高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)研究

斯義明

（四川金通工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，四川成都 610000）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，高速公路作為國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的重要性日益凸顯。瀝青路面因其良好的耐久性、防滑性和舒適性，被廣泛用于高速公路的建設(shè)中。然而，瀝青路面在使用過(guò)程中，由于各種因素的影響，容易出現(xiàn)裂縫、車(chē)轍等問(wèn)題，這不僅影響了路面的美觀，更嚴(yán)重的是威脅了行車(chē)的安全。因此，對(duì)高速公路瀝青路面進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的試驗(yàn)檢測(cè)，對(duì)于保障道路的安全、延長(zhǎng)路面的使用壽命具有重要意義。近年來(lái)，我國(guó)在瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)方面取得了一定研究成果，但仍存在一些問(wèn)題。通過(guò)綜合應(yīng)用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)手段，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性；同時(shí)，結(jié)合實(shí)際工程背景，提出一套更為完善、系統(tǒng)的瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)方案。這一研究不僅有助于優(yōu)化現(xiàn)有的檢測(cè)方法，提高檢測(cè)效率，更有助于為高速公路瀝青路面的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 高速公路瀝青路面施工質(zhì)量的基本要求

第一，原材料質(zhì)量控制要求。在瀝青路面施工中，瀝青、纖維、砂石原材料及添加劑的質(zhì)量直接關(guān)系到瀝青路面施工質(zhì)量的總體效果。因此，瀝青混合料所采用的組成材料需滿足相關(guān)設(shè)計(jì)文件及規(guī)范中相關(guān)技術(shù)要求。

第二，瀝青混合料生產(chǎn)控制要求。瀝青混合料的生產(chǎn)不僅要嚴(yán)格控制好各種原材料的質(zhì)量，更要控制好配合比，嚴(yán)格按照高速公路工程瀝青路面施工的現(xiàn)行規(guī)范和設(shè)計(jì)文件進(jìn)行施工，以保證瀝青路面施工質(zhì)量。在高速公路路面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量選擇耐高、低溫性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)體系，如AC、SMA、OGFC 等瀝青混合料作為路面承重及功能層的備選方案。

第三，瀝青混合料需具備良好的低溫抗裂性。瀝青路面如遇到極寒天氣，其瀝青性能會(huì)打折，造成路面低溫開(kāi)裂，降低路面使用性能；如遇冰凍路面，則極易出現(xiàn)冰凍融化水損害坑洼現(xiàn)象。因此，氣溫較低的地區(qū)應(yīng)選擇低溫抗裂性能良好的瀝青（即瀝青標(biāo)號(hào)高的瀝青），相關(guān)指標(biāo)用公路瀝青針入度、延度控制，同時(shí)瀝青混合料低溫抗裂性應(yīng)用凍融劈裂、低溫彎曲試驗(yàn)破壞應(yīng)變（με）指標(biāo)控制。

第四，瀝青混合料需具備良好的高溫穩(wěn)定性。在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的大環(huán)境下，車(chē)流量、人流量逐年增加，需要瀝青路面具有良好的承載能力，保證車(chē)輛和行人安全出行。瀝青路面高溫穩(wěn)定性差，極易出現(xiàn)車(chē)轍、推移擁包或SMA 瀝青瑪蹄脂路面泛油等現(xiàn)象。因此，氣溫較高地區(qū)應(yīng)選擇高溫穩(wěn)定性能良好的瀝青（即瀝青標(biāo)號(hào)低的瀝青），相關(guān)指標(biāo)用路用瀝青針進(jìn)行入度、軟化點(diǎn)控制，同時(shí)瀝青混合料高溫穩(wěn)定性應(yīng)用瀝青與集料黏附性、穩(wěn)定度、動(dòng)穩(wěn)定度等指標(biāo)進(jìn)行控制[1]。

第五，瀝青混合料生產(chǎn)控制。瀝青混合料生產(chǎn)關(guān)鍵控制要素：瀝青加熱溫度嚴(yán)格按照高速公路工程瀝青路面施工的現(xiàn)行規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工。拌和場(chǎng)站應(yīng)從“人員、設(shè)備、料源、操作方法、環(huán)境控制”五個(gè)方面進(jìn)行嚴(yán)格控制。

