楊 博

(湖南湘建檢測有限公司， 湖南 長沙 410013)

基于體積參數(shù)及水穩(wěn)定性的下雨工況施工瀝青路面檢測方法研究

楊 博

(湖南湘建檢測有限公司， 湖南 長沙 410013)

水較瀝青更易浸潤集料表面，導(dǎo)致瀝青剝落。分別對室內(nèi)2組試件(混合料經(jīng)歷和未經(jīng)歷短期老化)及路面鉆取2組芯樣(正常及冒雨施工瀝青路面)的體積參數(shù)及水穩(wěn)定性進(jìn)行檢測，并采用Tukey單因素方差分析方法對4組試件的厚度及體積參數(shù)進(jìn)行分析。檢測結(jié)果表明：冒雨施工瀝青路面體積參數(shù)能夠滿足我國規(guī)范要求，但水穩(wěn)定性卻大幅降低；浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度(78.8%)和凍融劈裂強(qiáng)度比(79.7%)不能滿足規(guī)范對瀝青混合料水穩(wěn)定性的要求。對于冒雨施工瀝青路面的檢測，需結(jié)合體積參數(shù)和瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行綜合檢測，單憑體積參數(shù)檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求不能保證混合料良好路用性能。

瀝青路面; 檢測方法； 冒雨施工； 體積參數(shù)； 水穩(wěn)定性； Tukey方差分析

0 引言

保證瀝青混合料良好的水穩(wěn)定性是預(yù)防瀝青路面早期水損害病害的關(guān)鍵措施，水穩(wěn)定性不足易產(chǎn)生剝落、松散及坑槽等早期病害[1,2]，使得瀝青路面耐久性及平整度大大減低，甚至可能誘發(fā)其它病害[3]。根據(jù)表面能理論，水較瀝青更易浸潤集料表面，置換吸附于集料表面的瀝青，導(dǎo)致瀝青剝落[4,5]。我國施工技術(shù)規(guī)范規(guī)定瀝青路面施工監(jiān)控過程，瀝青混合料的毛體積相對密度、空隙率等體積參數(shù)是瀝青路面施工監(jiān)控過程的幾個關(guān)鍵檢測指標(biāo)[6,7]，確定雨水對瀝青混合料攤鋪過程的混合料體積參數(shù)及水穩(wěn)定性的影響至關(guān)重要，尤其是在雨季或6～10月份高溫季節(jié)易發(fā)生短時陣雨的季節(jié)意義重大。

基于AC-20下面層瀝青混合料的攤鋪過程，室內(nèi)成型2組試件(混合料經(jīng)歷和未經(jīng)歷短期老化)及路面鉆取2組芯樣(正常及冒雨施工瀝青路面)，采用表干法對4組試件的毛體積相對密度進(jìn)行檢測，計算體積參數(shù)；采用馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)及凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)對4組試件的水穩(wěn)定性進(jìn)行檢測[8]，以確定冒雨施工瀝青路面的路用性能能否滿足我國規(guī)范要求，為類似工程提供參考。

1 原材料及配合比

瀝青和集料的技術(shù)指標(biāo)分別見表1、表2，其中集料的檢測按照礦料合成配比混合后以4.75 mm為關(guān)鍵篩孔分為粗、細(xì)集料進(jìn)行檢測。瀝青和集料的技術(shù)性能均滿足我國現(xiàn)行瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[9]的要求。填料采用石灰?guī)r磨細(xì)的礦粉，無潮濕結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。

表1 瀝青的技術(shù)指標(biāo)類別針入度(25℃,5s,100g)/(0.1mm)軟化點(diǎn)(環(huán)與球)/℃5℃延度/cm密度(15)/(g·cm-3)質(zhì)量變化/%PG等級SBS原樣瀝青5265451.018PG76-22RTFOT后287029-0.23PG82-16

表2 集料的技術(shù)指標(biāo)粗集料細(xì)集料石料壓碎值/%洛杉磯磨耗損失/%吸水率/%與SBS改性瀝青粘附性堅固性/%水洗法0.075mm顆粒含量/%軟石含量/%磨光值/%石料沖擊值/%含泥量/%堅固性/%砂當(dāng)量/%14.122.71.45級2.40.140.246.815.70.71366.9

AC-20瀝青混合料目標(biāo)配合比設(shè)計采用馬歇爾試驗(yàn)，在目標(biāo)配合比的基礎(chǔ)上，采用拌和樓二次篩分集料確定生產(chǎn)配合比礦料比例：19～25 mm∶12～19 mm∶6～12 mm∶4～6 mm∶0～4 mm∶礦粉=11∶30∶22∶9∶25∶3，合成級配見表3，最佳油石比4.6%。瀝青混合料的最大理論密度采用計算法確定，最大理論密度為2.556 g/cm3。

