瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法探討

(1.阜陽師范學(xué)院 信息工程學(xué)院，安徽 阜陽 236041； 2.寧波市交通建設(shè)工程試驗(yàn)檢測(cè)中心有限公司，浙江 寧波 315121； 3.長(zhǎng)安大學(xué) 特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710064)

1 引 言

按照相應(yīng)的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范對(duì)瀝青路面的施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)收是保證路面使用性能的重要手段，客觀、準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)也是評(píng)價(jià)路面施工質(zhì)量的重要依據(jù)。目前，我國(guó)瀝青路面施工質(zhì)量檢測(cè)和驗(yàn)收的相關(guān)規(guī)范中缺乏瀝青路面施工均勻性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。保證質(zhì)量均勻與穩(wěn)定是瀝青路面結(jié)構(gòu)與材料設(shè)計(jì)時(shí)最為重要的一個(gè)原則，瀝青路面上局部位置出現(xiàn)的質(zhì)量不均勻和不穩(wěn)定現(xiàn)象即為非均勻性。我國(guó)瀝青路面施工質(zhì)量評(píng)價(jià)體系中缺乏反映瀝青路面非均勻性的相關(guān)檢測(cè)指標(biāo)，是目前瀝青路面各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)雖能順利通過驗(yàn)收，但病害依然不斷出現(xiàn)的重要原因。同時(shí)，現(xiàn)行規(guī)范中與瀝青路面使用性能相關(guān)的指標(biāo)多屬體積指標(biāo)。實(shí)際工程中，一些瀝青路面雖能夠滿足壓實(shí)度和空隙率指標(biāo)的要求，但仍然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的車轍和水損壞等早期病害。在瀝青路面的諸多性能中，抗車轍性能好的路面常常也具有良好的疲勞耐久性。在眾多早期病害中，車轍變形的危害性較大。因此，在瀝青路面施工質(zhì)量驗(yàn)收時(shí)，需要對(duì)瀝青路面的現(xiàn)場(chǎng)抗車轍性能進(jìn)行檢測(cè)。

目前，相關(guān)研究多涉及級(jí)配離析等對(duì)瀝青混合料性能的影響[1-2]、改善混合料的抗離析性能[3-4]及評(píng)價(jià)施工過程中混合料的離析現(xiàn)象[5-6]，涉及路面非均勻性檢測(cè)方面的研究并不多。均勻性作為施工質(zhì)量定量評(píng)價(jià)指標(biāo)方面的研究還非常欠缺，尚未形成體系，且缺乏合理的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。而關(guān)于瀝青路面車轍方面的研究主要集中在車轍病害的成因分析[7-8]、改善瀝青混合料高溫性能的措施[9-10]、混合料抗車轍性能的評(píng)價(jià)方法[11-12]及車轍預(yù)估方面[13-14]，很少涉及瀝青路面在施工結(jié)束后現(xiàn)場(chǎng)抗車轍性能檢測(cè)方面的研究。

施工質(zhì)量不均勻、抗車轍性能不足是瀝青路面早期病害的根本原因，因此，在交(竣)工驗(yàn)收時(shí)需要從施工均勻性和抗車轍性能方面綜合評(píng)價(jià)瀝青路面的施工質(zhì)量。本文首先通過室內(nèi)試驗(yàn)分析非均勻性對(duì)瀝青混合料性能的影響，探討瀝青路面早期病害的成因及非均勻性檢測(cè)的必要性。然后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性同路面上車轍病害的關(guān)系，論證瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)抗車轍性能檢測(cè)的必要性。最后，從施工均勻性和現(xiàn)場(chǎng)抗車轍性能方面出發(fā)，提出基于非均勻性和抗車轍性能的瀝青路面施工質(zhì)量檢測(cè)方法。

2 非均勻混合料及試驗(yàn)方案

2.1 非均勻?yàn)r青混合料的設(shè)計(jì)