第六，攤鋪碾壓工藝控制。首先，攤鋪機(jī)按所鋪路段的寬度、厚度及拱度等施工要求調(diào)整好裝運(yùn)瀝青混合料的自卸車(chē)，在接觸接收料斗前的頂推輥后，將瀝青混合料緩緩卸入攤鋪機(jī)的接收料斗，并由攤鋪機(jī)頂推其運(yùn)行；其次，通過(guò)接收料斗底部的刮板輸料器，以及螺旋擁鋪器將瀝青混合料連續(xù)均勻地向后、向左右傳輸；最后，將攤鋪好的瀝青混合料鋪層經(jīng)慰平裝置的振搗梁進(jìn)行初步夯實(shí)，通過(guò)熨平板的振動(dòng)、次振動(dòng)，慰平和整形而成為一層平整且具有一定密實(shí)度的混合料攤鋪層。按攤鋪預(yù)壓密實(shí)度分類，可將攤鋪機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型攤鋪機(jī)和高密實(shí)度攤鋪機(jī)。標(biāo)準(zhǔn)型攤鋪機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)型熨平裝置，一般裝有振實(shí)機(jī)構(gòu)和振動(dòng)機(jī)構(gòu)，可對(duì)鋪層混合料進(jìn)行初壓，初壓密實(shí)度最高可達(dá)85%。高密實(shí)度攤鋪機(jī)還裝有雙振搗梁或雙壓力梁等裝置，可對(duì)鋪層混合料進(jìn)行強(qiáng)力夯實(shí)，使鋪層材料的初壓密實(shí)度高達(dá)90%以上，可有效提高攤鋪壓實(shí)度及平整度，減少壓路機(jī)的壓實(shí)遍數(shù)，提高生產(chǎn)效率，尤其對(duì)于要求快速成型的碾壓混凝土材料更具有實(shí)際應(yīng)用意義。因此，熨平裝置是確保攤鋪質(zhì)量的關(guān)鍵裝置之一。

瀝青混合料碾壓關(guān)鍵控制因素為瀝青混合料攤鋪初始溫度。不同結(jié)合料所選擇的壓路機(jī)類型不一樣（壓路機(jī)類型有輪胎壓路機(jī)、雙鋼輪壓路機(jī)、鋼輪與橡膠輪結(jié)合壓路機(jī)等），瀝青路面碾壓方式為“初壓、復(fù)壓、終壓”三種方式相結(jié)合，壓路機(jī)碾壓控制應(yīng)遵循“緊跟慢壓、高頻低幅”的原則，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制碾壓遍數(shù)，一般為4～6 遍為宜，嚴(yán)禁出現(xiàn)漏壓超壓現(xiàn)象[2]。

2 高速公路瀝青路面施工前試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

瀝青是高速公路瀝青混合料中應(yīng)用的主要材料，瀝青本質(zhì)是一種黑褐色固體，具有良好的低溫抗裂性、高溫穩(wěn)定性及與砂石骨料良好的裹覆性能；通常在瀝青路面施工前通過(guò)“三大指標(biāo)”及老化試驗(yàn)（薄膜烘箱老化試驗(yàn)TFOT 或旋轉(zhuǎn)薄膜烘箱老化試驗(yàn)RTFOT）后的質(zhì)量變化、殘留針入度比、殘留延度性能來(lái)衡量瀝青的成品質(zhì)量。瀝青針入度指標(biāo)主要是確定瀝青標(biāo)號(hào)等級(jí)，利用軟化點(diǎn)檢測(cè)確定瀝青的高溫穩(wěn)定性能，而延度是確定瀝青的低溫抗裂性能。具體的檢測(cè)方法以延度試驗(yàn)為例：

