基于壓實度與滲水系數(shù)相關關系的路面壓實質量分析與控制

王 敏，何 巖，馮明林，尹曌星，殷衛(wèi)永

(1. 許昌市公路管理局，河南 許昌 461099；2.河南省交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司，鄭州 450018)

0 引言

瀝青路面壓實度是反映路面施工質量的重要指標，顯著影響路面空隙率、滲水系數(shù)、抗車轍和使用壽命等性能[1-2]。壓實度對路面性能的影響，實質上是碾壓后路面空隙率對路面性能的影響?？刂茐簩嵍葘嶋H上是控制壓實后的空隙率，保證密級配混合料不會因空隙率過大而滲水，亦不會因空隙率過小而產生泛油、車轍等病害[3-4]。但評價路面壓實度和空隙率，尤其是改性瀝青路面空隙率，需要涉及到許多中間參數(shù)，測試結果易產生偏差。工程中有時出現(xiàn)壓實度測試合格，但是路面仍不密實、滲水超標等問題。滲水系數(shù)是路面空隙率和壓實質量的直接表征指標，測試過程簡單，不受中間參數(shù)干擾[5-6]。因此，可將滲水系數(shù)與壓實度綜合考慮，評價路面壓實質量。但由于路面施工過程中存在離析、壓實不均勻等問題，不同測試點的壓實度和滲水系數(shù)存在一定差異。實際檢測中滲水系數(shù)和測試壓實度鉆芯，往往是在不同的測試點進行，由此導致不能在同一測試點建立壓實度與滲水系數(shù)對應關系，造成測試數(shù)據(jù)割裂，不能綜合分析[7]。

本文依托河南省某一級公路AC-16上面層試驗段，進行前場與后場檢測。在同一測試點測試滲水系數(shù)，然后鉆芯測試壓實度，研究壓實度與滲水系數(shù)的對應關系，綜合分析評價路面壓實效果，并根據(jù)試驗段情況，總結提高壓實度措施，以期為相關工程提供借鑒。

1 生產配比

試驗段采用兩個比例，簡稱比例1和比例2。試驗段的熱料比例及油石比結果見表1，生產級配見表2。

表1 試驗段的熱料比例及油石比

表2 試驗段兩個比例的合成級配

2 試驗段檢測

2.1 后場檢測

對燃燒后的礦料進行篩分試驗，試驗結果見表3。

表3 試驗段兩個不同比例的“黑料”篩分結果

對比表3的數(shù)據(jù)，篩分結果與生產級配誤差均在規(guī)范允許范圍內。但比例2篩分明顯比比例1篩分粒徑偏粗，這主要與比例2中5#、4#各增加2%有關，同時比例1取“黑料”偏細，取料的代表性需要進一步加強。

2.2 前場檢測

技術服務組對前場路面的取芯進行厚度、壓實度、滲水系數(shù)的檢測。與以往檢測不同的是，本次試驗先進行滲水試驗，滲水試驗結束后在滲水點進行取芯測試壓實度，研究滲水系數(shù)與壓實度的關系。

2.2.1 比例1前場檢測

比例1前場取芯的厚度、壓實度和滲水系數(shù)見表4。馬氏壓實度是指以室內馬歇爾試件密度為基準的壓實度，理論壓實度是以理論最大密度為基準的壓實度。

表4 比例1的前場檢測結果

由表4分析可知：以室內馬歇爾密度為基準，馬氏壓實度平均為98.2%，滿足≥98%的設計要求，最大壓實度100.4%。理論壓實度平均93.6%，略小于94%的設計要求，最大壓實度95.7%。測試點中有一個點滲水系數(shù)大于200mL/min，對應的壓實度最低。在K25+205同一斷面上，兩個測試點壓實度及滲水系數(shù)差異均較大。出現(xiàn)同一斷面的壓實度存在較大差異，表明試驗段施工過程中存在局部碾壓離析，后續(xù)需要密切關注碾壓的均勻性。

2.2.2 比例2前場檢測

比例2前場的取芯厚度、壓實度和滲水系數(shù)見表5。

表5 比例2前場檢測結果

由表5分析可知，馬氏壓實度平均為96.5%，小于98%的設計要求；理論壓實度平均為92.1%，小于94%的設計要求。在6個測試點中，4個點滲水系數(shù)大于200mL/min，對應的壓實度均不滿足要求。K23+500同一斷面上，兩個測試點壓實度及滲水系數(shù)差異較大，表明滲水系數(shù)與壓實度高度相關。同一縱斷面的壓實度存在較大差異，說明存在碾壓離析，施工中應密切關注碾壓的均勻性。

2.2.3 壓實度與滲水系數(shù)相關性分析

為研究壓實度與滲水系數(shù)的關系，將試驗段比例1和比例2的壓實度與滲水系數(shù)進行回歸分析，研究兩者之間的相關性。壓實度與滲水系數(shù)的關系如圖1所示。