采用石灰?guī)r粗集料、角閃巖細(xì)集料、石灰?guī)r礦粉和埃索90#基質(zhì)瀝青，文中粗、細(xì)集料和瀝青的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的要求。設(shè)計(jì)無離析(N)、輕度(L)、中度(M)、重度(H)和細(xì)集料離析(F)共五種離析程度的瀝青混合料[1]，利用燃燒爐法和篩分法檢測(cè)混合料中的瀝青用量及礦料級(jí)配，不同離析混合料中各檔集料的通過率見圖1，空隙率和瀝青用量見表1。

表1 不同離析混合料的瀝青用量及空隙率Table 1 Asphalt content and void ratio of different segregated mixtures

溫度離析和傳統(tǒng)的壓實(shí)離析均會(huì)降低混合料的壓實(shí)程度，進(jìn)而導(dǎo)致路面上壓實(shí)不均勻現(xiàn)象的發(fā)生。分別從溫度離析和壓實(shí)離析角度出發(fā)分析壓實(shí)不均勻?qū)r青混合料路用性能的影響。

2.1.1溫度離析 公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定采用90#基質(zhì)瀝青的混合料運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度不低于140℃，在現(xiàn)場(chǎng)開始碾壓時(shí)混合料的溫度不低于125℃。同時(shí)，參考NCHRP 411報(bào)告中溫度離析程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬瀝青混合料的溫度離析時(shí)，分別將AC-20混合料的成型溫度設(shè)定為155、140(參考值)、125和110℃。

2.1.2壓實(shí)離析 在室內(nèi)通過控制輪碾成型和旋轉(zhuǎn)壓實(shí)成型的作用次數(shù)模擬瀝青混合料在路面上發(fā)生的壓實(shí)離析現(xiàn)象。采用無級(jí)配離析的AC-20混合料，在150℃的成型溫度下，輪碾法分別選擇碾壓12、18、24(參考值)、30和36次制備板式試件，旋轉(zhuǎn)壓實(shí)法分別選擇作用40、60、80、100(參考值)和120次制備SGC試件。

圖1 AC20離析混合料的級(jí)配曲線Fig.1 Composition of AC20 segregated mixture

2.2 室內(nèi)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

分別從高溫穩(wěn)定性、低溫抗裂性能、水穩(wěn)定性和力學(xué)特性方面定量分析非均勻性對(duì)瀝青混合料性能的影響，具體試驗(yàn)及方案設(shè)計(jì)如下：

高溫穩(wěn)定性：對(duì)發(fā)生離析程度的瀝青混合料進(jìn)行常規(guī)國(guó)產(chǎn)車轍試驗(yàn)，試件采用30×30×5cm的板式試件，試驗(yàn)溫度設(shè)定為60℃，試驗(yàn)輪的接地壓強(qiáng)為0.7MPa，評(píng)價(jià)指標(biāo)為車轍深度和動(dòng)穩(wěn)定度。

低溫抗裂性能：利用萬能材料試驗(yàn)機(jī)作為加載設(shè)備，加載速率為1mm/min，試驗(yàn)溫度-10℃，劈裂夾具的寬度為19.0mm，主要評(píng)價(jià)指標(biāo)有間接抗拉強(qiáng)度、破壞拉伸應(yīng)變和破壞勁度模量。

水穩(wěn)定性：在50℃的水浴環(huán)境下，開展浸水漢堡車轍試驗(yàn)，選擇試件剝落時(shí)對(duì)應(yīng)的碾壓次數(shù)(即剝落次數(shù))、剝落點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的車轍深度和剝落速率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)分析級(jí)配離析對(duì)混合料水穩(wěn)定性的影響。

力學(xué)特性：采用單軸壓縮試驗(yàn)、間接拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)不同離析程度瀝青混合料的力學(xué)特性，評(píng)價(jià)指標(biāo)為粘聚力c、內(nèi)摩擦角φ值和剪切強(qiáng)度τ。單軸壓縮試驗(yàn)條件：采用SGC試件，尺寸為φ100 ×100mm，試驗(yàn)條件25℃，加載速率為2mm/min；間接拉伸試驗(yàn)條件：采用SGC試件，尺寸為φ150×40mm，試驗(yàn)溫度為25℃，加載速率50mm/min。