選擇瀝青樣品，進(jìn)行保溫處理后，澆筑瀝青延度八字試模，待瀝青成型冷卻后，需將高于試模表面多余的試樣進(jìn)行刮模處理，然后放置于規(guī)定試驗(yàn)水溫中，并確保恒溫2h 以上，最后放置在延度檢測(cè)儀器上進(jìn)行檢測(cè)，保證水面和瀝青樣品之間的距離在2cm 以上。啟動(dòng)延度試驗(yàn)儀檢測(cè)瀝青樣品的延度，時(shí)刻關(guān)注整個(gè)測(cè)試過(guò)程中延度試驗(yàn)儀的力值顯示值及瀝青樣品的延伸情況，控制水溫處于規(guī)范要求狀態(tài)，以免檢測(cè)中延度檢測(cè)儀器發(fā)生晃動(dòng)；如果已經(jīng)發(fā)生了晃動(dòng)，要立即停止試驗(yàn)進(jìn)行處理，再繼續(xù)檢測(cè)。目前，常用的延度檢測(cè)儀為循環(huán)水延度檢測(cè)儀，為保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在試驗(yàn)檢測(cè)中要關(guān)閉循環(huán)水系統(tǒng)，否則就容易會(huì)出現(xiàn)儀器晃動(dòng)現(xiàn)象，影響試驗(yàn)檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

在整個(gè)瀝青延度試驗(yàn)檢測(cè)中容易出現(xiàn)瀝青拉伸成細(xì)絲后漂浮在水面上或者沉入水底的情況，這是因?yàn)闉r青和水密度的相關(guān)性，可向水中加入適量的食鹽或者酒精來(lái)改善水的密度，盡量使水的密度接近被測(cè)瀝青樣品密度。在瀝青延度檢測(cè)中往往存在系統(tǒng)誤差的現(xiàn)象，為降低系統(tǒng)誤差值，需要至少進(jìn)行3 次重復(fù)性試驗(yàn)，并將每組試驗(yàn)系統(tǒng)誤差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)，再求取3 次試驗(yàn)的算數(shù)平均值，以此提升瀝青延度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3 高速公路瀝青路面施工中現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

高速公路瀝青路面施工中現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)包括現(xiàn)場(chǎng)溫度、結(jié)構(gòu)層厚度及壓實(shí)度自動(dòng)化試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。溫度作為瀝青混合料最關(guān)鍵性控制指標(biāo)之一，可影響其黏溫指數(shù)及瀝青混合料的壓實(shí)系數(shù)，應(yīng)采取水銀溫度計(jì)或紅外測(cè)溫槍進(jìn)行人工檢測(cè)；結(jié)構(gòu)層厚度檢測(cè)，一般根據(jù)攤鋪機(jī)邊緣布置走線裝置控制，同時(shí)采取改錐插入式檢測(cè)復(fù)核；壓實(shí)度在施工過(guò)程中，首先由攤鋪機(jī)初夯壓實(shí)，在保證松鋪系數(shù)的情況下同時(shí)滿足初始?jí)簩?shí)工藝，現(xiàn)有科技手段可以通過(guò)壓路機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)反饋壓實(shí)工程中的壓實(shí)系數(shù)，瀝青路面最終均通過(guò)鉆芯法或者雷達(dá)檢測(cè)手段復(fù)核攤鋪路段厚度及壓實(shí)度效果。

4 高速公路瀝青路面施工后的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)

