高溫對(duì)柔性基層瀝青路面彎沉的影響

張榮，畢輝，崔通，趙有紅，高玉清

（1.云南省交通發(fā)展投資有限責(zé)任公司，云南 昆明 650228；2.保利長大工程有限公司，廣東 廣州 511430；3.云南陽光道橋股份有限公司，云南 昆明 650200）

0 引言

彎沉是高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)，也是交工驗(yàn)收的關(guān)鍵性指標(biāo)。現(xiàn)行測試規(guī)程，需對(duì)瀝青路面實(shí)測彎沉數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度修正，以保證彎沉的準(zhǔn)確性和統(tǒng)一性。在工程實(shí)踐中，溫度恒定條件下，晴、陰、雨等天氣狀況卻對(duì)彎沉影響極為明顯。本文根據(jù)高溫季節(jié)不同天氣狀況下某路段多次彎沉測試差異，研究高溫天氣對(duì)瀝青路面彎沉的影響。

1 路面結(jié)構(gòu)性能及彎沉測試方法

1.1 路面結(jié)構(gòu)性能

某高速公路路面結(jié)構(gòu)層類型、技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 路面結(jié)構(gòu)層及性能指標(biāo)

1.2 彎沉測試及溫度修正

依據(jù)設(shè)計(jì)說明和路面現(xiàn)場測試規(guī)程，采用貝克曼梁法測定路面回彈彎沉值?，F(xiàn)場彎沉值乘以溫度修正系數(shù)k，計(jì)算路段彎沉代表值，并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比和評(píng)定。

高溫季節(jié)應(yīng)考慮溫度對(duì)彎沉的影響。根據(jù)路面現(xiàn)場測試規(guī)程，溫度修正系數(shù)計(jì)算步驟如下：

（1）計(jì)算t0：t0為測定時(shí)路表溫度與測定前5 日官方氣溫?cái)?shù)據(jù)平均值之和。

（2）對(duì)照《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》（JTG E60—2008）中圖T 0951-2，根據(jù)t0和路面18cm 厚度查出t18,tm,tn的值。

（3）按式（1）計(jì)算瀝青層平均溫度t：

（4）根據(jù)t和瀝青層厚度，對(duì)照適用于瀝青穩(wěn)定基層的路面彎沉溫度修正系數(shù)曲線圖T 0951-3，求出溫度修正系數(shù)k。

2 不同狀態(tài)下的上面層彎沉測試

上面層交工驗(yàn)收過程中，由于測試前一晝夜天氣不同，同一路段彎沉代表值表現(xiàn)出較大差異。為探究溫度對(duì)彎沉的影響，標(biāo)段和省站先后6次對(duì)出現(xiàn)問題的同一路段進(jìn)行不同環(huán)境下的彎沉測試，包括4次自檢和2 次省站交工驗(yàn)收。以下是歷次不同時(shí)段不同溫度條件下的測試結(jié)果。

2.1 施工后彎沉測試

（1）測試時(shí)間及環(huán)境描述

上面層攤鋪完48h 后，晴朗天氣下進(jìn)行彎沉測試。測試起始時(shí)間為6 月15 日，最高氣溫32℃，彎沉測試時(shí)間為每日早上8:30—10:30。

（2）測試結(jié)果

彎沉測試結(jié)果如表2所示，由各路段彎沉代表值可知，施工后上面層彎沉測試結(jié)果合格。

表2 施工后彎沉測試結(jié)果

2.2 第一次交工驗(yàn)收

（1）測試時(shí)間及環(huán)境描述

交工驗(yàn)收由省質(zhì)監(jiān)站組織實(shí)施，LM6標(biāo)測試起始時(shí)間為8 月10 日，白天持續(xù)高溫，使用紅外線測溫儀測得路面最高氣溫為36℃。為減小溫度對(duì)彎沉測試結(jié)果的影響，測試時(shí)間為每日5:30—10:00。

