高速公路瀝青路面離析的檢測與評定 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法、鋪砂法、核子密度儀法、取樣法以及紅外線攝像法等手段進行瀝青路面離析的檢測，在對江蘇省高速公路瀝青路面施工過程進行大量調(diào)查的基礎(chǔ)上，提出了高速公路瀝青路面離析的指標(biāo)和評定的建議標(biāo)準，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 評定 1 前言 混合料離析問題幾十年來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型：級配離析和溫度離析。級配離析出現(xiàn)時，瀝青路面上一些區(qū)域粗料集中，另一些區(qū)域細料集中，使得混合料變得不均勻，級配及瀝青用量與設(shè)計不一致，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)域細料集中、孔隙率小，可能會出現(xiàn)泛油、車轍；另一些區(qū)域粗料集中、孔隙率太大，可能會導(dǎo)致路面水損壞。溫度離析是指瀝青混合料在儲存、運輸及攤鋪中受天氣、施工機械影響，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，會導(dǎo)致路面壓實度不均勻，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配離析一樣嚴重，都會導(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，嚴重離析的路面使用壽命可能會減少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)。 鑒于混合料離析對路面性能的影響較大，一些國家對瀝青路面離析的研究非常重視，已經(jīng)開展了防止離析的相關(guān)研究。1997年，美國瀝青路面協(xié)會（NAPA）對瀝青路面離析的原因進行了分析，并提出了一些減少路面離析措施。2000年，美國國家交通研究委員會（TRB）設(shè)立了研究項目“熱拌瀝青混合料路面的離析”（NCHRP441），重點探索瀝青路面離析的檢測方法。美國的佐治亞、華盛頓、康奈狄格、堪薩斯等州也進行了一些研究，一些州還將離析指標(biāo)作為路面驗收以及工程付款的依據(jù)之一。加拿大安大略省對瀝青路面的離析也進行了一些研究，并于1999年將構(gòu)造深度比作為離析的評定指標(biāo)，并同路面的付款系數(shù)掛鉤。 研究離析問題目的在于解決以下問題：如何檢測瀝青路面的離析？怎樣確定離析程度的劃分標(biāo)準？離析對路用性能的影響？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方法及評定標(biāo)準是研究的難點。本文在借鑒國外研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，采用目前現(xiàn)有的檢測手段，對江蘇省在建高速公路路面離析狀況進行了大量調(diào)查，通過研究分析，提出了瀝青路面離析檢測方法及相應(yīng)的離析評定標(biāo)準。 2 視覺觀察法 視覺觀察法即根據(jù)路面的表觀狀況和調(diào)查者的經(jīng)驗進行離析檢測的方法。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，對于小粒徑和細級配的瀝青混合料并不適用。視覺觀察法沒有明確的離析程度評定標(biāo)準，且不同的調(diào)查者之間有時會產(chǎn)生分歧。 采用視覺觀察法對江蘇省在建的高速公路進行了調(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。典型的離析類型有： (1)卡車末端離析是最常見的離析形式，主要是由于攤鋪機收斗引起的，在路面上形成規(guī)則的、間隔一致的翼狀離析。離析處攤鋪機中央?yún)^(qū)域細料多，比較密實；攤鋪機兩側(cè)粗料集中，細集料、瀝青含量少，空隙率較大，表面紋理很深。