高速公路瀝青路面離析規(guī)律試驗研究

□文/王偉廣 李正中 楊鳳雷 滿 偉

造成道路路面形成破壞的重要原因在于瀝青路面的離析[1～2]。本文對天津市某高速公路多個斷面瀝青混合料進行級配分析，紅外溫度、路面滲水系數(shù)檢測以及無核密度試驗，總結(jié)瀝青路面離析規(guī)律并提出相應的解決措施。

1 級配分析

拼縫、收斗、路緣石、掛桿等處是離析現(xiàn)象發(fā)生的典型位置。為得到這些地方離析程度的定量認識，對天津市某高速中面層AC-20型瀝青混合料進行取樣和試驗。取樣位置包括攤鋪機后拼縫、掛桿、收斗、距中央30 cm處和正常處等典型位置。采用特制取樣板取樣，再運至試驗室進行抽提篩分試驗，試驗結(jié)果見圖1。

圖1 不同斷面處級配曲線

由圖1可得，現(xiàn)場5處典型位置取樣的級配偏差主要體現(xiàn)在4.75、2.36 mm通過率上，以4.75、2.36 mm為離析判別的關鍵篩孔，再對關鍵篩孔通過率進行進一步分析，見圖2和圖3。

圖2 不同斷面4.75 mm通過率

圖3 不同斷面2.36 mm通過率

由圖2可見：混合料4.75 mm通過率可劃分為三個層次，拼縫和距中央分割帶30 cm處兩個位置最低，收斗處次之，掛桿與正常處最高；拼縫和距中央分割帶30 cm處比掛桿與正常處的4.75 mm通過率低超過3%。由圖3可見：混合料2.36 mm通過率可分為二個層次，拼縫和距中央分隔帶30 cm處兩個位置偏低，收斗、掛桿與正常處較高；拼縫和距中央分隔帶30 cm處較掛桿與正常處的2.36 mm通過率低1%～2%。拼縫、距中央分割帶30 cm處和收斗處從視覺觀察中粗集料集中、構造深度大，可以認為離析易發(fā)位置。

拼縫和距中央分割帶30 cm處關鍵篩孔通過率比正常路段低，級配偏粗。理論上來說，收斗處是粗集料容易集中的地方，但受取樣時機影響，事先埋設取樣器難以恰好取到收斗攤鋪離析之處，故關鍵篩孔4.75、2.36 mm通過率并沒有明顯偏低。另外，掛桿位置的級配與正常路段相差無幾，現(xiàn)場視覺觀察也發(fā)現(xiàn)掛桿位置較為均勻，可以看作正常的非離析區(qū)域。

2 溫度離析檢測

溫度離析通常是指瀝青混合料在拌和、運輸及攤鋪過程中溫度出現(xiàn)較大差異的現(xiàn)象。瀝青混合料的各項性能與溫度之間有密切的關系，所以，溫度離析將影響瀝青混合料的密度、空隙率，從而影響到路面強度及其耐久性，而JTGF 40—2004《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》對于溫度離析沒有相應的要求。

溫度離析對路面的平整度與壓實度的均勻性產(chǎn)生影響。只有鋪面的整體被同等程度的壓實才能產(chǎn)生均勻的密度，低溫區(qū)域的混合料不能被有效壓實，造成表面粗糙，空隙率偏大，出現(xiàn)水損壞現(xiàn)象，甚至對路面強度產(chǎn)生不利影響。此外，低溫區(qū)域的瀝青混合料影響臨近高溫區(qū)域的瀝青混合料的壓實，改變高溫區(qū)的瀝青混合料的壓實效果。

本文采用了紅外攝像技術對攤鋪現(xiàn)場的溫度進行檢測。其原理：所有物體都以熱量形式發(fā)射紅外線波，當它被紅外線溫度記錄儀探測到時，就會將其轉(zhuǎn)換成電波，產(chǎn)生一張物體熱量可視圖片；圖片上的不同顏色代表不同溫度，如藍色代表溫度較低區(qū)域，紅色代表溫度較高區(qū)域等[3]。

