芯樣空隙率與路面水損害的影響規(guī)律

黃永光 江紅 馬林 張青山 張龍

摘 要：該文通過(guò)取芯檢測(cè)瀝青混合料的空隙率，采用高溫浸水條件下的多輪車轍試驗(yàn)研究空隙率和瀝青含量對(duì)路面水損害的影響規(guī)律。結(jié)果表明，行車帶處上、中面層車轍深度明顯大于路肩處的上、中面層的車轍深度；隨著空隙率（空洞）的增大車轍深度有較為明顯的增大；基于上、中面層空隙率的養(yǎng)護(hù)措施選擇原則為：空隙率6%～8%，采用“中”強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)措施；空隙率8%～12%時(shí)，采用“強(qiáng)”強(qiáng)度的養(yǎng)護(hù)措施；空隙率大于12%時(shí)，建議采用矯正性養(yǎng)護(hù)措施。研究成果為運(yùn)營(yíng)期瀝青路面內(nèi)部缺陷的判別及養(yǎng)護(hù)措施的制定提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：道路工程 瀝青路面 空隙率 水損害 芯樣

中圖分類號(hào)：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（c）-0026-04

在國(guó)內(nèi)其他高速公路的進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀝青路面水損害現(xiàn)象極其普遍，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的危害極大。另外，初期水損害具有隱蔽性，根據(jù)現(xiàn)有的《公路技術(shù)狀況評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20-2007）中規(guī)定，主要檢測(cè)路面損壞、平整度、車轍、抗滑性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度五項(xiàng)指標(biāo)，很難判定路面初期水損害的發(fā)生與發(fā)展。這就需要一種全新的檢測(cè)方法來(lái)對(duì)初期水損害的發(fā)生與發(fā)展進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)價(jià)[1-2]。

該文通過(guò)取芯檢測(cè)瀝青混合料的空隙率，采用高溫浸水條件下的多輪車轍試驗(yàn)研究空隙率對(duì)路面水損害的影響規(guī)律。

1 試驗(yàn)方法

CPN的全稱為多輪旋轉(zhuǎn)加載輪轍儀（Rotary Loaded Wheel Tester or Rutmeter）。CPN可以對(duì)直徑100mm及150mm 的馬歇爾試件、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試樣以及鉆芯取樣的試件的干、濕兩種狀態(tài)在可控溫度下進(jìn)行重復(fù)性、穩(wěn)定性高的車轍試驗(yàn)評(píng)價(jià)，更接近于路面實(shí)際狀況?？梢詫?duì)路面各層抗車轍性能進(jìn)行評(píng)價(jià)通過(guò)旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)輪邊緣設(shè)置10個(gè)小的從動(dòng)橡膠輪，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周相當(dāng)加載的從動(dòng)橡膠輪對(duì)試件加載10次，如圖1和圖2所示。每個(gè)小輪配置為125 N，計(jì)算接觸壓強(qiáng)為0.69 MPa，有干濕兩種運(yùn)行模式。對(duì)于芯樣的厚度選擇，要求大于4 cm，試驗(yàn)溫度64 ℃，評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為小輪運(yùn)行16000次，試件車轍深度，或者試件車轍深度達(dá)6.35 mm時(shí)小輪運(yùn)行的次數(shù)。

對(duì)芯樣進(jìn)行連續(xù)切割，從上面層開(kāi)始連續(xù)切割上面層5 cm，中面層5 cm如圖3，上、中面層分別進(jìn)行試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

按照上述試驗(yàn)方法，對(duì)47個(gè)路肩處芯樣的上、中面層，15個(gè)行車帶芯樣的上、中面層試件進(jìn)行CPN試驗(yàn)。比較如下（CPN試驗(yàn)車轍深度單位為英寸轉(zhuǎn)為國(guó)際單位制mm）。

根據(jù)表1可以清楚的看到：

（1）路肩的上面層的車轍深度明顯小于中面層的車轍深度，這是由于上面層的材料抗車轍能力較中面層強(qiáng)，證明材料是決定路面抗車轍深度重要的因素。同時(shí)看出，此路段整體抗車轍性能良好，路況良好，這與用雷達(dá)波形圖所判斷結(jié)果一致（局部上面層有連續(xù)空洞，整體路況良好）。