3 瀝青路面非均勻性檢測(cè)的必要性

采用級(jí)配離析(L、M、H、N、F)和溫度離析、壓實(shí)離析的瀝青混合料試件，在實(shí)驗(yàn)室通過室內(nèi)試驗(yàn)分析混合料路用性能的變化。級(jí)配離析條件下瀝青混合料性能的變異情況如表2所示。從表2可以看出：

(1)同未發(fā)生級(jí)配離析的瀝青混合料相比，輕度離析瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性有一定幅度的提高，增加了46.4%，而中度、重度和細(xì)集料離析混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別下降了26.6%、40.1%和65.4%?；旌狭蟽?nèi)部的骨架結(jié)構(gòu)對(duì)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性的影響較顯著。密級(jí)配混合料屬于懸浮密實(shí)結(jié)構(gòu)，粗集料之間無法形成有效的嵌擠作用，而發(fā)生輕度離析后，礦料間可以產(chǎn)生有效的嵌擠作用，混合料內(nèi)礦料顆粒間的摩阻力增大，輕度離析瀝青混合料在高溫條件下不易發(fā)生變形，表現(xiàn)為動(dòng)穩(wěn)定度略有提高。同時(shí)，由于細(xì)集料顆粒的比表面積大，在瀝青膜厚度相同的條件下，細(xì)集料離析混合料中的瀝青含量偏高，使得細(xì)集料離析區(qū)域成為路面上車轍病害高發(fā)的路段。

(2)在-10℃條件下，未發(fā)生離析的瀝青混合料間接抗拉強(qiáng)度最大，細(xì)集料離析混合料次之。細(xì)集料離析混合料的間接抗拉強(qiáng)度同無離析混合料相比下降11.3%。對(duì)于粗集料離析混合料而言，瀝青混合料的間接抗拉強(qiáng)度隨離析程度的增加逐漸減小，輕度、中度和重度離析混合料分別下降19.1%、30.9%和42.8%。

(3)礦料級(jí)配發(fā)生中度和重度離析后，其瀝青混合料抗水損壞的能力迅速下降。同無離析混合料相比，其剝落次數(shù)較無離析混合料分別下降32.4%和33.8%。而在細(xì)集料離析混合料內(nèi)部，由于沒有形成穩(wěn)定的嵌擠結(jié)構(gòu)，混合料在水與荷載的作用下很快發(fā)生破壞，剝落次數(shù)最小。無離析混合料出現(xiàn)剝落時(shí)對(duì)應(yīng)的車轍深度最小，同無離析混合料相比，輕度離析混合料剝落時(shí)的車轍深度略有增加，增幅為10.2%。這與兩類混合料動(dòng)穩(wěn)定度的大小排序并不一致，其原因主要是由于發(fā)生輕度離析后混合料的空隙率增大，而浸水漢堡車轍試驗(yàn)是在荷載和水分的耦合作用下進(jìn)行的，試驗(yàn)環(huán)境同傳統(tǒng)車轍試驗(yàn)差異較大，較大的空隙率為水分進(jìn)入混合料內(nèi)部提供了通道，加上荷載作用下的動(dòng)水沖刷作用，使得輕度離析混合料的車轍深度略高于無離析混合料。而中度、重度離析瀝青混合料的增幅分別達(dá)到52.8%、51.8%。

表2 級(jí)配離析條件下瀝青混合料性能的變異情況Table 2 Performance variation of asphalt mixture with gradation segregation

(4)礦料級(jí)配離析后，瀝青混合料的力學(xué)特性存在很大差異，混合料的抗壓強(qiáng)度和25℃時(shí)的間接抗拉強(qiáng)度的變化趨勢(shì)基本一致。無離析混合料抗壓和抗拉強(qiáng)度最大，細(xì)集料離析混合料的抗壓和抗拉強(qiáng)度同輕度離析混合料相差不大。細(xì)集料離析混合料的抗剪強(qiáng)度和無離析基本相當(dāng)，高于其他幾種離析混合料。隨著粗離析程度的增加，離析混合料的強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，中度和重度離析混合料的強(qiáng)度均下降40%以上。

