基于室內(nèi)試驗的舊瀝青路面評價技術(shù)探討

郭 濤

(山西省晉中路橋建設集團有限公司 晉中 030600)

JTG D50-2017 《公路瀝青路面設計規(guī)范》[1]中規(guī)定可采用鉆芯、探坑取樣、路面雷達、切割等方式，調(diào)查分析既有路面厚度、層間結(jié)合及病害程度等情況，并取樣測定試件模量、強度等，分析路面材料組成與退化情況。但是目前相關(guān)規(guī)范的試驗方法都是針對新鮮的瀝青混合料，對于已經(jīng)投入使用的瀝青路面，并無相應的試驗方法。

本文對某運營期高速公路瀝青路面進行了取樣室內(nèi)試驗，以探討運營期瀝青路面工作性能的檢測方法。

1 瀝青路面主要病害類型

某高速公路瀝青路面狀況總體較好，但不同程度地出現(xiàn)了一些病害，如車轍、坑槽、松散、橋面白斑、網(wǎng)裂等，其中橋梁路段病害所占比例較大。

車轍病害是其主要病害，主要發(fā)生在橋面行車道上，在橋面彎道、橋梁伸縮縫兩側(cè)的車轍則更為嚴重，部分路段車轍深度達6 cm，并已形成壅包，嚴重影響了路面行車安全性。部分行車道輪跡上的車轍部位同時也出現(xiàn)了網(wǎng)裂、白斑等病害。

坑槽、松散病害在2個方向均存在，其中下行方向更為嚴重；從發(fā)生的路段上來看，該病害主要發(fā)生在橋面上，部分路基段的匝道進出口位置也發(fā)生了坑槽、松散等病害。并且從現(xiàn)場情況來看，大部分坑槽、松散病害與車轍、網(wǎng)裂等病害同時存在，主要發(fā)生在行車道輪跡帶上，部分坑槽、松散已連成一片。

橋面白斑情況在全線橋面普遍存在，其中硬路肩、超車道更為明顯。據(jù)調(diào)查，該情況在路面通車后不久就出現(xiàn)，部分行車道上的白斑后期發(fā)展成了坑槽等病害。

橫向裂縫在路段的路基段普遍存在，部分間距不足10 m，裂縫大多貫穿半幅路面，裂縫寬度不等，目前均已進行灌縫處理。

其他病害如網(wǎng)裂、修補破壞、表層剝落、縱向推移等在部分路段存在。其中網(wǎng)裂主要發(fā)生在橋面行車道輪跡上，大多與車轍病害、坑槽、松散同時存在，同時伴有推移現(xiàn)象，是后期發(fā)生大面積破壞的前兆；修補破壞主要表現(xiàn)在沿已修補部位邊緣發(fā)生松散、白斑等病害，導致出現(xiàn)重復修補現(xiàn)象。

2 路面取芯及試驗方案

本次試驗試樣均隨機選取自K118+482-K192+775路段。在典型路段病害處取芯，每種病害取芯不少于3處，每處病害要求至少取2個芯樣，并在對應的硬路肩未發(fā)生病害處取不少于2個芯樣，路面取芯采用直徑150 mm的鉆頭。取芯過程中，要詳細記錄芯樣的完整性、厚度、層間聯(lián)結(jié)情況等，并與彎沉測試結(jié)果、雷達測試結(jié)果進行對比。取芯結(jié)束后，分層(上、中、下面層)將芯樣進行切割以備室內(nèi)試驗。

對于橋面路段，芯樣厚度為瀝青鋪裝層厚度；對于非橋面路段，芯樣厚度應為瀝青層總厚度。芯樣試驗項目包括：①芯樣高溫穩(wěn)定性檢測。采用SPT性能試驗機，通過測試芯樣流變次數(shù)進行高溫穩(wěn)定性評價[2]；②芯樣壓實度、現(xiàn)場空隙率試驗。通過測試芯樣密度和混合料的最大理論密度測試其現(xiàn)場空隙率和壓實度；③芯樣級配篩分試驗。對芯樣二次加熱后對其混合料進行抽提試驗，對集料進行級配分析；④芯樣的劈裂強度試驗。采用凍融劈裂試驗進行評價；⑤芯樣水穩(wěn)定性試驗。采用浸水馬歇爾試驗進行評價[3-5]。

擬通過室內(nèi)試驗對路面現(xiàn)場空隙率、壓實度，混合料級配組成和油石比、高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性試驗等進行評價，具體試驗內(nèi)容見表1。

表1 路面芯樣試驗方案表

3 路面現(xiàn)場空隙率試驗

1) 上面層芯樣。上行方向上面層芯樣的密度、上行方向空隙率的檢測數(shù)據(jù)見表2。由表2可見，芯樣空隙率離散性較大，其中路肩空隙率普遍偏高，行車道由于受到重復車輛荷載的不斷壓實作用，空隙率普遍偏低。出現(xiàn)白斑的地方空隙率普遍偏高，在壅包附近空隙率偏低。

