路面施工中瀝青混合料質(zhì)量變異控制研究

高 林

河南中檢工程檢測(cè)有限公司，河南 鄭州 450001

瀝青混合料憑借自身施工簡(jiǎn)單、環(huán)境友好程度高、行車舒適等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中表現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢(shì)。施工時(shí)一般將瀝青、集料等原材料按照預(yù)定的配比在一定條件下充分拌和，并使其在路基之上均勻攤鋪，經(jīng)過(guò)碾壓等作業(yè)后即可形成具有一定承載能力的路面結(jié)構(gòu)。瀝青混合料作為其中的主要成分，施工人員應(yīng)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制、全程監(jiān)管，若其發(fā)生質(zhì)量變異將易導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的折損。研究表明，我國(guó)路面結(jié)構(gòu)的損壞大多發(fā)生在薄弱位置，而這些薄弱位置的產(chǎn)生主要是變異現(xiàn)象導(dǎo)致的，這就對(duì)設(shè)計(jì)人員提出了更高的要求，需要充分考慮到變異問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略并預(yù)留足夠的裕度，同時(shí)在設(shè)計(jì)中也應(yīng)對(duì)工程中存在的變異因素進(jìn)行全面分析，采取相應(yīng)措施加以控制，以此提高建設(shè)質(zhì)量，降低路面結(jié)構(gòu)變異程度以及損壞風(fēng)險(xiǎn)，在最大程度上保障其預(yù)定功能的實(shí)現(xiàn)，延長(zhǎng)道路使用壽命。

1 瀝青混合料質(zhì)量變異的原理

瀝青路面自身物理及力學(xué)性質(zhì)受到瀝青混合料質(zhì)量變異問(wèn)題的影響十分顯著，一般而言，我國(guó)工程實(shí)踐中常見(jiàn)的瀝青混合料質(zhì)量變異可大致分為級(jí)配變異與溫度離析兩個(gè)方面。在瀝青路面的施工過(guò)程中，由于受到外界復(fù)雜環(huán)境作用，混合料常常會(huì)出現(xiàn)各種各樣的離析問(wèn)題，并進(jìn)而引發(fā)開(kāi)裂、凹陷等路面損壞。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，瀝青離析問(wèn)題的主要原因是混合料內(nèi)部各組分分布不均勻，且一般混合料的不均勻程度越大瀝青材料性質(zhì)的折損就越嚴(yán)重，其強(qiáng)度也越低。此外，若混合料中粗骨料的離析現(xiàn)象較為突出，則混合料中將出現(xiàn)許多細(xì)小的空隙，導(dǎo)致瀝青路面結(jié)構(gòu)的滲水性顯著提升，并間接加快路面老化速度，降低行車舒適性，誘發(fā)其他病害的發(fā)展。因此，為了盡可能抑制瀝青混合料質(zhì)量變異的發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制混合料離析問(wèn)題的發(fā)生，將其維持在相對(duì)均勻的狀態(tài)。

在我國(guó)工程實(shí)踐中，級(jí)配情況對(duì)路面結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的影響是直接且顯著的?？傮w而言，影響混合料性能改變的因素主要有以下幾個(gè)方面：組分材料性質(zhì)、細(xì)骨料含水率、冷料倉(cāng)的工作參數(shù)選定、級(jí)配組成等。在對(duì)不同級(jí)配下瀝青混合料進(jìn)行性質(zhì)測(cè)定時(shí)發(fā)現(xiàn)，級(jí)配變異程度與集料變形程度大致存在正相關(guān)關(guān)系，即級(jí)配變異對(duì)混合料性質(zhì)之間存在著十分顯著的關(guān)聯(lián)。在路面的初步鋪設(shè)工序結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)安排管理人員對(duì)其開(kāi)展檢測(cè)與驗(yàn)收工作，在檢測(cè)時(shí)應(yīng)對(duì)路面的壓實(shí)程度、表面平整度作嚴(yán)格要求，前者間接決定著瀝青路面的承載強(qiáng)度以及抗水損性能，而后者間接影響著車輛行駛的平穩(wěn)性與舒適性。