表3 礦料合成級配篩孔尺寸/mm通過率/%級配范圍/%篩孔尺寸/mm通過率/%級配范圍/%26.5100.0100～1002.3625.916～441995.990～1001.1820.312～331688.178～920.615.18～2413.276.162～800.310.35～179.558.250～720.158.44～134.7537.226～590.0755.23～7

2 試驗(yàn)方案

2.1 試件成型

試件共4組，1組和2組為經(jīng)拌合樓二次篩分集料，室內(nèi)成型；3組和4組試件為同一天施工路段，松鋪系數(shù)1.720，設(shè)計厚度7 cm，于路面施工后第2天鉆取芯樣。

其中，1組試件為室內(nèi)小型拌和機(jī)拌和后(干拌45 s，濕拌60 s)直接成型，共成型16個試件。2組試件成型前，先對室內(nèi)拌和均勻的混合料進(jìn)行短期老化，以模擬瀝青混合料在拌合樓拌和、運(yùn)輸及施工現(xiàn)場階段的老化過程，從而保證室內(nèi)試件與路面芯樣的一致性，共成型16個試件。短期老化過程將拌和均勻的瀝青混合料置于搪瓷盤中(攤鋪厚度20 kg/m2)，然后置于135 ℃烘箱，恒溫4 h(強(qiáng)制通風(fēng))，恒溫過程每小時對混合料均勻拌和1次。3組試件為正常施工路段(未下雨)，在行車道、超車道和緊急停車道每100 m鉆取3個芯樣(1個/車道)，此階段攤鋪機(jī)攤鋪速度為2.5 m/min，隨機(jī)選取16個芯樣。4組試件為3組芯樣同一天施工路段，碾壓階段突然遭遇陣雨天氣(約中雨大小，持續(xù)時間45 min左右)，此攤鋪階段攤鋪機(jī)攤鋪速度6 m/min，施工段長度約60 m，每15 m鉆取3個芯樣(1個/車道)，共12個芯樣。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)選取

按照公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程[10]的要求，采用表干法測定各芯樣的毛體積相對密度，計算空隙率。隨后進(jìn)行馬歇爾穩(wěn)定度、浸水馬歇爾穩(wěn)定度和凍融劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)試件個數(shù)及其他試驗(yàn)參數(shù)見表4，由于4組試件數(shù)量所限，4組各試驗(yàn)試件個數(shù)較其他3組少。

表4 試驗(yàn)參數(shù)選取試驗(yàn)試件個數(shù)1～3組4組非條件馬歇爾試驗(yàn)43條件馬歇爾試驗(yàn)43非條件劈裂試驗(yàn)43條件劈裂試驗(yàn)43

3 試件厚度、體積參數(shù)檢測結(jié)果及分析

試件的厚度、毛體積相對密度及空隙率檢測結(jié)果見表5和表6。

由表5和表6知，1組、2組為室內(nèi)成型試件，幾何尺寸和體積參數(shù)較均一；3組、4組試件為路面鉆取芯樣，檢測結(jié)果波動較1組、2組大。對表5和表6數(shù)據(jù)采用單因素方差分析Tukey(HSD)方法[11]，檢驗(yàn)水平α= 0.05，并將4組試件的Tukey同類子集分組結(jié)果列于表7。表8為各組試件厚度及體積參數(shù)檢測結(jié)果均值及標(biāo)準(zhǔn)差。

由表7、表8知，1組、2組為室內(nèi)成型試件，厚度處于馬歇爾試件標(biāo)準(zhǔn)高度(63.5±1.3)mm范圍，標(biāo)準(zhǔn)差小，Tukey分組表明1組和2組厚度不存在統(tǒng)計學(xué)差異，試件成型良好。2組試件混合料同1組試件完全一致，而空隙率卻提高了0.3%，Tukey分組表明1組和2組毛體積相對密度及空隙率分別處于A組、B組，二者存在統(tǒng)計學(xué)差異，原因是2組試件進(jìn)行4 h的短期老化過程，集料對瀝青有一定的吸收作用，使得用于填隙的瀝青膠漿體積減少，空隙率增大。且老化作用使得瀝青趨于硬化，粘度提高，施工性能(可壓實(shí)性)變差，這也是規(guī)范規(guī)定現(xiàn)場取樣混合料需保溫至實(shí)驗(yàn)室及時試驗(yàn)的原因。