表2 上面層代表芯樣的密度和空隙率

2) 中面層芯樣。上行方向中面層芯樣的密度、上行方向空隙率的檢測數(shù)據(jù)見表3。

由表3可見，中面層空隙率離散性較大，且空隙率普遍偏高。

表3 中面層芯樣的密度和空隙率

4 瀝青混合料抽提試驗

沿路選擇病害嚴重路段對上、中、下面層瀝青混合料進行了抽提試驗，分析其混合料的油石比和集料的級配狀況。

1) 上面層混合料抽提試驗結(jié)果分析。從抽提結(jié)果來看，抽提級配中4.75，9.5 mm通過率超出控制上限，混合料級配明顯偏細，且粉塵含量偏大，按近控制上限，混合料生產(chǎn)過程中級配控制較差。上面層混合料抽提級配結(jié)果見表4。

表4 上面層瀝青混合料抽提級配結(jié)果

抽提級配中大部分篩網(wǎng)通過率不滿足要求，級配整體偏細，且粉塵含量均偏大或超出控制上限，混合料生產(chǎn)過程中級配控制較差。

上面層油石比抽提結(jié)果見表5。

表5 上面層瀝青混合料油石比抽提結(jié)果 %

由表5可見，實際油石比與設計油石比均有一定偏差，但偏差較?。环勰z比過大，不滿足要求。

2) 中面層混合料抽提試驗結(jié)果分析。中面層混合料級配抽提試驗結(jié)果見表6。

表6 中面層瀝青混合料抽提級配結(jié)果

由表6可見，部分芯樣抽提級配遠遠偏離設計級配，級配波動性較大，級配嚴重偏細處與現(xiàn)場行車道發(fā)生嚴重車轍相對應。同時，從抽提結(jié)果來看，0.075 mm通過率偏大。

中面層瀝青混合料油石比抽提結(jié)果見表7。

表7 中面層瀝青混合料抽提油石比結(jié)果 %

由表7可見，所抽檢芯樣油石比偏低，這可能也是取芯過程中發(fā)生芯樣脫落，集料外露的原因。從粉膠比指標來看，芯樣的粉膠比過大，不滿足要求。

3) 下面層混合料抽提試驗結(jié)果分析。下面層混合料級配抽提試驗結(jié)果見表8。

表8 下面層抽提級配結(jié)果

由表8可見，下面層瀝青混合料級配波動性較大，級配嚴重偏細處與現(xiàn)場行車道發(fā)生嚴重車轍相對應。

綜合分析，從芯樣抽提試驗結(jié)果來看，檢測路段混合料生產(chǎn)過程中級配控制均較差，均存在混合料級配偏細和粉塵含量偏大的現(xiàn)象，級配偏細、粉塵含量高、粉膠比偏大是路面產(chǎn)生車轍、水損害的重要原因之一。

5 芯樣SPT試驗結(jié)果分析

通過SPT試驗(簡單性能試驗)流動次數(shù)指標對混合料的高溫性能進行評價。試件采用鉆芯并切割出尺寸為100 mm×150 mm(直徑×高度)的試件，切割過程中盡量保持上面層的完整。試驗前，將試件放置于空氣浴中保溫5 h 以上，同時在試驗過程中，保持腔內(nèi)溫度為試驗溫度。

由于試驗條件的苛刻，本路段可做SPT試驗的芯樣受到很大的限制，最后挑選了5個符合試驗條件的試件進行了該試驗。試驗結(jié)果見表9。

表9 SPT試驗結(jié)果統(tǒng)計

從芯樣的流動次數(shù)試驗結(jié)果來看，K118+482處試件所反映出的高溫性能最佳，而路面K151+850處的2組試件測試結(jié)果相差較大，其兩者平均值與K192+775處相當，兩者高溫性能基本相當。

從試驗數(shù)據(jù)上看，K118+482處混合料表現(xiàn)出了較好的高溫性能，但根據(jù)以往試驗資料，F(xiàn)n大部分為2 000～3 000次，本次試驗中，K118+482處2個試件的Fn達到了8 500次以上，初步分析認為該試驗結(jié)果可能受芯樣影響較大。

該試驗受現(xiàn)場取芯條件限制，各芯樣均存在較大的不同，故其試驗結(jié)果僅供參考，高溫性能評定時應結(jié)合其他試驗共同進行。

6 水穩(wěn)定性試驗結(jié)果分析

按規(guī)范進行凍融劈裂試驗，試驗所用芯樣均取自硬路肩白斑處，所用芯樣為中面層芯樣，試驗結(jié)果見表10。

表10 凍融劈裂試驗結(jié)果表

從試驗結(jié)果來看，各芯樣的凍融劈裂值均滿足要求，說明發(fā)生白斑后，路面抗水損害性能并沒有明顯下降。

7 結(jié)語

舊路路面的檢測結(jié)果是新路路面設計的重要依據(jù)，通過綜合分析各種檢測指標的結(jié)果，再結(jié)合最新的路面設計技術(shù)就可以確定新路路面方案。通過現(xiàn)場取樣檢測，可以看出舊路面實測油石比與設計油石比偏差較小，但粉膠比過大，不滿足設計要求，結(jié)合芯樣抽提試驗結(jié)果，表明混合料生產(chǎn)過程中級配控制較差，級配偏細、粉塵含量高、粉膠比偏大是路面產(chǎn)生車轍、水損害的重要原因。各檢測芯樣的凍融劈裂值均滿足要求，說明白斑病害對路面抗水損害性能沒有明顯影響。檢測試件的高溫性能結(jié)果偏離通常的試驗結(jié)果較多，應當結(jié)合其他試驗綜合考慮新路面材料的高溫性能指標。另外路肩空隙率普遍偏高，說明新路建設中需要加強施工工藝，進一步提高施工質(zhì)量。