文章在混合料級(jí)配變異與平整度、壓實(shí)度兩個(gè)指標(biāo)的關(guān)系研究中，主要采用灰色理論法來(lái)完成量化分析。兩個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)程度一般采用關(guān)聯(lián)度指標(biāo)來(lái)表征，且在不同的表述對(duì)象以及時(shí)間下該指標(biāo)數(shù)值大小一般不相同。如果兩個(gè)指標(biāo)表現(xiàn)出朝同一方向發(fā)展的趨勢(shì)，即可認(rèn)為這兩者之間互相影響的程度較高，其關(guān)聯(lián)度較大，反之則較小。

2 瀝青混合料級(jí)配變異的影響

2.1 瀝青混合料級(jí)配變異對(duì)壓實(shí)程度的影響

一般可認(rèn)為，瀝青路面的壓實(shí)度、空隙率兩個(gè)指標(biāo)共同表征其結(jié)構(gòu)的壓實(shí)程度。其中，影響壓實(shí)度指標(biāo)的條件較為復(fù)雜，文章主要針對(duì)空隙率、混合料級(jí)配兩者之間的關(guān)聯(lián)展開(kāi)論述。研究表明，在瀝青混合料中變異性最突出的組分為細(xì)集料，在不同級(jí)配條件下結(jié)構(gòu)空隙率的情況如表1所示。

表1 關(guān)鍵篩孔通過(guò)率與空隙率的對(duì)應(yīng)表 單位：%

根據(jù)灰色理論法對(duì)表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可得，在以上篩孔中對(duì)于空隙率影響顯著的有4.75mm、0.15mm以及0.075mm三個(gè)等級(jí)的孔徑。其中，在4.75mm孔徑的篩孔下，混合料的通過(guò)率大約在48%～52.4%；在0.15mm孔徑的篩孔下，混合料的通過(guò)率大約在6.3%～7.5%；在0.075mm孔徑的篩孔下，混合料的通過(guò)率大約在4.4%～5.9%。

在對(duì)瀝青路面平整度指標(biāo)進(jìn)行研究時(shí)，同樣可以采用灰色理論法完成分析，由此可以得到結(jié)果：4.75mm、1.18mm兩個(gè)篩孔孔徑下集料用量的變化所產(chǎn)生的路面平整度變化較為突出。

根據(jù)對(duì)空隙率、平整度兩個(gè)指標(biāo)的研究分析可知，4.75mm篩孔孔徑對(duì)于路用性能的影響最顯著和關(guān)鍵。經(jīng)綜合分析，瀝青混合料的集料控制應(yīng)以50.4%～52.4%的通過(guò)率為關(guān)鍵點(diǎn)。

2.2 瀝青混合料級(jí)配變異對(duì)力學(xué)性能的影響

在上述研究中可知，應(yīng)嚴(yán)格控制4.75mm篩孔孔徑下的集料用量，因此，該研究主要選用4.75mm的篩孔展開(kāi)馬歇爾試驗(yàn)，對(duì)其與級(jí)配離析之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行分析研究，探究級(jí)配變異對(duì)混合料力學(xué)性能的影響。

在將基準(zhǔn)配比4.75mm通過(guò)率減少6%的級(jí)配水平下，混合料內(nèi)部空隙率將顯著提升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5%的要求，難以適應(yīng)工程要求。在基準(zhǔn)配比4.75mm通過(guò)率±6%的級(jí)配條件下，飽和度指標(biāo)可基本滿足64%～74%的要求，如其在這一范圍之外則可視為不符合工程需求。此外，穩(wěn)定度指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果與飽和度大致相似，其在基準(zhǔn)配比4.75mm通過(guò)率+10%的條件下有著良好的穩(wěn)定度，但在該試驗(yàn)多級(jí)級(jí)配的中間部分，穩(wěn)定度指標(biāo)有所下降。