在高速公路瀝青路面施工后應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)彎沉及結(jié)構(gòu)層厚度、壓實(shí)度自動(dòng)化試驗(yàn)檢測(cè)。路面彎沉檢測(cè)技術(shù)主要包括落錘式彎沉儀、貝克曼梁法及自動(dòng)彎沉儀檢測(cè)技術(shù)，其中貝克曼梁法屬于人工讀數(shù)法檢測(cè)；落錘彎沉儀屬于半自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)，交工驗(yàn)收比較常用，其主要檢測(cè)路面彎沉變化值，目前市面上基本為一體化自動(dòng)落錘式彎沉檢測(cè)車(chē)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試過(guò)程中通過(guò)落錘向承載板施加給定的作用力，再由承載板傳遞到高速公路瀝青路面上，瀝青路面在荷載作用下，會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力變形位移，再用高精度位移傳感器來(lái)收集路面變形位移量，并及時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算軟件得到瀝青路面的彎沉盆參數(shù)；自動(dòng)彎沉儀主要用于高速公路定期檢測(cè)，具有自動(dòng)化程度高、檢測(cè)效率顯著等特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)層厚度、壓實(shí)度自動(dòng)化試驗(yàn)檢測(cè)屬于雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)，主要指利用地質(zhì)雷達(dá)反射波法對(duì)路面厚度及密實(shí)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，由雷電檢測(cè)儀發(fā)送電磁波，分析電磁波在不同介質(zhì)中的傳播性質(zhì)和特點(diǎn)，接收器對(duì)電磁波反射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行采集數(shù)據(jù)和波形圖，通過(guò)分析電磁波的波形、路徑變化等獲得瀝青路面施工質(zhì)量[3]。

待瀝青路面溫度穩(wěn)定后，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)，及時(shí)獲得瀝青路面施工質(zhì)量，找到存在質(zhì)量問(wèn)題的位置、問(wèn)題特點(diǎn)、問(wèn)題成因等，再制定科學(xué)有效的整治措施，保證總體施工質(zhì)量。瀝青路面施工后的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)參數(shù)主要包括：抗滑性（宏觀構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)或橫向力系數(shù)）、滲水系數(shù)檢測(cè)、厚度及壓實(shí)度檢測(cè)、平整度檢測(cè)、彎沉檢測(cè)五個(gè)方面。

4.1 抗滑性檢測(cè)

抗滑性是高速公路瀝青路面施工后現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)的主要參數(shù)，其檢測(cè)方法主要分為三種：施工過(guò)程中檢測(cè)主要采用宏觀構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)進(jìn)行評(píng)判。第一，摩擦系數(shù)是利用擺式摩擦系數(shù)儀確定評(píng)定單元，每半幅為1 個(gè)單元，每隔約200m 隨機(jī)抽取1 個(gè)斷面進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)，每個(gè)斷面試驗(yàn)檢測(cè)不能少于3 個(gè)點(diǎn)，檢測(cè)位置要盡量選擇在車(chē)輛行駛的輪跡帶上。在抗滑性檢測(cè)中，擺式摩擦儀在檢測(cè)中需進(jìn)行溫度修正。為保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)中需要對(duì)當(dāng)天的環(huán)境溫度修正后再換算出測(cè)試擺值。第二，宏觀構(gòu)造深度也是評(píng)價(jià)瀝青路面的抗滑性的一種檢測(cè)手段，宏觀構(gòu)造深度主要指通過(guò)手工鋪砂法來(lái)完成檢測(cè)，可通過(guò)用測(cè)試砂的體積和砂的攤鋪平均直徑的比值計(jì)算出相應(yīng)測(cè)試值。第三，橫向力系數(shù)測(cè)試車(chē)常用于高速公路瀝青路面交工檢測(cè)時(shí)抗滑性現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的測(cè)試方法，主要原理是通過(guò)測(cè)試輪和地面之間形成的縱向摩擦力來(lái)獲得摩擦系數(shù)。

4.2 滲水系數(shù)檢測(cè)

在高速公路瀝青路面滲水系數(shù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)中，主要采用路面滲水儀計(jì)算出滲水儀容器中水面從100mL 刻度下降到500mL 刻度所需要的時(shí)間，以此判斷瀝青路面的滲水系數(shù)，或根據(jù)3min 滲水儀滲水量計(jì)算值反饋瀝青路面壓實(shí)效果，判斷其是否存在局部連通孔隙。

4.3 厚度及壓實(shí)度檢測(cè)