特別是采用一臺攤鋪機施工的中、下面層，卡車末端離析現(xiàn)象比較普遍。如上面層粒徑小（AK13、SMA13）、且采用兩臺攤鋪機施工，則卡車末段離析現(xiàn)象不明顯。 (2)帶狀離析也是比較常見的一種形式，通常出現(xiàn)于攤鋪機的中央，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)備或攤鋪機操作的問題，比如熨平板安裝不當(dāng)、螺旋布料器轉(zhuǎn)速不夠、攤鋪機卡料等。這些現(xiàn)象可以通過設(shè)備的更新與維護、操作手的培訓(xùn)來消除。 (3)接縫離析在中上面層施工較為常見，由于采用兩臺攤鋪機施工，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多或過少，都會在接縫處產(chǎn)生離析現(xiàn)象，多了會形成橋的效應(yīng)，影響接縫兩側(cè)的壓實，少了接縫處壓實不足。如果兩臺攤鋪機的攤鋪厚度不一致，則接縫處厚度小的一側(cè)不容易壓實。兩臺攤鋪機后面的碾壓溫度差異過大也會造成接縫離析。此外接縫離析往往會同卡車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道，輪載作用的次數(shù)多，因此應(yīng)高速重視。 (4)隨機性離析在施工也時有發(fā)生。因設(shè)備故障、攤鋪機停機、拌合樓生產(chǎn)的混合料波動過大、碾壓不及時等都可能造成隨機性離析。低氣溫施工隨意停機或保溫措施不夠往往會形成這種離析形態(tài)。 3 鋪砂法 路面離析區(qū)域與非離析區(qū)域瀝青路面表面紋理深度會有明顯的變化，可以通過鋪砂法測路面構(gòu)造深度，評定路面離析的程度。但這種方法比較費時。 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)造深度的比值來評定離析的程度，并已列入其路面規(guī)范OPSS－313(詳見表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)作為評價指標(biāo)。但由于集料材質(zhì)、混合料級配以及施工工藝均影響路面的構(gòu)造深度，即使相同級配類型，不同標(biāo)段間的構(gòu)造深度也會有所不同，因此很難確定某種級配的標(biāo)準構(gòu)造深度值（TD非離析處）。因本文建議采用(TD離析處/TD平均)為離析的評定指標(biāo)，其中TD平均為檢測路段構(gòu)造深度的平均值。 采用鋪砂法對高速公路進行抽樣調(diào)查，同時對調(diào)查路段取芯，分析芯樣密度與構(gòu)造深度的變化關(guān)系，在大量檢測基礎(chǔ)上確定的離析評定標(biāo)準見表2。 4 鉆芯法（取樣法） 通過鉆芯取樣、分析芯樣的材料組成及芯樣密度，以評定離析的程度。取芯法費時費力，同時上面層施工一般不允許過多取芯，所以僅在發(fā)現(xiàn)路面明顯離析，才采用此法進行調(diào)查。由于路面離析處級配、瀝青用量、芯樣密度都可能發(fā)生變化，因此三指標(biāo)均可作為離析的評定指標(biāo)，文獻〔2〕提出的標(biāo)準見表3。 表3的標(biāo)準并非針對高速公路，與江蘇省高速公路瀝青路面施工控制標(biāo)準（如級配變化<±5％，瀝青用量變化<±0.2％，現(xiàn)場空隙率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，確定的鉆芯法檢測高速公路瀝青路面離析的標(biāo)準見表4。 另一種方法是在攤鋪機后面取樣，通過分析混合料級配、瀝青用量變化來評定離析的程度。美國許多州規(guī)定，在施工控制中混合料的檢測樣品應(yīng)在碾壓之前，應(yīng)從攤鋪機后面取樣。這樣可使承包商關(guān)注混合料在拌合、運輸、攤鋪整個過程中的均勻性。連徐高速公路某標(biāo)段采用這種方法進行了調(diào)查，分別在兩臺攤鋪機的兩翼取樣，做抽提試驗，分析級配、瀝青用量的變化，其結(jié)果見表5。 表5的分析結(jié)果表明該標(biāo)段AC20I的施工，兩臺攤鋪機的混合料4.75～16mm差異較大，攤鋪機2后面出現(xiàn)了的中等程度的級配離析。 