發(fā)生溫度離析和壓實(shí)離析后，瀝青混合料路用性能的變異情況見表3和4。

表3 溫度離析條件下瀝青混合料性能的變異情況Table 3 Performance variation of asphalt mixture with temperature segregation

表4 壓實(shí)離析條件下瀝青混合料性能的變異情況Table 4 Performance variation of asphalt mixture with compaction segregation

從表3～4可以看出：

(1)當(dāng)瀝青混合料的壓實(shí)溫度較低或壓實(shí)功較小時(shí)，混合料的抗車轍性能較正常壓實(shí)條件下大幅下降。當(dāng)壓實(shí)條件不良時(shí)，瀝青混合料的密度較低，相對(duì)應(yīng)的試件空隙率較大，試件內(nèi)部混合料中粗集料顆粒間的接觸較差，未能形成良好的骨架結(jié)構(gòu)，使得瀝青混合料在高溫和荷載作用下易產(chǎn)生較大的壓密變形，抗車轍性能較差。隨著壓實(shí)溫度或壓實(shí)次數(shù)的增加，在一定范圍內(nèi)，試件空隙率較小，混合料內(nèi)部粗集料接觸緊密，粗集料間的內(nèi)摩擦阻力增大，高溫穩(wěn)定性相應(yīng)地得到提高。

(2)在較低的壓實(shí)溫度或壓實(shí)功不足時(shí)，瀝青混合料的低溫性能下降明顯。當(dāng)壓實(shí)溫度升高或壓實(shí)功增大后，瀝青混合料的低溫性能不斷增強(qiáng)，但增幅逐漸減小。溫度過高時(shí)瀝青的老化使得集料間的粘結(jié)力衰減，導(dǎo)致試件抵抗低溫破壞的能力出現(xiàn)衰減。在合理的壓實(shí)溫度或壓實(shí)功范圍內(nèi)，無離析瀝青混合料的低溫性能可以得到保證。

(3)當(dāng)成型溫度較低或未充分壓實(shí)時(shí)，瀝青混合料在荷載作用下的剝落次數(shù)和破壞次數(shù)顯著下降，有些瀝青混合料尚未來得及剝落即出現(xiàn)了破壞。成型溫度和壓實(shí)次數(shù)直接影響瀝青混合料的密實(shí)程度，在合理的成型溫度和壓實(shí)次數(shù)條件下試件的壓實(shí)度較高，此時(shí)的瀝青混合料具有良好的粘聚力，故試件不易出現(xiàn)松散和剝落現(xiàn)象。對(duì)于壓實(shí)不均勻的瀝青混合料，瀝青路面內(nèi)部無法形成有效的嵌擠結(jié)構(gòu)，空隙率較大，在水和行車荷載的作用下很快發(fā)生破壞。

(4)在一定的壓實(shí)溫度范圍內(nèi)，瀝青混合料的強(qiáng)度先逐漸增大后略有下降。壓實(shí)溫度偏低、壓實(shí)功不足會(huì)造成混合料內(nèi)部的粘聚力和嵌擠力減小，導(dǎo)致瀝青混合料的力學(xué)特性出現(xiàn)一定程度的衰減。但并不是壓實(shí)溫度越高，瀝青混合料的力學(xué)特性越好。在高溫條件下瀝青的老化導(dǎo)致瀝青與集料之間的粘結(jié)力和集料間的粘聚力下降，引起試件的抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度均出現(xiàn)一定幅度的下降，最終導(dǎo)致瀝青混合料的抗剪強(qiáng)度值較小。

綜上所述，非均勻性顯著降低瀝青混合料的各項(xiàng)性能，是導(dǎo)致瀝青路面早期損壞的主要原因之一。而我國(guó)瀝青路面在交(竣)工驗(yàn)收時(shí)，并未將施工均勻性作為檢測(cè)指標(biāo)，往往忽視了施工均勻性的重要性。為合理地評(píng)價(jià)瀝青路面的施工質(zhì)量，需要在施工完成后對(duì)路面的施工均勻性進(jìn)行檢測(cè)。

