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                                  基于構造深度的瀝青路面離析評價分析
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                                  基于構造深度的瀝青路面離析評價分析
                                  2022年12月07日    閱讀量:106985    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

                                  摘 要

                                  為了分析構造深度在瀝青路面離析評價中的適用性,首先采用鋪砂法檢測構造深度,同時結合PQI技術檢測壓實度并反算空隙率,通過研究構造深度與空隙率之間關系,建立采用構造深度評價瀝青路面離析的方法。研究結果表明:標定后PQI測定壓實度與表干法實測壓實度擬合相關系數R^2大于0.92,說明PQI具有較好的檢測準確性。AC-25瀝青路面空隙率與構造深度擬合相關系數達到0.812,說明二者間存在較好的相關關系瀝青網sinoasphalt.com。根據擬合方程反算,當空隙率控制在3%~6%時,構造深度應控制在0.46~1.44mm。下面層構造深度與空隙率相關系數為0.487、上面層為0.633,說明AC-20中面層與SMA-13上面層采用構造深度法進行離析評價并不具備較好的適用性。


                                  關鍵詞 道路工程 | 瀝青路面 | 離析 | 構造深度 | PQI


                                  瀝青路面離析是指瀝青混合料在運輸、攤鋪與碾壓等過程中,由于級配、瀝青含量或溫度等不均勻分布導致的施工質量缺陷。瀝青混合料離析分為級配離析、溫度離析等。離析將導致瀝青路面施工完成后空隙率(或壓實度)、瀝青含量等分布不均,容易引起水損害、車轍、泛油等病害,從而導致瀝青路面耐久性衰減的病害發生[1-5]。瀝青混合料的級配離析是指運輸、攤鋪過程中,粗細集料發生不均勻聚集,一般表現為表層粗集料聚集,或由于攤鋪機攪籠前端未設置合適的擋板導致粗集料滾落引起底部粗集料聚集;而溫度離析是指瀝青混合料在加熱拌和、運輸或碾壓延長時間不一致導致的壓實時溫度差異。目前,對于離析評價常用的方式有現場觀察法、鉆芯取樣壓實度檢測及芯樣外觀分析法。其中現場觀察法受主觀影響因素較大,且非量化的評價方式難以具備較高的可信度;鉆芯取樣進行壓實度檢測及外觀評價分析可以較準確地對離析進行判斷,但該法為有損檢測,且評價方式繁瑣。另外,有部分項目采用地質雷達、紅外熱成像技術進行壓實度、溫度分布檢測以判斷離析部位。但上述技術對設備及技術人員要求高,且設備昂貴,較難進行全面推廣[6-8]。因此,有必要制定一套判斷精準、可操作性強的離析評價技術。


                                  分析表明,離析部位一般會導致壓實度減小,而大部分離析一般會導致表層瀝青混合料出現非均質化差異,進而引起壓實后表層紋理變化?;诖?,本文擬采用路面表層紋理指標表征構造深度,以及無核密度儀(PQI)路面壓實度快速檢測技術,并建立二者相關關系,以壓實度控制要求反算構造深度控制指標,從而進行瀝青路面離析評價。


                                  試驗方案設計


                                  依托工程概況


                                  依托工程為某新建高速公路項目,路面結構層分別為AC-25下面層、AC-20中面層、SMA-13上面層,設計厚度分別為8cm、6cm、4cm。中下面層均采用石灰巖集料,上面層細集料采用石灰巖機制砂、粗集料采用玄武巖集料。下面層采用70號基質瀝青,中上面層采用SBS改性瀝青的雙改性設計。根據規范要求中下面層壓實度應≥92%(以最大理論密度計算,下同)、上面層壓實度≥94%,則對應空隙率要求為中下面層空隙率≤8%、上面層空隙率≤6%。研究顯示,新建瀝青路面空隙率宜保持在4%左右。為進行離析分析,設定當各面層空隙率在3%~6%時判定為不離析。通過室內配合比設計,各層采用如表1所示的設計級配。