面層的壓實將會改變表面熱量的特征，氣候特征、碾壓遍數(shù)、碾壓時機以及噴水量等都會改變鋪面的溫度分布情況，然而對于鋪設溫度來講，可以排除碾壓等外界因素的干擾，能夠?qū)旌狭蠝囟入x析形成精確評價。因此，在實際的實施過程中應在混合料第一次壓實后采集紅外攝像溫度試驗數(shù)據(jù)。

在施工過程中對攤鋪機斷面的溫度離析情況進行研究。攤鋪機寬度在6 m左右，為了解攤鋪溫度在該范圍內(nèi)分布，對該區(qū)域的溫度進行測量，見圖4。由圖4看出，攤鋪后，溫度整體呈現(xiàn)兩邊低，中間高的規(guī)律分布趨勢，拼縫處存在最低溫度，與最高溫度相比，二者間存在著20℃以上的極差。

圖4 攤鋪機后溫度分布

3 滲水系數(shù)檢測

瀝青路面的離析可通過滲水系數(shù)進行表征，滲水系數(shù)試驗屬非破壞性試驗，試驗本身操作快捷簡便，可以較為迅速地對鋪設路面的質(zhì)量狀況做出反應，對于瀝青路面離析的快速檢測和評定極為適合[5]。

對AC-20中面層進行橫斷面滲水測試并采用網(wǎng)格法繪制滲水系數(shù)圖，其中邊緣加密區(qū)測試3點，拼縫位置為4.5～5.5 m，測試4點，檢測結(jié)果見圖5。

圖5 某高速AC-20S中面層滲水系數(shù)等高線

滲水系數(shù)的分布規(guī)律符合設計方案的預期，即在邊緣和拼縫1 m范圍屬于滲水區(qū)，其他區(qū)域為不滲水區(qū)，從而證明了網(wǎng)格法劃分原則的正確性，可將滲水系數(shù)用于離析檢測，滲水系數(shù)離析判定標準還有待探討

4 無核密度檢測

很大程度上，路面的不均勻程度與其密度具有一定的相關性。通常，對于瀝青面層來講，集料離析嚴重時，粗集料含量會相對高，空隙率相對較大，導致密度較小，同理，對于均勻的瀝青面層，其密度會相對較大。傳統(tǒng)的瀝青面層密度測定方法是通過路面取芯，再通過室內(nèi)試驗來測定，試驗過程長，而且試驗結(jié)果受試驗人員和設備等影響誤差較大。

無核密度儀用于測量瀝青路面壓實度，速度快且對路面無任何損傷。使用過程中應保證檢測路段不被雨淋濕并且不受任何污染，同時，在對混合料密度進行測量時應進行相關標定，檢測過程中保證路面平整無缺陷。選擇主線與橋面兩段，利用無核密度儀測量全斷面的密度分布，見圖6。

圖6 主線和橋面無核密度分布

由圖6可見，主線段的密度比橋面的密度大一些且其全斷面的密度分布有一定規(guī)律，即在路兩側(cè)邊緣密度偏小，其他位置密度在較小范圍內(nèi)波動。橋面密度分布則無明顯規(guī)律，沿橫向方向上下波動幅度較大。

此外，對兩段路面進行的滲水試驗表明，橋面斷面滲水系數(shù)的平均水平顯著高于主線段。由此推斷，施工階段，橋面瀝青混凝土的碾壓不如主線段有序和充分，鋪面的均勻性不好且壓實功普遍不足，反映到檢測性能指標上，則表現(xiàn)為密水性稍差，密實度偏小。

5 結(jié)論

在斷面兩邊和攤鋪機拼縫處，芯樣體積指標差異性較大，表明離析狀況明顯；此外，該段滲水系數(shù)的檢測結(jié)果也反映全斷面滲水系數(shù)大部分超標。對于離析判別指標，芯樣體積指標中的油石比、級配、密度或空隙率等及與滲水系數(shù)之間存在一定的相關性，它們關于離析屬性、程度的判別具有一致性。因此，在瀝青路面施工時，尤其要注意對斷面兩邊1 m范圍內(nèi)以及攤鋪接縫位置1～2 m范圍內(nèi)的施工質(zhì)量控制。