高速公路瀝青路面離析的檢測(cè)與評(píng)定 曹榮吉 張志祥 【江蘇省交通科學(xué)研究院 南京210017】 摘 要 本文探索了采用目測(cè)法、鋪砂法、核子密度儀法、取樣法以及紅外線(xiàn)攝像法等手段進(jìn)行瀝青路面離析的檢測(cè)，在對(duì)江蘇省高速公路瀝青路面施工過(guò)程進(jìn)行大量調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出了高速公路瀝青路面離析的指標(biāo)和評(píng)定的建議標(biāo)準(zhǔn)，可用于高速公路瀝青路面施工的質(zhì)量控制。 關(guān)鍵詞 瀝青路面 離析 檢測(cè) 評(píng)定 1 前言 混合料離析問(wèn)題幾十年來(lái)一直受到道路承包商、工程管理者和研究人員的廣泛關(guān)注。瀝青路面離析就是路面某一區(qū)域內(nèi)瀝青混合料主要性質(zhì)的不均勻，比如瀝青含量、集料組成、添加劑含量以及路面的空隙率等。 瀝青混合料離析可大致分為兩種類(lèi)型：級(jí)配離析和溫度離析。級(jí)配離析出現(xiàn)時(shí)，瀝青路面上一些區(qū)域粗料集中，另一些區(qū)域細(xì)料集中，使得混合料變得不均勻，級(jí)配及瀝青用量與設(shè)計(jì)不一致，導(dǎo)致路面呈現(xiàn)出較差的結(jié)構(gòu)和紋理特性。一些區(qū)域細(xì)料集中、孔隙率小，可能會(huì)出現(xiàn)泛油、車(chē)轍；另一些區(qū)域粗料集中、孔隙率太大，可能會(huì)導(dǎo)致路面水損壞。溫度離析是指瀝青混合料在儲(chǔ)存、運(yùn)輸及攤鋪中受天氣、施工機(jī)械影響，由于熱量損失而出現(xiàn)溫度差異的狀況。混合料的溫度離析，會(huì)導(dǎo)致路面壓實(shí)度不均勻，溫度較低的區(qū)域，路面的空隙率較大、紋理深度也較大，這些區(qū)域的路面易出現(xiàn)早期損壞。溫度離析造成的后果與級(jí)配離析一樣嚴(yán)重，都會(huì)導(dǎo)致瀝青路面的早期損壞，大大縮短瀝青路面的使用壽命。研究表明，嚴(yán)重離析的路面使用壽命可能會(huì)減少50％以上〔1〕。目前高速公路瀝青路面的一些早期損壞，如松散、網(wǎng)裂、坑洞、局部嚴(yán)重轍槽、局部泛油、新鋪瀝青路面的構(gòu)造深度不均等，都與瀝青混合料的離析密切相關(guān)。 鑒于混合料離析對(duì)路面性能的影響較大，一些國(guó)家對(duì)瀝青路面離析的研究非常重視，已經(jīng)開(kāi)展了防止離析的相關(guān)研究。1997年，美國(guó)瀝青路面協(xié)會(huì)（NAPA）對(duì)瀝青路面離析的原因進(jìn)行了分析，并提出了一些減少路面離析措施。2000年，美國(guó)國(guó)家交通研究委員會(huì)（TRB）設(shè)立了研究項(xiàng)目“熱拌瀝青混合料路面的離析”（NCHRP441），重點(diǎn)探索瀝青路面離析的檢測(cè)方法。美國(guó)的佐治亞、華盛頓、康奈狄格、堪薩斯等州也進(jìn)行了一些研究，一些州還將離析指標(biāo)作為路面驗(yàn)收以及工程付款的依據(jù)之一。加拿大安大略省對(duì)瀝青路面的離析也進(jìn)行了一些研究，并于1999年將構(gòu)造深度比作為離析的評(píng)定指標(biāo)，并同路面的付款系數(shù)掛鉤。 研究離析問(wèn)題目的在于解決以下問(wèn)題：如何檢測(cè)瀝青路面的離析？怎樣確定離析程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)？離析對(duì)路用性能的影響？采用那些措施可以減少瀝青路面離析？其中瀝青路面離析的檢測(cè)方法及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)是研究的難點(diǎn)。本文在借鑒國(guó)外研究經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用目前現(xiàn)有的檢測(cè)手段，對(duì)江蘇省在建高速公路路面離析狀況進(jìn)行了大量調(diào)查，通過(guò)研究分析，提出了瀝青路面離析檢測(cè)方法及相應(yīng)的離析評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。 