（2）測試結(jié)果

省站交工驗(yàn)收部分路段同表2中測試段落相同，結(jié)果如表3所示。雖經(jīng)溫度修正，測試段落彎沉代表值仍大于設(shè)計(jì)值。

表3 第1次交工驗(yàn)收彎沉測試數(shù)據(jù)結(jié)果

在LM6 標(biāo)彎沉交驗(yàn)完畢后，省質(zhì)監(jiān)站緊接著對(duì)LM7路面標(biāo)進(jìn)行彎沉交工驗(yàn)收，同樣在此標(biāo)段中也有若干路基段彎沉代表值評(píng)定結(jié)果大于設(shè)計(jì)值。

2.3 連續(xù)3次不同天氣條件下彎沉復(fù)測

（1）交工后高溫條件下彎沉復(fù)測

第1次省站交工后，標(biāo)段人員對(duì)部分彎沉不合格路段的同車道進(jìn)行同一時(shí)段（5:30—10:00）彎沉復(fù)測，天氣狀況與交工時(shí)類似。同時(shí)對(duì)LM6 標(biāo)相鄰兩標(biāo)段進(jìn)行彎沉測試，以便與本標(biāo)段上面層彎沉結(jié)果進(jìn)行比較。復(fù)測結(jié)果如表4所示，由彎沉代表值可知，高溫條件下彎沉復(fù)測結(jié)果仍然大于設(shè)計(jì)值，與第1次省站交工驗(yàn)收結(jié)果基本一致。

表4 第1次彎沉復(fù)測結(jié)果

（2）較低溫度條件下彎沉復(fù)測

8 月20 日，瀝青路面在經(jīng)歷1d 淋雨后，傍晚放晴，21 日上午天氣晴朗，瀝青路面干燥后，標(biāo)段試驗(yàn)人員對(duì)原大于設(shè)計(jì)值的路段進(jìn)行彎沉復(fù)測，同時(shí)對(duì)LM5,LM7標(biāo)第一次復(fù)測路段再次進(jìn)行復(fù)測。測試溫度及彎沉結(jié)果如表5 所示，據(jù)此可知測試路段彎沉代表值全部合格。

表5 第2次彎沉復(fù)測結(jié)果

（3）常溫條件下第3次彎沉復(fù)測

9 月6 日晴，標(biāo)段對(duì)交工彎沉大于設(shè)計(jì)值的路段進(jìn)行第3 次彎沉復(fù)測。檢測前2 日天氣陰，氣溫為25～34℃。彎沉測試時(shí)間為6 日上午7:30—11:00。第3 次彎沉復(fù)測結(jié)果如表6 所示，可知瀝青路面彎沉評(píng)定結(jié)果合格。

表6 第3次彎沉復(fù)測

2.4 第2次交工驗(yàn)收彎沉

（1）測試過程及環(huán)境描述

9月12日，天氣晴朗，白天最高溫度34℃。省質(zhì)監(jiān)站對(duì)LM7標(biāo)和LM6標(biāo)組織第2次彎沉交工驗(yàn)收，此次交驗(yàn)只測試第1次交驗(yàn)時(shí)彎沉大于設(shè)計(jì)值路段。為降低溫度對(duì)瀝青路面彎沉的影響，省質(zhì)監(jiān)站與業(yè)主方、監(jiān)理方、施工方共同確定彎沉測試時(shí)間從20:00 開始，檢測LM7 標(biāo)時(shí)發(fā)現(xiàn)路面溫度仍然較高。檢測LM6 標(biāo)，時(shí)間已是凌晨2:00 點(diǎn)，此時(shí)路面溫度已經(jīng)降低，四方人員連續(xù)測試彎沉，早晨7:00完成測試。

（2）測試結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，LM7標(biāo)彎沉測試結(jié)果經(jīng)溫度修正后的代表值仍有大于設(shè)計(jì)值的路段，但后半夜凌晨測試的LM6標(biāo)范圍內(nèi)彎沉代表值均小于設(shè)計(jì)值，評(píng)定全部合格。

3 溫度對(duì)瀝青路面彎沉影響分析

3.1 彎沉測試數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過6次不同天氣條件下的測試，同路段的彎沉代表值匯總?cè)绫? 所示，6 次彎沉測試結(jié)果趨勢如圖1所示。

