基于無損檢測及均勻性評價的瀝青路面施工質(zhì)量控制

王 旺

(廣東交科檢測有限公司，廣州 510550)

0 引言

常規(guī)的瀝青路面質(zhì)量評價手段主要有目測法(表觀質(zhì)量檢測)和定點檢測法(常規(guī)的鉆芯取樣、鋪砂、滲水檢測等)[3-5]。傳統(tǒng)方法不僅工作效率低，還對路面造成結(jié)構(gòu)性損壞，無法大面積開展檢測評價，另外還具有隨機(jī)性，難以真實、全面反映施工中存在的問題，難以滿足實際需求。采用快速、無損的檢測技術(shù)，提高檢測效率，全面、客觀評價施工均勻性，將是保證瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工又快又好的有力手段。

本文結(jié)合廣東省內(nèi)某高速公路瀝青罩面養(yǎng)護(hù)首制件的施工，采用無核密度儀、激光紋理儀等多手段綜合檢測評價瀝青路面均勻性，快速直觀地發(fā)現(xiàn)離析范圍并查找離析的原因，為首制件配比選擇、施工工藝調(diào)整等提供依據(jù)。

1 工程施工方案

廣東省內(nèi)GH高速公路主線雙向六車道，設(shè)計時速100km/h，本次瀝青罩面采用4.5cm的GAC-16改性瀝青混合料。首制件工程位于主線K333+100～K333+550，全長450m，寬15 m。

1.1 原材料與瀝青混合料

瀝青選用廣州新粵瀝青有限公司的殼牌 SBS改性瀝青，粗集料選用河源芙蓉石場的碎石，細(xì)集料選用石灰?guī)r自制機(jī)制砂，填料選用英德潤鋒粉體實業(yè)有限公司生產(chǎn)的礦粉，水泥選用英德海螺水泥有限責(zé)任公司“海螺”P.O42.5水泥。后場拌合樓熱料倉編號為1倉、2倉、3倉、4倉，分別對應(yīng)熱料規(guī)格為0～3mm、3～5mm、6～11mm、11～18mm等。本次GAC-16生產(chǎn)配合比為4倉：3倉：2倉：1倉：礦粉：水泥=40:25:7:24.5:2.5:1，最佳油石比為4.6%，生產(chǎn)級配如圖1所示。

圖1 GAC-16生產(chǎn)級配曲線

1.2 施工工藝

首制件在生產(chǎn)配合比的基礎(chǔ)上，采用三種方案分三段進(jìn)行試鋪。試驗方案為：(1)方案1 采用生產(chǎn)配比；(2)方案2在方案1的基礎(chǔ)上調(diào)粗，減少1% 的0～3mm用量，增加1%的6～11mm用量，同時油石比增加0.1%；(3)方案3在方案2 的基礎(chǔ)上進(jìn)一步調(diào)粗，減少2%的0～3mm用量，增加1%的6～11mm用量，增加1%的11～18mm用量，同時油石比增加0.1%。

采用中大DT1900型履帶式瀝青攤鋪機(jī)全幅攤鋪，施工方案與對應(yīng)的施工工藝參數(shù)見表1。

表1 首制件分段實施方案

2 路面性能評價

2.1 路面壓實均勻性

瀝青混合料均勻性的好壞不能反映在空隙率的大小上,但是能夠反映在空隙率的變異性上[5-7]。采用無核密度儀現(xiàn)場測定的瀝青面層密度，并與試驗路理論最大相對密度計算得到各測試點的現(xiàn)場空隙率，根據(jù)現(xiàn)場空隙率指標(biāo)控制要求劃分判定離析程度標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)間，通過灰度圖直觀顯示離析情況。離析判定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 離析程度判斷標(biāo)準(zhǔn)

2.2 路面表觀均勻性

三個方案路段各選取100m作為測試樣本，樣本橫向按1m進(jìn)行劃分(縱向連續(xù))為15個矩形區(qū)域，采用激光紋理儀沿矩形區(qū)域進(jìn)行表面紋理深度的連續(xù)掃描測試，采樣間距為3mm/道，計算每10m的平均值。利用數(shù)理統(tǒng)計方法對試驗路檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定首制件測評區(qū)域表面構(gòu)造深度數(shù)學(xué)期望值及判定離析程度的區(qū)間。離析劃分為五個等級：細(xì)離析、非離析、輕微粗離析、中度粗離析、重度粗離析。如路面構(gòu)造深度期望值為1.0mm，則判別標(biāo)準(zhǔn)[8]如表3所示。測試路段期望值為A，則表2所示判別標(biāo)準(zhǔn)直接乘以A即可得到測試路段的判別標(biāo)準(zhǔn)。