4 混合料抗車轍性能與路面車轍病害的關(guān)系

在路面的各種力學(xué)性能中，對(duì)瀝青路面影響最為顯著的是高溫抗車轍性能。高溫抗車轍性能反映瀝青路面在行車荷載作用下抵抗永久變形的能力，是瀝青路面使用性能最直觀的表現(xiàn)形式[15-16]。相較于低溫裂縫、坑槽等早期病害，車轍對(duì)路面的危害性更大，不僅影響行車舒適性，甚至還會(huì)帶來很大的安全隱患。

4.1 瀝青路面車轍病害調(diào)查

選擇陜西省西安～戶縣(西戶)高速公路和河北省遷安～曹妃甸(遷曹)公路作為調(diào)研的對(duì)象，通過比較試驗(yàn)室內(nèi)瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性和通車后實(shí)際瀝青路面上出現(xiàn)的車轍情況，探討二者之間的聯(lián)系。

在西戶高速公路施工過程中，工地實(shí)驗(yàn)室均會(huì)從拌合樓取料進(jìn)行車轍試驗(yàn)。通過查閱工地實(shí)驗(yàn)室相關(guān)資料，上面層SUP-19改性瀝青混合料、中面層AC-20基質(zhì)瀝青混合料和下面層AC-25基質(zhì)瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度分別達(dá)到5817次/mm、1525次/mm和1899次/mm，均能滿足我國(guó)瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中關(guān)于瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度的相關(guān)要求?？梢?，路面各層使用的瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性是合格的。

但是僅開放交通運(yùn)營(yíng)四年多之后，西戶高速公路全線范圍的瀝青路面就出現(xiàn)了不同程度的病害，其中以車轍變形最為嚴(yán)重，顯著影響路面的服務(wù)水平和司乘人員的生命安全[16]。西戶高速公路路面工程中使用的瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度均能滿足規(guī)范要求，但最終施工結(jié)束形成的瀝青路面卻出現(xiàn)了嚴(yán)重的車轍病害。分析原因，瀝青路面的抗車轍性能不僅與混合料的高溫穩(wěn)定性有關(guān)，還與施工質(zhì)量密切相關(guān)，是瀝青混合料設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的綜合反映。僅通過依靠選用設(shè)計(jì)質(zhì)量?jī)?yōu)良的混合料，并不能保證實(shí)際瀝青路面不出現(xiàn)車轍變形破壞。施工結(jié)束后，還需要依靠合理的檢測(cè)方法對(duì)瀝青路面的現(xiàn)場(chǎng)抗車轍性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過對(duì)瀝青路面的抗車轍性能進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，同混合料設(shè)計(jì)階段的動(dòng)穩(wěn)定度技術(shù)要求相配合，進(jìn)而可以控制瀝青路面的工程質(zhì)量。

查閱遷曹公路相關(guān)設(shè)計(jì)及施工資料，發(fā)現(xiàn)同西戶高速公路的情況類似，遷曹公路工地實(shí)驗(yàn)室內(nèi)瀝青混合料的高溫性能也能滿足相關(guān)的規(guī)范要求，但瀝青路面上卻依然出現(xiàn)嚴(yán)重的車轍變形。這進(jìn)一步說明，僅通過控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)瀝青混合料的高溫性能，并不能避免實(shí)際瀝青路面的車轍病害。

4.2 瀝青路面抗車轍性能實(shí)時(shí)檢測(cè)的必要性

目前存在的現(xiàn)象表明，僅依靠質(zhì)量?jī)?yōu)良的原材料、外加劑或者優(yōu)化混合料配合比設(shè)計(jì)并不能保證瀝青路面優(yōu)良的抗車轍性能。瀝青路面的質(zhì)量是設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的有效組成，兩個(gè)方面都至關(guān)重要，任一方面出現(xiàn)問題都會(huì)導(dǎo)致路面早期損壞的發(fā)生。我國(guó)瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范中規(guī)定了瀝青混合料動(dòng)穩(wěn)定度應(yīng)滿足的要求，通過瀝青混合料的車轍試驗(yàn)可控制配合比設(shè)計(jì)階段瀝青混合料的高溫性能[17-18]，但無法保證施工結(jié)束瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)的抗車轍性能。