（2）行車帶的上、中面層車轍深度明顯大于路肩處的上、中面層的車轍深度，即使行車帶的上面層的車轍深度也比路肩處的中面層車轍深度大。

在路肩的47個(gè)芯樣中其中16個(gè)計(jì)算空隙率為5%以下，31個(gè)計(jì)算空隙率（含空洞）為5%以上。

可以看出空隙率大于5%比空隙率小于5%的車轍深度大，因此隨著空隙率（空洞）的增大CPN車轍深度有較為明顯的增大，所以對(duì)空隙率與CPN車轍深度的關(guān)系進(jìn)行擬合回歸。

對(duì)路肩處上面層的47個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除異常數(shù)據(jù)，對(duì)剔除異常數(shù)據(jù)后的38個(gè)數(shù)據(jù)建立空隙率與CPN車轍深度的關(guān)系（），得到圖4。

其中橫作標(biāo)為空隙率，縱坐標(biāo)為CPN車轍深度。

得到公式：

y=0.855e0.108x R2=0.684 （1）

從圖4中可以看出：

（1）當(dāng)空隙率<7%時(shí)，車轍深度集中在1.5 mm以下；

（2）當(dāng)空隙率>8%時(shí)，車轍深度急速增長(zhǎng)；

賈娟等（2004）進(jìn)行了瀝青混合料車轍試驗(yàn)方法比對(duì)分析，得出結(jié)論國(guó)際車轍RD（mm）與CPN有如下關(guān)系式[3]：

y=0.1205x+0.2499

R2 = 0.618 （2）

其中橫作標(biāo)為國(guó)際車轍深度RD（mm），縱坐標(biāo)為CPN車轍深度。

結(jié)合圖4與回歸擬合的關(guān)系式、國(guó)際車轍深度與CPN深度的關(guān)系，可得出表6。

對(duì)路肩處中面層的47個(gè)數(shù)據(jù)建立空隙率與CPN車轍深度的關(guān)系（），得到圖5。

其中橫作標(biāo)為空隙率，縱坐標(biāo)為CPN車轍深度。得到公式：

y=1.601e0.099x

R2=0.717 （3）

從圖5中可以看出：

（1）當(dāng)空隙率<8%時(shí)，車轍深度集中在2～3 mm；

（2）當(dāng)空隙率>8%時(shí)，車轍深度急速增長(zhǎng)。

結(jié)合圖5與回歸擬合的關(guān)系式、國(guó)際車轍深度與CPN深度的關(guān)系，可得出表7。

3 結(jié)論

以路面芯樣為研究對(duì)象，采用采用高溫浸水條件下的多輪車轍試驗(yàn)研究空隙率對(duì)路面水損害的影響規(guī)律；并給出了養(yǎng)護(hù)措施的建議。研究表明：

行車帶處上、中面層車轍深度明顯大于路肩處的上、中面層的車轍深度；隨著空隙率（空洞）的增大車轍深度有較為明顯的增大。對(duì)于路肩上面層，當(dāng)空隙率<7%時(shí)，車轍深度集中在1.5 mm以下，當(dāng)空隙率>8%時(shí)，車轍深度急速增長(zhǎng)；對(duì)于路肩中面層，當(dāng)空隙率<8%時(shí)，車轍深度集中在2～3 mm，當(dāng)空隙率>8%時(shí)，車轍深度急速增長(zhǎng)；基于上、中面層空隙率的養(yǎng)護(hù)措施選擇原則為：空隙率6～8%，采用“中”強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)措施；空隙率8%～12%時(shí)，采用“強(qiáng)”強(qiáng)度的養(yǎng)護(hù)措施；空隙率大于12%時(shí)，建議采用矯正性養(yǎng)護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈金安，李福普，陳景.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對(duì)策[M].人民交通出版社，2004.

[2] 張龍.基于探地雷達(dá)技術(shù)的瀝青路面早期水損害評(píng)價(jià)[D]，廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[3] 賈娟，張肖寧.瀝青混合料車轍試驗(yàn)方法的比較分析[J]，公路，2004（11），199-202.