受到級(jí)配變異影響最顯著的指標(biāo)為抗車轍性能等高溫指標(biāo)，根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可知，在不變異情況下，抗車轍性能最優(yōu)，而級(jí)配變異下抗車轍性能將顯著折損，且變異程度越高抗車轍性能劣化越明顯，劣化速度也越來(lái)越快。

在細(xì)集料變異時(shí)，混合料的水穩(wěn)性、殘留穩(wěn)定度、凍融劈裂強(qiáng)度反而有所加強(qiáng)；但在粗集料變異時(shí)，混合料的水穩(wěn)性呈現(xiàn)出大幅度下降的趨勢(shì)。

3 溫度離析對(duì)瀝青混合料的影響

研究表明，瀝青結(jié)構(gòu)自身的空隙率對(duì)于道路運(yùn)營(yíng)早期路面病害的發(fā)展有直接影響，但受到施工技術(shù)、客觀環(huán)境等的影響，施工中瀝青的實(shí)際空隙率往往與設(shè)計(jì)空隙率存在一定的偏差，且實(shí)際空隙率一般較大。因此，在壓實(shí)工序后采取有效措施盡可能地降低瀝青空隙率就成為一項(xiàng)抑制路面病害發(fā)展的重要手段。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，瀝青空隙率受壓實(shí)度的變異影響較為顯著，同時(shí)又由于瀝青材料在不同溫度環(huán)境下性質(zhì)變化較大，一般可認(rèn)為溫度離析程度越大壓實(shí)程度越低，因此在瀝青空隙率的控制手段上也應(yīng)對(duì)溫度離析予以重視。為了充分了解溫度離析對(duì)瀝青混合料性質(zhì)的影響，文章主要對(duì)各級(jí)溫度條件下瀝青混合料的擊打試驗(yàn)結(jié)果展開(kāi)分析，以此研究瀝青混合料空隙率與環(huán)境溫度之間的關(guān)系。

相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，瀝青混合料的密實(shí)程度隨著環(huán)境溫度的升高而增大，且其密度也更大；在較低溫度下，瀝青混合料則更難以受壓壓縮，因此其密度也更小。溫度、密實(shí)度這兩個(gè)各指標(biāo)之間存在很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，溫度通過(guò)對(duì)混合料的密度產(chǎn)生影響進(jìn)而間接改變其空隙率，當(dāng)溫度從105℃上升至165℃時(shí)，其空隙率將從7.7%下降至3.6%，即溫度升高的同時(shí)將引起其密度提升，進(jìn)而降低空隙率。

4 結(jié)論

（1）瀝青混合料級(jí)配變異的控制方法如下：①瀝青混合料制備環(huán)節(jié)中應(yīng)嚴(yán)格管控其各組分材料的狀態(tài)。對(duì)于不同類型的原材料，采用分堆儲(chǔ)存、分別管理的方式，防止其相互混雜而導(dǎo)致出現(xiàn)材料的離析問(wèn)題。②若瀝青混合料中的集料部分來(lái)源發(fā)生改變，則應(yīng)重新對(duì)其進(jìn)行篩分，并改變材料的拌和參數(shù)以及組分配比。③加強(qiáng)混合料控制。在鋪設(shè)路面時(shí)，如果施工到一半因?yàn)橥饨缫蛩囟鴮?dǎo)致瀝青混合料發(fā)生變化，那么將對(duì)瀝青路面的性質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，在鋪設(shè)作業(yè)正式開(kāi)始前應(yīng)確?；旌狭系闹苽淞恐辽倌軌驖M足一般工程量的需求。

（2）瀝青混合料溫度離析的控制方法如下：①混合料的制備過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制拌和參數(shù)，尤其是應(yīng)將環(huán)境溫度控制在合理范圍內(nèi)，用于拌和的原材料在投放前應(yīng)反復(fù)檢查，其溫度不宜過(guò)高。此外，應(yīng)考慮拌和作業(yè)時(shí)天氣因素的影響，控制拌和出料的溫度。②混合料制備完成運(yùn)輸時(shí)，應(yīng)采取覆蓋等措施進(jìn)行保溫處理。