目前，新版《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D50-2017)已增加瀝青層的永久變形作為瀝青路面的設(shè)計(jì)指標(biāo)。通過對(duì)瀝青路面進(jìn)行分層，分別計(jì)算各層的永久變形量，驗(yàn)算瀝青層的永久變形量是否滿足容許車轍深度要求，進(jìn)而判斷瀝青路面的設(shè)計(jì)是否合理。瀝青路面設(shè)計(jì)新規(guī)范的修訂，表明道路界同仁已在設(shè)計(jì)層面上充分認(rèn)識(shí)到車轍病害的嚴(yán)重性，嘗試通過設(shè)計(jì)階段的舉措來改善實(shí)際瀝青路面上的抗車轍性能。

但現(xiàn)階段，我國(guó)瀝青路面施工質(zhì)量的檢測(cè)及驗(yàn)收環(huán)節(jié)與設(shè)計(jì)階段尚處于脫節(jié)狀態(tài)，相關(guān)規(guī)范中的檢測(cè)項(xiàng)目缺乏直接與瀝青路面抗車轍性能相關(guān)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。而《公路工程竣(交)工驗(yàn)收辦法實(shí)施細(xì)則》中雖然對(duì)瀝青路面抗車轍性能有所涉及，但僅規(guī)定竣工驗(yàn)收過程中路面車轍深度的限值及檢測(cè)頻率，且主要檢測(cè)手段是通過對(duì)路面上已經(jīng)產(chǎn)生的車轍進(jìn)行測(cè)量，具有明顯的滯后性，無法在施工結(jié)束后及時(shí)對(duì)瀝青路面的抗車轍性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

因此，針對(duì)瀝青路面的現(xiàn)場(chǎng)抗車轍性能評(píng)價(jià)指標(biāo)開展研究，提出合理的瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)抗車轍性能檢測(cè)方法具有重要意義。

5 瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法

5.1 施工質(zhì)量檢測(cè)方法

本研究從瀝青路面施工均勻性和抗車轍性能著手，提出基于非均勻性和抗車轍性能的瀝青路面施工質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)方法，以期為合理評(píng)價(jià)瀝青路面的施工質(zhì)量提供一定的參考依據(jù)。

第一步，在施工結(jié)束后，采用PQI無核密度儀和數(shù)字圖像處理(DIP)技術(shù)對(duì)施工結(jié)束后瀝青路面的均勻性進(jìn)行檢測(cè)。

根據(jù)瀝青路面不同區(qū)域的密度分布及路面內(nèi)部空隙的組成、分布情況，提出壓實(shí)均勻性檢測(cè)指標(biāo)：密度分布均勻性指標(biāo)(如式1～3)和空隙分布均勻性指標(biāo)(如式4～5)[19]。根據(jù)瀝青路面內(nèi)部集料的分布情況，提出集料分布均勻性的檢測(cè)指標(biāo)(式6～7)[20]。從壓實(shí)均勻性和集料分布均勻性兩個(gè)方面出發(fā)評(píng)價(jià)瀝青路面的施工質(zhì)量均勻性。

(1)檢測(cè)道內(nèi)密度重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr：

(1)

式中：S為檢測(cè)道內(nèi)密度標(biāo)準(zhǔn)偏差；P為檢測(cè)道數(shù)。

(2)檢測(cè)道間密度重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差SR：

(2)

式中：Sxave為檢測(cè)道間密度標(biāo)準(zhǔn)偏差；Sr為檢測(cè)道內(nèi)密度重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差；n為檢測(cè)道內(nèi)檢測(cè)點(diǎn)數(shù)。

其中，檢測(cè)道間密度標(biāo)準(zhǔn)偏差Sxave為：

(3)

Sr和SR可以直觀地對(duì)比不同檢測(cè)路段縱、橫向密度分布均勻性的優(yōu)劣。

(3)斷面空隙數(shù)量均勻系數(shù)UCN：

(4)