2 視覺(jué)觀察法 視覺(jué)觀察法即根據(jù)路面的表觀狀況和調(diào)查者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行離析檢測(cè)的方法。這是一種主觀的判別方法，有一定的局限性，只適用于大粒徑及較粗的瀝青混合料，對(duì)于小粒徑和細(xì)級(jí)配的瀝青混合料并不適用。視覺(jué)觀察法沒(méi)有明確的離析程度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，且不同的調(diào)查者之間有時(shí)會(huì)產(chǎn)生分歧。 采用視覺(jué)觀察法對(duì)江蘇省在建的高速公路進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)路面離析現(xiàn)象普遍存在，只是程度不同而已。典型的離析類(lèi)型有： (1)卡車(chē)末端離析是最常見(jiàn)的離析形式，主要是由于攤鋪機(jī)收斗引起的，在路面上形成規(guī)則的、間隔一致的翼狀離析。離析處攤鋪機(jī)中央?yún)^(qū)域細(xì)料多，比較密實(shí)；攤鋪機(jī)兩側(cè)粗料集中，細(xì)集料、瀝青含量少，空隙率較大，表面紋理很深。特別是采用一臺(tái)攤鋪機(jī)施工的中、下面層，卡車(chē)末端離析現(xiàn)象比較普遍。如上面層粒徑小（AK13、SMA13）、且采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)施工，則卡車(chē)末段離析現(xiàn)象不明顯。 (2)帶狀離析也是比較常見(jiàn)的一種形式，通常出現(xiàn)于攤鋪機(jī)的中央，也有位于邊緣或其它地方。上、中、下面層均有這種情況出現(xiàn)，一些標(biāo)段一直存在帶狀離析。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是攤鋪設(shè)備或攤鋪機(jī)操作的問(wèn)題，比如熨平板安裝不當(dāng)、螺旋布料器轉(zhuǎn)速不夠、攤鋪機(jī)卡料等。這些現(xiàn)象可以通過(guò)設(shè)備的更新與維護(hù)、操作手的培訓(xùn)來(lái)消除。 (3)接縫離析在中上面層施工較為常見(jiàn)，由于采用兩臺(tái)攤鋪機(jī)施工，路中央的縱向熱接縫往往是最薄弱的環(huán)節(jié)。接縫處攤鋪的混合料過(guò)多或過(guò)少，都會(huì)在接縫處產(chǎn)生離析現(xiàn)象，多了會(huì)形成橋的效應(yīng)，影響接縫兩側(cè)的壓實(shí)，少了接縫處壓實(shí)不足。如果兩臺(tái)攤鋪機(jī)的攤鋪厚度不一致，則接縫處厚度小的一側(cè)不容易壓實(shí)。兩臺(tái)攤鋪機(jī)后面的碾壓溫度差異過(guò)大也會(huì)造成接縫離析。此外接縫離析往往會(huì)同卡車(chē)末端離析或其它形式的離析形成組合效應(yīng)。由于縱向接縫處位于行車(chē)道，輪載作用的次數(shù)多，因此應(yīng)高速重視。 (4)隨機(jī)性離析在施工也時(shí)有發(fā)生。因設(shè)備故障、攤鋪機(jī)停機(jī)、拌合樓生產(chǎn)的混合料波動(dòng)過(guò)大、碾壓不及時(shí)等都可能造成隨機(jī)性離析。低氣溫施工隨意停機(jī)或保溫措施不夠往往會(huì)形成這種離析形態(tài)。 3 鋪砂法 路面離析區(qū)域與非離析區(qū)域?yàn)r青路面表面紋理深度會(huì)有明顯的變化，可以通過(guò)鋪砂法測(cè)路面構(gòu)造深度，評(píng)定路面離析的程度。但這種方法比較費(fèi)時(shí)。 加拿大安大略省采用離析處路面的構(gòu)造深度與非離析處路面構(gòu)造深度的比值來(lái)評(píng)定離析的程度，并已列入其路面規(guī)范OPSS－313(詳見(jiàn)表1)。 表1中采用非離析處路面的構(gòu)造深度TD非離析處作為參照物，采用離析處的構(gòu)造深度之比(TD離析處/TD非離析處)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。