近年來，中國農(nóng)業(yè)在快速發(fā)展，隨著土地流轉(zhuǎn)、家庭農(nóng)場、新型農(nóng)業(yè)合作社、種田大戶的出現(xiàn)和農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)發(fā)生的巨大變化，天脊集團(tuán)緊緊抓住終端客戶需求，冷靜應(yīng)對，逐步實施單一產(chǎn)品向多元產(chǎn)品轉(zhuǎn)型升級、產(chǎn)品價格向產(chǎn)品價值轉(zhuǎn)型延伸、賣天脊產(chǎn)品向賣天脊服務(wù)轉(zhuǎn)型下沉、狹窄渠道向集約化渠道轉(zhuǎn)型拓寬、傳統(tǒng)思維向關(guān)注農(nóng)民增效轉(zhuǎn)型發(fā)力，積極主動融入農(nóng)民生活、感受農(nóng)民切實需求，使信仰天脊化肥的朋友圈越來越大、豐收喜悅的感動故事越來越多。

表3 表面顆粒離析判別標(biāo)準(zhǔn) (單位：mm)

2.3 路面平整度

采用Walking Profiler G3高精度手推式斷面儀對首制件路面縱斷面(樁號K330+100～K330+550)進(jìn)行測試，按照距離中央分隔帶1.75m、3.75m、5.75m、7.75m、9.75m縱向連續(xù)測試5個斷面，通過安裝在滾動平臺上的三軸加速度計對縱斷面的相對高程(Elevation)及平整度進(jìn)行測試，其中平整度測試得到的結(jié)果為國際平整度指數(shù)IRI，每0.5m計算值作為儲存數(shù)據(jù)。高精度手推式斷面儀設(shè)備如圖2所示。

圖2 Walking Profiler G3

2.4 路面抗滑性能

采用英國進(jìn)口SCRIM橫向力系數(shù)車對首制件慢車道、快車道、超車道進(jìn)行橫向力系數(shù)連續(xù)測試，每20m出具一個平均值。依據(jù)《公路路基路面測試規(guī)程》(JTG E60-2008) 規(guī)定，以 50km/h±4 km/h的測試速度、20℃±5℃的測試溫度為標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)修正公式對其他速度和溫度下的SFC測值進(jìn)行修正。橫向力系數(shù)車設(shè)備如圖3所示。

圖3 SCRIM橫向力系數(shù)車

3 評價結(jié)果與分析

3.1 路面壓實均勻性

3.1.1 壓實特性

對三個方案路段的混合料壓實特性進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖4所示。三個方案路段瀝青混合料壓實曲線特征保持一致，即攤鋪機(jī)攤鋪初始壓實度可達(dá)80%及以上，攤鋪密實度較好；初壓完成后，壓實度可達(dá)90%左右；復(fù)壓過程中，膠輪壓路機(jī)(雙鋼輪緊跟)在碾壓3遍后，混合料壓實度達(dá)到一個峰值，膠輪壓路機(jī)在碾壓第4、第5遍時，混合料壓實度有一定幅度的降低；隨后在終壓收光時，壓實度進(jìn)一步提高。

圖4 混合料壓實特性

3.1.2 壓實均勻性

根據(jù)委托方提供的最大理論密度計算測點的空隙率，并將空隙率繪制成灰度圖，如圖5所示。同時按表1所示標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行均勻性評價，評價結(jié)果見表6。

圖5 密度離析情況灰度圖

結(jié)合表4、圖5可以看出:

表4 密度離析

(1)方案1、方案2、方案3測試路段空隙率平均值為3.8%、4.8%、5.2%，非離析比例分別為53.9%、72.4%、60.6%。配比的微調(diào)對壓實效果有較為明顯的影響，隨著方案2、方案3配比依次調(diào)粗，空隙率依次增大，同時細(xì)離析比例明顯減少，粗離析比例明顯增加。從總體的空隙率指標(biāo)以及壓實均勻性結(jié)果來看，方案2明顯優(yōu)于其他兩種方案。