UCN表征沿著芯樣高度方向不同斷面上空隙數(shù)量的變異程度，UCN越大，表示芯樣內(nèi)部不同斷面上空隙數(shù)量的分布越不均勻。

(4)斷面空隙率均勻系數(shù)UCR：

(5)

式中：VR頂為距芯樣頂部5cm斷面的空隙率；VR底為距芯樣底部5cm斷面的空隙率；VR中為 芯樣中部斷面的空隙率。

UCR反映芯樣內(nèi)不同斷面的空隙率在空間分布上的均勻性。UCR的值越大，表示芯樣內(nèi)部不同斷面上空隙率的分布越不均勻。

(5)粗集料水平不均勻系數(shù)DH：

(6)

水平不均勻系數(shù)DH越小，說明芯樣內(nèi)部粗集料在水平方向上的分布越均勻。

(6)粗集料的豎向不均勻系數(shù)DV：

(7)

DV值的大小可以反映瀝青路面內(nèi)部的粗集料在豎直方向的分布均勻性。若DV的值越小，則芯樣內(nèi)部豎直方向上粗集料的分布均勻性越好。

第二步，根據(jù)施工均勻性的檢測(cè)結(jié)果，在瀝青路面密度分布的代表性點(diǎn)位上鉆取圓柱形芯樣，進(jìn)行基于圓柱形芯樣的國(guó)產(chǎn)車轍試驗(yàn)[21]。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，采用代表性芯樣試件的動(dòng)穩(wěn)定度代表值DS來表征檢測(cè)路段瀝青路面實(shí)際的抗車轍性能，即：

(8)

最后，在現(xiàn)有的施工質(zhì)量驗(yàn)收體系中增加施工均勻性和抗車轍性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，提出基于非均勻性和抗車轍性能的瀝青路面施工質(zhì)量檢測(cè)方法，綜合評(píng)價(jià)瀝青路面的施工質(zhì)量。

5.2 實(shí)例分析

在銅旬高速公路中面層施工現(xiàn)場(chǎng)，選擇兩段長(zhǎng)度均為1000m的檢測(cè)路段，下文稱為路段A和路段B，分別從施工均勻性和抗車轍性能方面綜合評(píng)價(jià)瀝青路面的施工質(zhì)量。

5.2.1施工均勻性檢測(cè) 在檢測(cè)路段A和B上，首先，設(shè)置1.5×50m的橫、縱向間距，采用無核密度儀PQI分別采集兩個(gè)路段不同區(qū)域的密度值，統(tǒng)計(jì)分析兩個(gè)檢測(cè)路段各測(cè)點(diǎn)的密度數(shù)據(jù)，如表5所示。

表5 檢測(cè)路段A和B的密度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)量Table 5 Density statistics for section A and B

從表5中可以看出，路段A的檢測(cè)道內(nèi)密度重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差Sr小于路段B，表明路段A的縱向壓實(shí)均勻性優(yōu)于路段B；但路段A的檢測(cè)道間密度重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差SR大于路段B，路段A的橫向壓實(shí)均勻性比路段B要差。

在1km長(zhǎng)的檢測(cè)路段內(nèi)，根據(jù)高、中、低密度點(diǎn)位的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，按比例隨機(jī)選擇10個(gè)密度代表性點(diǎn)位。在代表性點(diǎn)位處鉆取芯樣，進(jìn)行工業(yè)CT斷層掃描，兩個(gè)路段代表性芯樣的空隙分布均勻性如表6所示。

從表6可以看出，高、中和低密度區(qū)芯樣的UCN和UCR之間無明顯的界限。瀝青路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙分布的均勻程度同路面空隙率的大小無直接聯(lián)系，這進(jìn)一步說明根據(jù)路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部空隙分布情況的差異，

表6 檢測(cè)路段代表性芯樣的空隙分布均勻性指標(biāo)Table 6 Void distribution uniformity index of representative core for section A

