瀝青路面壓實(shí)度檢測探討

劉春林

（甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 概述

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

式中：K——瀝青面層某一測定部位的壓實(shí)度(%)，ρs——瀝青混合料芯樣試件的實(shí)際密度 （g/cm3），ρo——瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)密度（g/cm3）。在《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“評定標(biāo)準(zhǔn)”）中規(guī)定，瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)密度為拌和廠當(dāng)天取樣的馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制件密度ρs或試驗(yàn)路段路面芯樣密度ρo，客觀上實(shí)際密度和標(biāo)準(zhǔn)密度在一定條件下都是定值，因此，壓實(shí)度也為定值。但由于標(biāo)準(zhǔn)密度取值方法、實(shí)際密度試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)密度

按照現(xiàn)行規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)密度可以有兩種取值方法，即試驗(yàn)路段路面芯樣密度或當(dāng)天取樣的馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)，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(jìn)行分析：

1.1 試驗(yàn)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(yàn)路段，其目的主要是：（1）確定生產(chǎn)采用的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行。在確定上述參數(shù)時，壓實(shí)度也是評價指標(biāo)之一。當(dāng)然，如果實(shí)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(yàn)路段密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度也是可行的。但實(shí)際上，瀝青混合料的生產(chǎn)是一個動態(tài)過程，實(shí)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(dāng)時瀝青混合料油石比以及施工條件的不同而變化。

在實(shí)際生產(chǎn)過程中，每天的生產(chǎn)狀況與試驗(yàn)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。因此，以試驗(yàn)路段密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度在大多數(shù)情況下是不可取的。實(shí)際應(yīng)用中也很少以此作為標(biāo)準(zhǔn)密度。

1.2 當(dāng)天取樣的馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制件密度

在工程實(shí)踐中，常用當(dāng)天取樣的馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度ρo來計算壓實(shí)度，當(dāng)天馬歇爾密度是從當(dāng)天生產(chǎn)的混合料中抽樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)得到的，它基本反映了混合料生產(chǎn)的變化情況。但當(dāng)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(yàn)，在室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)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(shí)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(biāo)。在做馬歇爾試驗(yàn)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(dá)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(biāo)。在生產(chǎn)過程中也是如此，在大多數(shù)情況下，馬歇爾試驗(yàn)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(shí)溫度或忽視對溫度的控制。鑒于諸如此類原因，筆者認(rèn)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(yàn)室在取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)時，通常是上下午各取一組進(jìn)行試驗(yàn)以獲得當(dāng)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噸／小時，每天只取兩組，所以當(dāng)天馬歇爾密度取樣的偶然性較大。

試驗(yàn)室取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)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(shí)際檢測中，很難有以馬歇爾密度為標(biāo)準(zhǔn)密度的壓實(shí)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(shí)際情況，但這兩種方法都不能保留芯樣，而且試驗(yàn)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(shí)踐中，我們已經(jīng)嘗試?yán)米畲罄碚撁芏茸鳛闃?biāo)準(zhǔn)密度的做法?？障堵实挠嬎闶絍V＝（1－ρ實(shí)／ρ理）×100%

壓實(shí)度 K＝ρs／ρo×100%，以理論密度為標(biāo)準(zhǔn)密度時，ρs＝ρ 實(shí)，ρo＝ρ理

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(shí)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

從以往的試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)來看，理論密度的偏差系數(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。

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

以某路段實(shí)際生產(chǎn)為例，其理論密度為2.561g/cm3，當(dāng)室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)空隙率為3%時，馬歇爾密度為2.484g/cm3；當(dāng)室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)空隙率為3%時，馬歇爾密度為2.407g/cm3。如果室內(nèi)空隙率在馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的低限，而壓實(shí)度滿足100%≥K≥94%的要求時，實(shí)際空隙率在3%～8.8%之間，且當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到103%時，實(shí)際空隙率為0.1%。如果空隙率為馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的上限6%，當(dāng)壓實(shí)度滿足100%≥K≥94%時，其空隙率在6%～11.6%之間，且當(dāng)壓實(shí)度在103%時，空隙率才達(dá)到3%。

可以推斷，如果所有的試驗(yàn)都在規(guī)范操作下完成，且試驗(yàn)結(jié)果都滿足規(guī)范要求，其結(jié)果就基本真實(shí)地反映了路面的實(shí)際情況，當(dāng)以馬歇爾密度為標(biāo)準(zhǔn)密度，壓實(shí)度達(dá)到99%時，路面的實(shí)際空隙率為7%。路面上空隙率過大的問題就不容忽視。研究表明，當(dāng)瀝青砼空隙率大于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(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)實(shí)際碾壓的效果，便會帶來錯誤的判斷?？赡軐?shí)際沒有碾壓到位的認(rèn)為已經(jīng)合格了。

3 標(biāo)準(zhǔn)密度的選擇和壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的確定

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

綜上所述，筆者以為標(biāo)準(zhǔn)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，為了避免空隙率過小而導(dǎo)致泛油等病害和空隙率過大而引起水損害，壓實(shí)度指標(biāo)宜控制在93%～98%。

4 瀝青面層實(shí)際密度

按“測試規(guī)程”檢測瀝青面層實(shí)際密度有核子儀和鉆孔取芯兩種方法。 但“測試規(guī)程”明確指出不宜采用核子儀法作為仲裁試驗(yàn)和驗(yàn)收評定手段。鉆孔取芯的試驗(yàn)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(shí)瀝青砼面層的施工壓實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)規(guī)程》指出，當(dāng)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(yàn)人員仍習(xí)慣采用表觀密度作為實(shí)際密度ρs來計算壓實(shí)度，這樣其實(shí)是不妥的。

毛體積的定義式為：

式中：γf——毛體積密度，ma——瀝青混合料試件在空氣中的質(zhì)量（氣干質(zhì)量），mf－試件的表干質(zhì)量，mw——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(shí)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(dá)式為：

式中：γa——表觀密度，ma——試件的表干密度，mw——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(shí)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(shí)際情況。

5 結(jié)束語

筆者認(rèn)為在瀝青面層壓實(shí)度檢測中，瀝青標(biāo)準(zhǔn)密度宜采用最大理論密度，這樣既可以有效地控制壓實(shí)度，也可以控制其空隙率等體積指標(biāo)；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。