表5 1組和2組試件密度、厚度檢測結(jié)果組別試件編號厚度/mm毛體積相對密度空隙率/%1組1-163.92.4504.21-263.52.4474.31-363.62.4504.21-463.22.4444.41-563.42.4394.61-663.82.4474.31-763.22.4444.41-863.42.4424.51-963.52.4424.51-1063.82.4444.41-1164.12.4474.31-1263.02.4504.21-1363.62.4424.51-1462.92.454.21-1564.22.4474.31-1663.82.4504.21-1763.42.4524.11-1863.72.4474.31-1963.82.4504.21-2063.12.4444.42組2-164.12.4444.42-263.42.4374.72-363.82.4444.42-464.02.4504.22-563.72.4444.42-663.42.4424.52-763.42.4424.52-863.42.4374.72-963.62.4374.72-1064.02.4394.62-1164.32.4424.52-1263.52.4344.82-1363.72.4374.72-1463.92.4394.62-1564.02.4324.92-1664.12.4424.52-1764.22.4444.42-1864.32.4374.72-1964.22.4444.42-2064.02.4344.8

表6 3組和4組試件密度、厚度檢測結(jié)果組別試件編號厚度/mm毛體積相對密度空隙率/%3組3-171.42.4484.23-272.42.4464.33-370.42.4484.23-476.52.4514.13-574.42.4464.33-674.52.4484.23-778.52.4434.43-874.72.4434.53-975.52.4414.63-1074.52.4414.63-1172.42.4434.53-1273.42.4464.43-1374.52.4484.33-1473.42.4414.63-1577.52.4484.33-1673.62.4464.43-1778.52.4484.23-1876.52.4414.63-1974.62.4484.23-2068.32.4464.34組4-170.32.4484.24-267.32.4514.14-366.32.4474.34-470.42.4444.44-569.42.4394.64-665.32.4424.54-763.32.4474.34-868.32.4394.64-969.42.4424.54-1067.32.4374.74-1166.32.4394.64-1275.42.4295.0

表7 試件厚度及體積參數(shù)TukeyHSD方差分析分組試件分組試件個數(shù)厚度/mm毛體積相對密度空隙率/%120AAA220ABB320BACAC412CBCBC

表8 試件厚度及體積參數(shù)檢測結(jié)果試件編號厚度/mm毛體積相對密度空隙率/%均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差均值標(biāo)準(zhǔn)差VMA均值/%VFA均值/%1組63.40.3522.4450.0044.20.13313.568.12組63.90.2932.4390.0044.50.17813.666.53組74.22.5742.4450.0034.30.16013.767.84組68.43.0922.4410.0064.60.24413.667.2

3組、4組試件厚度代表值分別為73.3、66.7 mm，均滿足設(shè)計厚度的要求(70 mm-5 mm=65 mm)，4組試件厚度之所以小，Tukey分組同樣表明3組和4組厚度統(tǒng)計學(xué)差異，原因可能是攤鋪機(jī)攤鋪速度過快(6 m/min)，導(dǎo)致混合料初始壓實(shí)度較低，經(jīng)壓路機(jī)充分壓實(shí)后厚度小于3組(2.5 m/min)試件；3組、4組試件的標(biāo)準(zhǔn)差較室內(nèi)成型試件(1組、2組)大，說明室內(nèi)試件成型過程更穩(wěn)定，也符合工程常識；且4組試件厚度的標(biāo)準(zhǔn)差較3組試件大，表明攤鋪速度對控制瀝青層厚度的均一性較為重要，速度快容易導(dǎo)致瀝青層厚的較大波動，使得瀝青路面的承載能力不均勻，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中和承載能力薄弱區(qū)。且攤鋪速度過快，必然要求布料器加快輸送速度，易引起混合料的離析，建議施工過程攤鋪機(jī)攤鋪速度控制在2～3 m/min范圍。

表8知，3組和4組試件的厚度及體積參數(shù)均滿足我國現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范要求，且表7 Tukey分組表明3組和4組試件毛體積相對密度不存在統(tǒng)計學(xué)差異。4組試件對應(yīng)路段在攤鋪過程遭遇陣雨天氣，那么是否表明4組試件能夠滿足工程質(zhì)量要求呢？如果滿足要求，那么是否意味著瀝青混合料的攤鋪碾壓過程可以冒雨施工呢？為確定以上兩個疑問，特進(jìn)行劈裂回彈模量試驗(yàn)，對各組瀝青混合料的力學(xué)性能及粘彈性能進(jìn)行對比分析。

4 水穩(wěn)定性檢測

4.1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)

1組和2組試件依據(jù)公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程T0709的方法，3組和4組試件由于高度為非標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件高度，故采用T0709的方法，對高度進(jìn)行修正。各組試件馬歇爾穩(wěn)定度檢測結(jié)果見表9。根據(jù)表9繪制馬歇爾穩(wěn)定度及殘留穩(wěn)定度比的折線圖，見圖1。