壓實(shí)度是衡量瀝青路面施工壓實(shí)工藝的主要技術(shù)指標(biāo)之一，能夠真實(shí)反饋出瀝青路面的實(shí)際內(nèi)部孔隙率。壓實(shí)度檢測(cè)通常采取鉆芯取樣檢測(cè)法，具體的檢測(cè)時(shí)間段為瀝青路面碾壓完成并且待其溫度降至50℃以下后，選擇具有代表性的位置進(jìn)行鉆芯取樣；也可以通過(guò)核子密度儀來(lái)檢測(cè)壓實(shí)度，但試驗(yàn)過(guò)程比較繁瑣，而鉆芯取樣法會(huì)對(duì)路面的局部造成一定破壞。為解決這一問(wèn)題，技術(shù)人員研發(fā)出核子密度儀，作為一種新型的瀝青路面壓實(shí)度檢測(cè)設(shè)備，與傳統(tǒng)鉆芯取樣試驗(yàn)技術(shù)相比，核子密度儀同樣可以真實(shí)反映出瀝青路面的壓實(shí)度，而且不會(huì)對(duì)瀝青路面造成任何破壞和影響，顯著提升了瀝青路面壓實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)檢測(cè)效果，值得大范圍推廣和應(yīng)用。

4.4 路面平整度檢測(cè)技術(shù)

在早期瀝青路面平整度檢測(cè)中均利用3m 平整度尺進(jìn)行檢測(cè)，但此種方法檢測(cè)精度不高，且效率低，受到主觀因素的影響比較大，在現(xiàn)代化公路工程瀝青路面平整度檢測(cè)中已基本被淘汰。八輪連續(xù)式平整度儀雖然相較于平整度尺檢測(cè)能夠提升檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，但設(shè)備體積比較大，使用起來(lái)非常不便，依然無(wú)法滿足現(xiàn)代化公路工程發(fā)展的要求。隨著大量先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用，在瀝青路面平整度檢測(cè)中出現(xiàn)一種新型的車(chē)載式顛簸累儀，即車(chē)輛在路面上行駛，通過(guò)車(chē)輛行駛中后軸和車(chē)廂之間的單位位移累積值來(lái)計(jì)算出瀝青路面的平整度，瀝青平整度數(shù)據(jù)通過(guò)機(jī)械傳感器來(lái)完成，數(shù)據(jù)精度高，而且可以大幅度加快數(shù)據(jù)處理速度，進(jìn)而提升瀝青路面平整度檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性。

4.5 路面彎沉值檢測(cè)

目前我國(guó)在瀝青路面回彈模量值檢測(cè)多采取貝克曼梁彎沉儀法，其主要原理是通過(guò)杠桿原理，對(duì)瀝青路面的彎沉值大小進(jìn)行檢測(cè)，利用百分表的計(jì)數(shù)方法計(jì)算出瀝青路面的強(qiáng)度數(shù)值。主要原因是貝克曼梁的總長(zhǎng)度為5.4m 和3.6m，前臂和后臂的長(zhǎng)度比為2∶1，在貝克曼梁的末端之上放置一塊百分表，百分表可隨著汽車(chē)緩慢前進(jìn)，并隨著瀝青路面的變形而逐步增大讀數(shù)，直到汽車(chē)停止前進(jìn)，就地讀出百分表的穩(wěn)定數(shù)值，百分表讀數(shù)如超過(guò)設(shè)計(jì)值，就會(huì)造成路面不均勻沉降，影響行車(chē)舒適度及安全性。在現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中，貝克曼梁彎沉儀法的應(yīng)用有明確要求，在整個(gè)檢測(cè)過(guò)程中，不能碰觸輪胎，要將梁平穩(wěn)地插入兩個(gè)輪胎間隙，以保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高速公路瀝青路面的試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)對(duì)于保障道路安全、延長(zhǎng)路面使用壽命具有重要意義。本文深入研究瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)方案，希望為高速公路瀝青路面的維護(hù)和管理提供科學(xué)依據(jù)。但瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)仍是一個(gè)持續(xù)發(fā)展的領(lǐng)域。未來(lái)，應(yīng)關(guān)注新型檢測(cè)設(shè)備與技術(shù)研究、智能化與自動(dòng)化檢測(cè)、多維度路面性能評(píng)價(jià)及標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的制定。通過(guò)不斷研究與實(shí)踐，期望能夠推動(dòng)高速公路瀝青路面試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)高速公路事業(yè)的進(jìn)步提供更為堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。