但由于集料材質(zhì)、混合料級(jí)配以及施工工藝均影響路面的構(gòu)造深度，即使相同級(jí)配類(lèi)型，不同標(biāo)段間的構(gòu)造深度也會(huì)有所不同，因此很難確定某種級(jí)配的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造深度值（TD非離析處）。因本文建議采用(TD離析處/TD平均)為離析的評(píng)定指標(biāo)，其中TD平均為檢測(cè)路段構(gòu)造深度的平均值。 采用鋪砂法對(duì)高速公路進(jìn)行抽樣調(diào)查，同時(shí)對(duì)調(diào)查路段取芯，分析芯樣密度與構(gòu)造深度的變化關(guān)系，在大量檢測(cè)基礎(chǔ)上確定的離析評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。 4 鉆芯法（取樣法） 通過(guò)鉆芯取樣、分析芯樣的材料組成及芯樣密度，以評(píng)定離析的程度。取芯法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)上面層施工一般不允許過(guò)多取芯，所以?xún)H在發(fā)現(xiàn)路面明顯離析，才采用此法進(jìn)行調(diào)查。由于路面離析處級(jí)配、瀝青用量、芯樣密度都可能發(fā)生變化，因此三指標(biāo)均可作為離析的評(píng)定指標(biāo)，文獻(xiàn)〔2〕提出的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。 表3的標(biāo)準(zhǔn)并非針對(duì)高速公路，與江蘇省高速公路瀝青路面施工控制標(biāo)準(zhǔn)（如級(jí)配變化<±5％，瀝青用量變化<±0.2％，現(xiàn)場(chǎng)空隙率3％～7％）相比，要求偏低。結(jié)合高速公路的技術(shù)要求及施工水平現(xiàn)狀，確定的鉆芯法檢測(cè)高速公路瀝青路面離析的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。 另一種方法是在攤鋪機(jī)后面取樣，通過(guò)分析混合料級(jí)配、瀝青用量變化來(lái)評(píng)定離析的程度。美國(guó)許多州規(guī)定，在施工控制中混合料的檢測(cè)樣品應(yīng)在碾壓之前，應(yīng)從攤鋪機(jī)后面取樣。這樣可使承包商關(guān)注混合料在拌合、運(yùn)輸、攤鋪整個(gè)過(guò)程中的均勻性。連徐高速公路某標(biāo)段采用這種方法進(jìn)行了調(diào)查，分別在兩臺(tái)攤鋪機(jī)的兩翼取樣，做抽提試驗(yàn)，分析級(jí)配、瀝青用量的變化，其結(jié)果見(jiàn)表5。 表5的分析結(jié)果表明該標(biāo)段AC20I的施工，兩臺(tái)攤鋪機(jī)的混合料4.75～16mm差異較大，攤鋪機(jī)2后面出現(xiàn)了的中等程度的級(jí)配離析。 5 核子密度儀法 核子密度儀可以檢測(cè)路面的密度，根據(jù)檢測(cè)路段路面密度的變化范圍，確定該路段離析程度的等級(jí)。核子密度儀是路面無(wú)損檢測(cè)的重要手段，采用核子密度儀檢測(cè)具有快速、簡(jiǎn)便，且對(duì)路面無(wú)損壞的優(yōu)點(diǎn)。但由于路面離析處粗料集中的地方，級(jí)配偏粗、瀝青用量也偏少，該點(diǎn)的密度值未必會(huì)小，因此核子密度測(cè)定儀有可能檢測(cè)不出這種離析。 美國(guó)一些州制定了核子密度儀檢測(cè)離析的方法和標(biāo)準(zhǔn)，不同地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)各異。佐治亞州采用如果密度差異超過(guò)0.163g/cm3，就認(rèn)為路面離析。堪薩斯州采用在路面上測(cè)4條縱向密度線(xiàn)，如果密度差異大于0.08g/cm3或最小值比平均值小0.04g/cm3就認(rèn)為路面離析。愛(ài)荷華州采用如果離析處的密度與非離析處的密度之比值在98％～95.1％，就認(rèn)為是明顯離析，如果低于95％就認(rèn)為是嚴(yán)重離析。 本文在對(duì)施工資料統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，建議采用的評(píng)定指標(biāo)為檢測(cè)路段路面的平均密度m平均與離析處密度mi之差的絕對(duì)值，建議的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)與表4中密度差的標(biāo)準(zhǔn)一致(詳見(jiàn)表6)。 