采用斷面空隙數(shù)量均勻系數(shù)和斷面空隙率均勻系數(shù)從細(xì)觀結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)瀝青路面壓實(shí)均勻性是合理的。根據(jù)表6中的數(shù)據(jù)，分別計(jì)算兩個(gè)路段上代表性芯樣UCN和UCR指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)量，見表7。

表7 檢測(cè)路段空隙分布均勻性的統(tǒng)計(jì)量Table 7 Statistics of Void distribution uniformity for sections

從表7中可以看出，路段A和B不同代表性芯樣間UCN和UCR指標(biāo)均存在一定的變異性。與路段A相比，路段B各代表性芯樣斷面空隙數(shù)量均勻系數(shù)、斷面空隙率均勻系數(shù)的平均值和變異系數(shù)均較小。因此，從路面結(jié)構(gòu)內(nèi)部的空隙分布情況來看，路段B的壓實(shí)均勻性較好。

表8 代表性芯樣內(nèi)部粗集料分布均勻性指標(biāo)Table 8 Coarse aggregate distribution uniformity index of representative cores

因此，從壓實(shí)均勻性和集料分布均勻性來看，檢測(cè)路段B的施工均勻性優(yōu)于路段A。

5.2.2抗車轍性能檢測(cè) 按照芯樣車轍試驗(yàn)?zāi)＞叩钠矫娉叽?，切割檢測(cè)路段的代表性芯樣，切割后芯樣的厚度為5cm。將位于同一點(diǎn)位附近的兩個(gè)芯樣拼成一組車轍試件，每個(gè)檢測(cè)路段各10組車轍試件，在70℃的試驗(yàn)條件下開展基于芯樣試件的車轍試驗(yàn)，結(jié)果如表9所示。

表9 檢測(cè)路段芯樣的動(dòng)穩(wěn)定度Table 9 dynamic stability of core for sections

根據(jù)表9中的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到檢測(cè)路段A和B上各代表性芯樣的動(dòng)穩(wěn)定度代表值分別為2918.8和3225.9次/mm，大于相關(guān)規(guī)范中改性瀝青路面動(dòng)穩(wěn)定度標(biāo)準(zhǔn)值2400次/mm的要求[16]。進(jìn)一步地，在路段A的10個(gè)代表性芯樣中，3號(hào)和9號(hào)兩組芯樣的動(dòng)穩(wěn)定度無法滿足要求，檢測(cè)路段B上10號(hào)芯樣動(dòng)穩(wěn)定度不合格?？梢姡瑑蓹z測(cè)路段瀝青路面局部區(qū)域的抗車轍性能不佳，同檢測(cè)路段A相比，路段B的整體抗車轍性能更好。

綜合施工均勻性和抗車轍性能兩方面的檢測(cè)結(jié)果，同檢測(cè)路段A相比，路段B的施工質(zhì)量較好。

6 結(jié) 論

1. 級(jí)配離析、溫度離析和壓實(shí)離析均會(huì)對(duì)瀝青混合料的路用性能產(chǎn)生顯著影響。非均勻?yàn)r青混合料內(nèi)部無法形成骨架密實(shí)結(jié)構(gòu)，空隙率通常過大或過小，且瀝青混合料的強(qiáng)度往往不足，導(dǎo)致混合料的高、低溫及水穩(wěn)定性等均有不同程度的下降，非均勻性是引起瀝青路面早期病害的重要原因之一。

2. 采用動(dòng)穩(wěn)定度合格的混合料鋪筑的瀝青路面，仍有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的車轍病害。通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi)控制瀝青混合料的高溫性能，并不能保證瀝青路面的現(xiàn)場(chǎng)抗車轍性能，需要利用合理的方法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)施工結(jié)束后瀝青路面的抗車轍性能。

3. 從瀝青路面施工均勻性和抗車轍性能著手，提出了基于非均勻性和抗車轍性能的瀝青路面施工質(zhì)量檢測(cè)方法，并依托銅旬高速公路對(duì)檢測(cè)方法進(jìn)行驗(yàn)證，檢測(cè)結(jié)果可作為交(竣)工驗(yàn)收階段評(píng)價(jià)瀝青路面施工質(zhì)量的依據(jù)。