb)×100%

式中:ρa為實際密度，ρb為理論密度

壓實度K=ρs/ρo×100%，以理論密度為標準密度時，ρs=ρ?a，ρo=ρb

可以推出:Vv=(1－0.01K)×100%

使用最大理論密度可以直接地、相對真實地反映該路段的空隙率情況。

2 馬歇爾密度與理論密度的對比

2.1 理論密度的變化相對穩(wěn)定

以某中修工程上面層生產(chǎn)為例，其理論密度、馬歇爾密度的平均值、標準偏差以及變異系數(shù)列于表2，由表中數(shù)據(jù)可以看出理論密度的標準偏差及變異系數(shù)只有室內(nèi)馬歇爾密度的一半。因此理論密度的變化相對穩(wěn)定。可以認為最大理論密度作為標準密度是比較合理的方式，計算出來的壓實度能夠反映現(xiàn)場的實際情況。

表2 理論密度、馬歇爾密度、標準偏差及變異系數(shù)

2.2 以馬歇爾密度和理論密度作為標準密度時，壓實度結(jié)果及路面物理性能分析

以某路段實際生產(chǎn)為例，其理論密度為2.669 g/cm3，當室內(nèi)馬歇爾試驗空隙率為3.0%時，馬歇爾密度為2.589 g/cm3;當室內(nèi)馬歇爾試驗空隙率為6% 時，馬歇爾密度為2.509 g/cm3。表3 列出當以馬歇爾密度為標準時不同的壓實度值所對應(yīng)的實測密度和以理論密度為標準時的壓實度值，以及路面的實際空隙率(由于按“評定標準”要求，該路段公路壓實度要求值為96%，故表中以96%為起始值，以理論密度為標準密度時壓實度滿足92%)。

表3 馬歇爾密度、實測密度、理論密度的壓實度比較

從表3 的對比中可以看出，如果室內(nèi)空隙率在馬歇爾試驗標準的低限，而壓實度滿足100%≥K≥96%的要求時，實際空隙率在3%～6.9%之間，且當壓實度達到103%時，實際空隙率為0.07%。如果空隙率為馬歇爾試驗標準的上限6%，當壓實度滿足100%≥K≥96%時，其空隙率在6%～9.7%之間，且當壓實度在103%時，空隙率才達到3.2%。

可以推斷，如果所有的試驗都在規(guī)范操作下完成，且試驗結(jié)果都滿足規(guī)范要求，其結(jié)果就基本真實地反映了路面的實際情況，而實際的情況是當以馬歇爾密度為標準密度時，壓實度滿足要求而空隙率則過大的情況時有發(fā)生。路面上空隙率過大的問題不容忽視。研究表明，當瀝青混凝土空隙率大于7%時，瀝青路面就處于滲水狀態(tài)，其水損害即不可避免。而室內(nèi)馬歇爾密度如果由于人為或偶然因素的影響變小，還以此標準檢驗實際碾壓的效果，便會帶來錯誤的判斷?？赡軐嶋H沒有碾壓到位的認為已經(jīng)合格了。

3 標準密度的選擇和壓實度標準的確定

現(xiàn)在不少公路已在使用空隙率和壓實度雙控指標，即以馬歇爾密度作為標準密度來評價壓實度的同時，要求其空隙率也要達到要求。這樣做可從兩方面對瀝青面層的質(zhì)量進行控制，但實際施工中會出現(xiàn)壓實度滿足要求而空隙率不滿足要求的情況(如表3 中所示)，這很難說服施工單位其是不合格的。當以理論密度作為標準密度時，如前所述由于空隙率和壓實度是兩個相互關(guān)聯(lián)的指標，即W=(1－0.01K)×100%。在這樣情況下控制了壓實度其實也就控制了路面的實際空隙率。

綜上所述，我們以為標準密度應(yīng)直接采用最大理論密度，這樣就可以直接判斷其空隙率的大小。

4 瀝青面層實際密度

按“測試規(guī)程”檢測瀝青面層實際密度有核子儀和鉆孔取芯兩種方法。核子儀法雖然有非破壞性的優(yōu)點，但由于各種型號瀝青混凝土表面的粗糙度不一，通過核子儀法測得的實際密度往往偏差較大，且缺乏相關(guān)性，因此“測試規(guī)程”明確指出不宜采用核子儀法作為仲裁試驗和驗收評定手段。鉆孔取芯的試驗方法是在路面施工結(jié)束后從面層中取出芯樣，比較有代表性，也是現(xiàn)在最常用的方法。由于瀝青混合料密度測試方法較多，有表干法、水中重法、蠟封法和體積法等，究竟采用何種方法作為鉆孔取芯樣的密度測定方法，有必要在此作一探討。“測試規(guī)程”還規(guī)定“壓實瀝青混凝土面層的施工壓實度是指按規(guī)定方法采取的混合料試樣的毛體積密度與標準體積密度之比，以百分率表示?！薄豆窞r青及瀝青混合料試驗規(guī)程(JTG E20－2011)》指出，當瀝青混合料為不吸水時，可采用水中重法，因此在I 型瀝青混合料密度的測定中，試驗人員仍習慣采用表觀密度作為實際密度Ps來計算壓實度，這樣其實是不妥的。

毛體積的定義式為:

式中:γf為毛體積密度，ma為瀝青混合料試件在空氣中的質(zhì)量(氣干質(zhì)量)，mf為試件的表干質(zhì)量，mw為試件的水中質(zhì)量。

由上式可知，該方法測定試件的體積包括礦料實體和瀝青的體積Vg+Va，以及外界連通的開口孔隙V'。而表觀密度的表達式為:

式中:γa為表觀密度，ma為試件的表干密度，mw為試件的水中質(zhì)量，總體積中并未計入與外界連通的開口孔隙的體積V'。

就室內(nèi)馬歇爾擊實試件而言，對I 型混合料采用表觀密度與采用毛體積密度并沒有太大的區(qū)別;而對于鉆孔取芯的芯樣而言，瀝青混合料內(nèi)部的部分孔隙集料的閉口孔隙均會因切割而變成了與外界連通的開口孔隙，此時如果仍然采用水中重法測試則不能反映實際情況。顯然，以毛體積密度作為實際密度計算壓實度更客觀地反映了路面實際情況。

5 三種壓實度評價方法的比較

某路段工程為例繪制表格對比以三種不同密度為標準密度時的壓實度情況(表4)。

表4 三種不同密度為標準密度時的壓實度比較

從表4可以看出以馬歇爾標準密度及最大理論密度為標準密度時壓實度都可以滿足要求，而以試驗路段密度為標準密度時壓實度存在不合格的情況。

6 結(jié)論

在瀝青面層壓實度檢測中，瀝青標準密度宜采用馬歇爾密度及最大理論密度，這樣既可以有效地控制壓實度，也可以控制其空隙率等體積指標，不宜采用試驗路段密度。

瀝青的鉆孔取芯芯樣密度只能采用毛體積密度，以表干法測定。

［1］JTG E20－2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程［S］

［2］JTG F80/1－2004 公路工程質(zhì)量檢驗評定標準［S］