采用核子密度儀對(duì)寧靖鹽高速公路某標(biāo)的上面層Ak13路面進(jìn)行檢測(cè)，繪制檢測(cè)路段的密度分布圖如圖1。圖中路面中央的縱向接縫處有3處路面的密度偏低。調(diào)查表明兩臺(tái)攤鋪機(jī)接縫處的路面壓實(shí)度要比兩側(cè)路面的壓實(shí)度低，依據(jù)表6的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，圖1屬于輕度離析。 6 紅外線(xiàn)攝像法 紅外攝像儀可繪制整個(gè)區(qū)域的熱量分布圖，并可以利用軟件分析熱量分布圖，評(píng)價(jià)溫度離析狀況。紅外攝像儀只能探測(cè)到表面及表層的溫度分布情況，紅外攝像儀對(duì)完工后路面的評(píng)價(jià)精確度不夠高，不同紅外攝像儀經(jīng)過(guò)標(biāo)定后測(cè)定結(jié)果才可用于分析比較。 本文采用紅外攝影儀對(duì)高速公路瀝青路面的溫度離析狀況進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查表明上面層改性瀝青混合料在低氣溫施工存在明顯的溫度離析。其主要原因是目前高速公路施工中混合料的運(yùn)輸一般采用非專(zhuān)業(yè)車(chē)輛，保溫措施不夠，混合料在運(yùn)輸過(guò)程中便產(chǎn)生明顯的溫度離析；并且施工中不使用物料轉(zhuǎn)運(yùn)車(chē)（MTV），混合料在攤鋪之前沒(méi)有二次拌和的過(guò)程。施工中溫度離析的調(diào)查數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有的施工水平較難滿(mǎn)足表7的要求。建議的溫度離析評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表8。 溫度離析主要在卡車(chē)卸完料、攤鋪機(jī)收斗時(shí)出現(xiàn)，上一車(chē)的剩料與下一車(chē)表面的冷料混合在一起攤鋪，由于這部分冷料粘度大，集聚在攤鋪機(jī)螺旋布料器中央，攤鋪后便在攤鋪機(jī)中央形成明顯的溫度離析帶，如圖2所示。 溫度離析的另一種形式為兩幅攤鋪機(jī)銜接不好或碾壓不及時(shí)，先攤鋪的混合料沒(méi)有及時(shí)碾壓而在接縫兩側(cè)形成溫度差異，圖3所示的兩臺(tái)攤鋪機(jī)后面的溫度差異超過(guò)了30℃，屬于嚴(yán)重的溫度離析。 溫度離析在料車(chē)上就已經(jīng)產(chǎn)生，圖4為卡車(chē)剛開(kāi)始卸料時(shí)，料車(chē)上部混合料的溫度狀況，表面的溫度有些已低于90℃，屬于嚴(yán)重離析。 7 結(jié)論 離析的檢測(cè)與評(píng)定在國(guó)際上尚處于研究階段，本文在借鑒國(guó)外研究成果的基礎(chǔ)上，采用視覺(jué)調(diào)查法、鋪砂法、取樣法、核子密度儀法及紅外線(xiàn)攝像法，對(duì)高速公路瀝青路面施工中的離析狀況進(jìn)行了大量的調(diào)查，通過(guò)分析研究，提出了建議標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表9。 鋪砂法、核子密度儀法可與視覺(jué)觀察法相結(jié)合應(yīng)用于路面離析的無(wú)破損檢查與評(píng)定，當(dāng)存在爭(zhēng)議時(shí)可用取芯法做最終的判定。 紅外線(xiàn)攝像法在低氣溫施工時(shí)，可用于溫度離析的檢測(cè)，以督促施工單位改進(jìn)設(shè)備與工藝。 應(yīng)當(dāng)指出，本文提出的瀝青路面離析評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，尚需在工程實(shí)踐中得到進(jìn)一步的驗(yàn)證。 參考文獻(xiàn) [1]ASTECTechnicalPaperT－134,TemperatureSegregation/TemperatureDifferentialDamage. 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