5 核子密度儀法 核子密度儀可以檢測路面的密度，根據(jù)檢測路段路面密度的變化范圍，確定該路段離析程度的等級。核子密度儀是路面無損檢測的重要手段，采用核子密度儀檢測具有快速、簡便，且對路面無損壞的優(yōu)點。但由于路面離析處粗料集中的地方，級配偏粗、瀝青用量也偏少，該點的密度值未必會小，因此核子密度測定儀有可能檢測不出這種離析。 美國一些州制定了核子密度儀檢測離析的方法和標(biāo)準，不同地區(qū)標(biāo)準各異。佐治亞州采用如果密度差異超過0.163g/cm3，就認為路面離析。堪薩斯州采用在路面上測4條縱向密度線，如果密度差異大于0.08g/cm3或最小值比平均值小0.04g/cm3就認為路面離析。愛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％，就認為是明顯離析，如果低于95％就認為是嚴重離析。 本文在對施工資料統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，建議采用的評定指標(biāo)為檢測路段路面的平均密度m平均與離析處密度mi之差的絕對值，建議的評定標(biāo)準與表4中密度差的標(biāo)準一致(詳見表6)。 采用核子密度儀對寧靖鹽高速公路某標(biāo)的上面層Ak13路面進行檢測，繪制檢測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)查表明兩臺攤鋪機接縫處的路面壓實度要比兩側(cè)路面的壓實度低，依據(jù)表6的評定標(biāo)準，圖1屬于輕度離析。 6 紅外線攝像法 紅外攝像儀可繪制整個區(qū)域的熱量分布圖，并可以利用軟件分析熱量分布圖，評價溫度離析狀況。紅外攝像儀只能探測到表面及表層的溫度分布情況，紅外攝像儀對完工后路面的評價精確度不夠高，不同紅外攝像儀經(jīng)過標(biāo)定后測定結(jié)果才可用于分析比較。 本文采用紅外攝影儀對高速公路瀝青路面的溫度離析狀況進行了調(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輸一般采用非專業(yè)車輛，保溫措施不夠，混合料在運輸過程中便產(chǎn)生明顯的溫度離析；并且施工中不使用物料轉(zhuǎn)運車（MTV），混合料在攤鋪之前沒有二次拌和的過程。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足表7的要求。建議的溫度離析評定標(biāo)準見表8。 溫度離析主要在卡車卸完料、攤鋪機收斗時出現(xiàn)，上一車的剩料與下一車表面的冷料混合在一起攤鋪，由于這部分冷料粘度大，集聚在攤鋪機螺旋布料器中央，攤鋪后便在攤鋪機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銜接不好或碾壓不及時，先攤鋪的混合料沒有及時碾壓而在接縫兩側(cè)形成溫度差異，圖3所示的兩臺攤鋪機后面的溫度差異超過了30℃，屬于嚴重的溫度離析。 溫度離析在料車上就已經(jīng)產(chǎn)生，圖4為卡車剛開始卸料時，料車上部混合料的溫度狀況，表面的溫度有些已低于90℃，屬于嚴重離析。 7 結(jié)論 離析的檢測與評定在國際上尚處于研究階段，本文在借鑒國外研究成果的基礎(chǔ)上，采用視覺調(diào)查法、鋪砂法、取樣法、核子密度儀法及紅外線攝像法，對高速公路瀝青路面施工中的離析狀況進行了大量的調(diào)查，通過分析研究，提出了建議標(biāo)準，見表9。 鋪砂法、核子密度儀法可與視覺觀察法相結(jié)合應(yīng)用于路面離析的無破損檢查與評定，當(dāng)存在爭議時可用取芯法做最終的判定。 紅外線攝像法在低氣溫施工時，可用于溫度離析的檢測，以督促施工單位改進設(shè)備與工藝。 應(yīng)當(dāng)指出，本文提出的瀝青路面離析評定標(biāo)準，尚需在工程實踐中得到進一步的驗證。 參考文獻 [1]ASTECTechnicalPaperT－134,TemperatureSegregation/TemperatureDifferentialDamage. 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