表7 彎沉測試結(jié)果匯總表

圖1 不同環(huán)境路面彎沉測試結(jié)果折線圖

由表1～表7和圖1可知：

（1）雖然經(jīng)過溫度修正，但是連續(xù)高溫與常溫測試結(jié)果相差較大。①～⑥號(hào)測試結(jié)果表明，高溫季節(jié)，因受前一晝夜天氣影響，連續(xù)高溫比常溫天氣彎沉高50%～118%。

（2）表7 的①～⑥號(hào)測試中，彎沉代表值測試結(jié)果趨勢基本一致，連續(xù)高溫條件下彎沉值可能超過設(shè)計(jì)值，而常溫測試彎沉值低于設(shè)計(jì)值。

（3）表7 的③～⑥號(hào)彎沉數(shù)據(jù)表明，高溫季節(jié)，測試前5日氣溫相對(duì)穩(wěn)定，溫度對(duì)彎沉的影響主要集中在測試的前一晝夜時(shí)段。

（4）由表1～表6可知，高溫季節(jié)太陽照射下，瀝青路表溫度迅速上升，對(duì)路面彎沉影響顯著，故應(yīng)盡量避免高溫時(shí)段測試彎沉。

以上數(shù)據(jù)結(jié)果表明：溫度對(duì)瀝青路面彎沉影響大，彎沉修正系數(shù)除考慮路面厚度外，還需考慮溫度修正條件、前5日的平均氣溫，尤其測試前一晝夜的天氣條件。

3.2 溫度對(duì)瀝青路面彎沉影響原因分析

彎沉在高溫下的變異性除給施工和檢測帶來不便外，還影響路面的使用性能。彎沉在高溫季節(jié)變異性的原因主要有以下幾種。

（1）瀝青層熱量散失程度影響

白天太陽高溫照射下，瀝青層內(nèi)部溫度積聚。夜晚氣溫逐漸下降，瀝青表面層熱量散失，表面溫度隨氣溫變化逐漸降低。但由于瀝青表面層密實(shí)，中下面層內(nèi)部熱量無法隨氣溫快速下降，內(nèi)部溫度高于表面溫度。隨著夜晚較低溫度時(shí)間的延長，瀝青層內(nèi)部熱量逐步傳導(dǎo)散失，內(nèi)部溫度下降。這也解釋了為何同種結(jié)構(gòu)層前半夜彎沉較大而后半夜彎沉較小。

（2）瀝青材質(zhì)影響

路面結(jié)構(gòu)中，基層作為承重層主要承擔(dān)路面荷載。下面層和柔性基層作為次要承重層，在荷載作用下發(fā)生比半剛性基層較大的彈性變形。普通瀝青混合料在高溫條件下抗剪能力急劇下降，重載作用下回彈變形急劇增大。

（3）前一晝夜溫度影響

高溫季節(jié)，晝夜溫差較小，中下面層的溫度降低不多，持續(xù)高溫天氣導(dǎo)致瀝青層內(nèi)部熱量無法有效釋放，瀝青層溫度持續(xù)較高。在下雨或陰天，沒有太陽照射，瀝青層不會(huì)吸收熱量，而熱量持續(xù)散失，內(nèi)部溫度降低，從而致使第二日彎沉測試數(shù)據(jù)減小，這解釋了①④⑤⑥與②③測試結(jié)果相差較大的原因。

4 結(jié)論

本文通過不同天氣條件下的彎沉測試，對(duì)測試結(jié)果的差異性進(jìn)行了分析研究，得出如下結(jié)論。

（1）持續(xù)高溫條件對(duì)柔性基層瀝青路面彎沉結(jié)果影響較大。

（2）彎沉測試要時(shí)刻監(jiān)測路面溫度，對(duì)彎沉修正取值需謹(jǐn)慎。綜合路表溫度及天氣溫度，按照規(guī)范測算的t不可一概而論，要重點(diǎn)考慮測試前一日天氣影響。

（3）由于測試前一日天氣狀況不同，彎沉測試路段雖然路表溫度差異較小，但評(píng)定結(jié)果相差較大。對(duì)于柔性基層瀝青路面，連續(xù)高溫天氣交驗(yàn)彎沉不利，應(yīng)盡量選擇常溫時(shí)日。

（4）瀝青路面彎沉設(shè)計(jì)值需綜合考量溫度因素和瀝青層結(jié)構(gòu)厚度因素。