圖1 壓實度與滲水系數(shù)的關系

由圖1分析可知，從相同測試點壓實度與滲水系數(shù)的對應關系看，壓實度與滲水系數(shù)有較大的對應關系，比例1相關系數(shù)達80%以上，比例2相關系數(shù)達85%以上。壓實度會顯著影響到壓實后的滲水系數(shù)，兩者呈相反關系，壓實度越大，滲水系數(shù)越小。根據(jù)比例1回歸方程，當滲水系數(shù)要求小于200mL/min時，對應的理論壓實度需要大于92.6%；根據(jù)比例2回歸方程，當滲水系數(shù)要求小于200mL/min時，對應的理論壓實度需要大于93.5%。施工中可按照最低理論壓實度93%的要求控制，條件允許時，宜達到94%的要求。

2.3 芯樣混合料離析分析

由于K25+205、K23+500和K23+350相同橫斷面處的滲水系數(shù)差別較大，鉆取芯樣的空隙率差別較大，初步考慮為混合料存在部分離析。為進一步確認混合料是否存在施工離析及離析的程度，對鉆取的芯樣抽提篩分，分析芯樣的級配和油石比，以及與生產級配的差異，以此判斷混合料的離析情況。不同芯樣的抽提篩分結果見表7。

由表6分析可知，K23+500橫斷面處兩個芯樣的抽提油石比及篩分結果差別較大，K23+350橫斷面處兩個芯樣的抽提結果差別也較大，表明兩個斷面處存在明顯的混合料離析現(xiàn)象。1#芯樣和3#芯樣的篩分結果比生產配比明顯偏粗，4.75mm以上均有三個篩孔超出規(guī)范允許的偏差，9.5mm通過率偏差比生產配比小10%以上，2.36mm和0.075mm篩孔通過率也超出規(guī)范允許的偏差?；旌狭狭矫黠@偏粗，導致油石比比生產配比偏小。4#芯樣雖然僅4.75mm通過率超出允許偏差范圍，但2#芯樣和4#芯樣篩分結果比生產配比整體偏細，油石比比生產配比偏大。

表6 不同芯樣的抽提油石比及篩分結果

從上述分析可知，比例2部分點滲水系數(shù)較大，一方面是由于混合料粒徑比配比1整體偏大，另一方面是由于混合料離析較嚴重，導致部分點大料集中，粒徑明顯偏大，壓實困難，壓實度不足，空隙率偏大。

3 試驗段總結

3.1 生產配比優(yōu)選

在前場相同的碾壓工藝情況下，比例2前場的壓實度及滲水系數(shù)明顯比比例1差，說明增加5號倉、4號倉后前場碾壓難度加大，路面滲水風險增加。兩個比例相比，后續(xù)施工中采用比例1。

3.2 碾壓質量控制

3.2.1 膠輪碾壓遍數(shù)

上面層除了抗車轍外，滲水系數(shù)至關重要，膠輪在4cm上面層的密水性方面作用較大。根據(jù)相關工程經驗，后續(xù)施工中膠輪搓揉遍數(shù)增加至6遍，重疊1/3～1/2輪。路面壓實度宜達到馬氏壓實度98%以上，理論壓實度94%以上，確保路面滲水系數(shù)不大于200mL/min，最好控制在120mL/min以內。

3.2.2 碾壓速度

碾壓速度影響碾壓輪對單位面積內材料的壓實時間。碾壓速度低時，單位面積內的作用次數(shù)比碾壓速度高時要多，因而作用在被壓材料上的能量，前者多于后者。傳遞到被壓材料層內的能量與碾壓速度成反比。假定使碾壓材料層達到規(guī)定密實度所需的壓實能量不變，則碾壓速度加倍時，碾壓的次數(shù)大致也要加倍。結合規(guī)范及工程經驗，本項目的碾壓速度控制見表7。

表7 壓路機類型及碾壓速度

3.3 防離析控制

施工過程中應防止混合料離析，主要措施：

(1)混合料生產裝車過程中，運輸車輛至少要前后移動三次，可采用“五步裝料法”，即按照“車頭1/2→車尾1/2→中間裝至頂→剩余車頭裝滿→剩余車尾裝滿”的順序裝料，防止裝料過程中混合料離析。

(2)采用具有防離析功能的攤鋪機，攤鋪機螺旋槳絞龍長度應到達攤鋪機兩邊擋板處，中間剩余間隙應小于20cm。

(3)攤鋪過程中，攤鋪機行駛速度、振動頻率應恰當均勻，避免攤鋪機等料停頓，保證攤鋪作業(yè)連續(xù)不間斷。

4 結語

(1)AC-16生產配比中，增加4#和5#倉熱料比例后，混合料粒徑變粗，在相同碾壓工藝下，混合料碾壓難度增加，路面滲水風險增加。

(2)路面壓實度和滲水系數(shù)具有顯著的相關性和對應關系，壓實度越大，滲水系數(shù)越小。根據(jù)兩者的回歸方程，當滲水系數(shù)控制在200mL/min以下時，壓實度要求達到理論壓實度的93%以上，條件允許時，宜達到94%的要求。

(3)攤鋪過程中混合料離析會導致大粒徑集料集中，壓實困難，壓實度不足，空隙率偏大。

(4)路面壓實質量宜采用雙重控制指標，路面壓實度宜達到馬氏壓實度98%以上，理論壓實度94%以上，同時結合滲水系數(shù)綜合評價。

(5)施工過程中應減少混合料離析，控制碾壓遍數(shù)和質量，保證壓實度滿足要求。