表9 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)結(jié)果試件編號非條件馬歇爾穩(wěn)定度/kN浸水馬歇爾穩(wěn)定度/kN殘留穩(wěn)定度比/%1組13.5612.6793.42組14.7113.3190.53組15.0313.4189.24組10.378.1778.8

圖1 馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)檢測結(jié)果

由表9及圖1知，馬歇爾穩(wěn)定度由大到小依次為3組>2組>1組>4組，3組試件最大的原因是其經(jīng)過了拌和樓熱態(tài)拌和階段，熱氧老化程度高；2組試件采用室內(nèi)加速老化模擬拌和樓熱態(tài)拌和階段的老化過程，馬歇爾穩(wěn)定度較大，接近于3組試件卻比3組小，表明室內(nèi)加速老化試驗(yàn)對瀝青混合料的老化程度較拌和樓熱態(tài)拌和階段稍弱。而4組試件同樣為拌和樓所生產(chǎn)，但馬歇爾穩(wěn)定度卻大幅降低，表明4組試件在高溫時的內(nèi)聚力降低，一定程度上反映高溫性能較差。

1組～3組試件殘留穩(wěn)定度比大于85%，滿足我國現(xiàn)行施工技術(shù)規(guī)范要求，4組不滿足殘留穩(wěn)定度比大于85%的要求；殘留穩(wěn)定度比由大到小依次為1組>2組>3組>4組，表明1組試件水穩(wěn)定性最好，4組試件水穩(wěn)定性最差。原因是強(qiáng)極性的水分子更易吸附于集料表面，攤鋪過程雨水的浸入，使得水分置換了瀝青與集料的接觸面，導(dǎo)致瀝青由集料表面剝落，瀝青在集料表面的附著力大大降低，水穩(wěn)定性下降(小于85%)。

4.2 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)

各組試件劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)檢測結(jié)果見表10。根據(jù)表10繪制劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果折線圖，見圖2。

表10 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果試件編號非條件劈裂強(qiáng)度/MPa條件劈裂強(qiáng)度/MPa凍融劈裂強(qiáng)度比/%1組1.090.9687.72組1.040.8884.93組1.000.8584.54組0.940.7579.7

圖2 劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果折線圖

由表10和圖2知，劈裂強(qiáng)度由大到小依次為1組>2組>3組>4組，凍融劈裂強(qiáng)度比由大到小依次為1組>2組>3組>4組，進(jìn)一步表明了4組試件的水穩(wěn)定性大幅度降低，不滿足我國施工技術(shù)規(guī)范要求(79.7%<80%)。3組試件和4組試件經(jīng)歷了同樣的生產(chǎn)拌和過程，施工壓實(shí)工藝也一致，唯一不同的則是4組試件對應(yīng)路段攤鋪階段遭遇下雨天氣，冒雨攤鋪碾壓。馬歇爾穩(wěn)定度試驗(yàn)和凍融劈裂試驗(yàn)表明，3組試件水穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，而4組試件水穩(wěn)定性不能滿夠規(guī)范要求。

綜上所述，4組試件(冒雨施工瀝青路面)體積參數(shù)能夠滿足我國規(guī)范要求，但水穩(wěn)定性卻大幅降低，不能滿足路用性能要求。因此，對于冒雨施工瀝青路面雖然能夠采用大噸位壓路機(jī)強(qiáng)行使得路面壓實(shí)度及空隙率滿足規(guī)范要求，但卻不能保證水穩(wěn)定性滿足要求，故對于冒雨施工瀝青路面的檢測，需結(jié)合體積參數(shù)和瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行綜合檢測，單憑體積參數(shù)檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求是不能保證混合料的路用性能的。且在雨季或夏季季節(jié)，瀝青路面施工過程應(yīng)密切關(guān)注天氣情況，遭遇下雨天氣，及時停止施工。

5 結(jié)論

1) 雖然冒雨施工瀝青路面體積參數(shù)能夠滿足我國規(guī)范要求，但水穩(wěn)定性卻大幅降低，浸水馬歇爾殘留穩(wěn)定度(78.8%)和凍融劈裂強(qiáng)度比(79.7%)不能滿足路用性能要求。

2) 對于冒雨施工瀝青路面的檢測，需結(jié)合體積參數(shù)和瀝青混合料的水穩(wěn)定性進(jìn)行綜合檢測，單憑體積參數(shù)檢測結(jié)果滿足規(guī)范要求是不能保證混合料良好的路用性能。

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2016-08-01

楊博( 1980-) ，男，工程師，主要從事公路與橋梁工作。

1008-844X(2017)01-0037-05

U 416.217

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