(2)統(tǒng)觀三個方案測試路段密度離析灰度圖可知：距中4～5m、10～11m存在一定程度的帶狀中度粗離析，距中7～8m存在一定程度的帶狀細(xì)離析。綜合來看，三個測試路段的離析帶分布特征較為類似，離析主要受攤鋪機(jī)螺旋布料器的吊臂干涉所致，為設(shè)備的固有特性，但同樣的設(shè)備和參數(shù)設(shè)置情況下，方案2表現(xiàn)出更好的密度均勻性。

3.2 路面表觀構(gòu)造均勻性

測試數(shù)據(jù)采用matlab繪制三維曲面，如圖6所示。根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計得到該測試路段表面離析的評價標(biāo)準(zhǔn)，并對所測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計評價，見表5。

圖6 表面構(gòu)造深度三維曲面

表5 表面顆粒均勻性判別標(biāo)準(zhǔn)及各等級所占比例

結(jié)合表5、圖6可以看出：

(1)從表觀構(gòu)造數(shù)值來看，隨著配比的依次調(diào)粗，表觀構(gòu)造深度的期望值呈依次增長的趨勢，方案1、方案2、方案3表觀構(gòu)造期望值分別為0.91、0.95、0.97mm，方案3最高。從均勻性評價來看，方案2較方案1，非離析比例明顯提高，細(xì)離析的減少與下調(diào)1% 機(jī)制砂的用量有關(guān)，粗離析的減少則與同時提高0.1%的油石比有關(guān)；方案3較方案2，繼續(xù)下調(diào)1%機(jī)制砂的用量，非離析比例減少，粗離析比例明顯增加。

(2)從圖6來看，表面顆粒離析位置大部分落于離中分帶1～3m處，表現(xiàn)為輕微粗離析，應(yīng)加強(qiáng)邊部的離析控制；方案2 K330+260～K330+400區(qū)域較其他兩種方案路段，曲面整體更為平滑，表面顆粒均勻性最佳。

3.3 路面平整度

采用上文介紹的路面平整度評價方法，平整度檢測結(jié)果見表6。結(jié)果顯示，所測車道縱向IRI均值在0.77m/km左右，標(biāo)準(zhǔn)差在0.5左右，變異系數(shù)小于1%，整體的平整度均較為良好。從數(shù)值分布看，三個方案所測車道縱向IRI分布相差不大，IRI分布在0～2之間的比例均大于98%。

表6 IRI檢測數(shù)據(jù)

圖7 IRI整體分布概率

3.4 路面抗滑性能

采用上文介紹的路面抗滑性能評價方法，首制件抗滑性能測試數(shù)據(jù)見表7。結(jié)果顯示，3個方案橫向力系數(shù)代表值均接近70，抗滑性能均滿足設(shè)計要求，其中方案1、方案3各車道路面抗滑性能標(biāo)準(zhǔn)差整體稍大于方案2。

表7 路面抗滑橫向力系數(shù)

4 結(jié)語

(1)針對傳統(tǒng)檢測手段無法對路面離析快速做出準(zhǔn)確和定量判斷的問題，本文通過應(yīng)用無核密度儀、激光紋理儀對首制件不同配比段落進(jìn)行壓實和表觀均勻性分析，并結(jié)合高精度手推式斷面儀、橫向力系數(shù)車測試對平整度、抗滑性能等指標(biāo)進(jìn)行快速檢驗，高效確定了方案2作為后續(xù)養(yǎng)護(hù)施工的方案。

(2)配比的微調(diào)對壓實和表觀均勻性影響較大，隨著方案2、方案3分別減少機(jī)制砂用量1%、2%，油石比同時增加0.1%。三種方案路段的空隙率、表觀構(gòu)造深度呈依次增大的變化規(guī)律，非離析比例呈先增加后降低的趨勢。方案2壓實和表觀均勻性最佳，空隙率最為合適，路面平整度、抗滑均較好，建議作為大面積施工時的配比。

(3)通過壓實特性分析，碾壓工藝方面，建議復(fù)壓中膠輪壓路機(jī)碾壓4遍(雙鋼輪同步)；根據(jù)壓實和表觀構(gòu)造離析分布情況，主要存在邊部輕微粗離析，應(yīng)同時加強(qiáng)邊部2m內(nèi)的碾壓。