                                  基于構造深度的瀝青路面離析評價分析 瀝青網,sinoasphalt.com

                                  構造深度評價依據


                                  工程實踐表明,瀝青路面發生離析,最直觀表象為離析部位表層紋理發生改變。構造深度作為瀝青路面表面紋理的宏觀表象,已有相關研究利用其進行混合料離析評價[1]。如NCAT(美國國家瀝青技術中心)采用評價部位構造深度與非離析部位構造深度比值進行混合料離析評價,且制定了對應的離析評價標準,如表2所示。

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                                  國內也有將構造深度運用于混合料離析評價的相關研究,如江蘇省交通科學研究院有限公司通過對江蘇省高速公路構造深度進行統計分析,建立了以測點構造深度與全路段所有構造深度均值之比為評價指標的瀝青混合料離析評價方法,具體評價標準如表3所示。

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                                  上述評價標準中,雖然采用了定量化的評價方式,但比較指標較難確定。如NCAT確定以非離析部位構造深度為基準進行比較,但該基準值如何確定并無明確規定。相較而言,江蘇省交通科學研究院有限公司推薦評價標準具有較好的操作性,但針對不同結構層、不同級配類型是否具有較好的適用性仍有待驗證。且上述兩種方法均認為離析發生時構造深度增大,實際施工中若細集料聚集也將引起離析,因此上述方法均存在一定局限性。

                                  針對離析可導致混合料空隙率、構造深度變化這一現狀,擬分別采用鋪砂法、PQI技術兩種簡便、無損的測試方法對瀝青路面構造深度、空隙率(由壓實度反算)進行檢測,并建立二者相關關系,以壓實度控制要求反算構造深度控制指標,從而進行瀝青路面離析評價。


                                  PQI壓實度檢測


                                  作為瀝青路面壓實度無損檢測設備,相較之前的核子密度儀,無核密度儀(PQI)具有對操作人員無輻射的優點。相較于傳統的后評價反饋體系,PQI可用于施工過程的實時評價與反饋。目前PQI被廣泛運用于高等級公路建設中的壓實質量及離析判定[9-11]。


                                  進行全路段運用前,分結構層選取試驗段,建立PQI測定壓實度與實測壓實度對應關系,并據此對PQI進行標定。標定及后續檢測時每個位置測定5次,測點分布如圖1所示。對本項目3層瀝青路面結構層PQI測定壓實度與表干法實測壓實度進行相關性分析,結果顯示各相關系數R^2均大于0.92,表明標定后PQI具有較好的檢測準確性,可用于后續壓實度(空隙率)檢測分析試驗。

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                                  試驗結果與分析


                                  首先采用上述試驗方案對構造深度較大、較易發生離析的AC-25粗粒式瀝青混合料路面進行檢測:試驗段長150m,隨機選取測點30個。其中,空隙率根據最大理論密度反算。最大理論密度采用實測法獲得,測值為2.588g/m3。構造深度及壓實度測試結果如表4所示。

                                  將表4中構造深度與空隙率進行線性回歸分析,回歸擬合曲線及方程如圖2所示。

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                                  由以上檢測結果可知:空隙率與構造深度擬合相關系數R^2為0.812,表明二者存在較好的相關關系。根據擬合方程反算,當空隙率控制在3%~6%時,構造深度應控制在0.46~1.44mm。


                                  由于構造深度僅表示瀝青路面表層紋理狀態,而空隙率表征的是該路面結構層整體的密實狀況,因此較多研究者認為采用構造深度法并不能對路面底部離析以及嚴重溫度離析導致的結構層內部離析進行準確反映。為此,對試驗段空隙率較大(即壓實度較小)位置進行鉆芯取樣觀測,發現5個芯樣均存在一定程度不密實現象。因此可判斷瀝青混合料發生離析時,結構層內部的不密實狀態也會導致表層構造深度的改變。


                                  采用上述相同試驗方法對中、上面層進行構造深度、PQI檢測,并對構造深度與空隙率進行相關性分析,結果如表5、表6及圖3、圖4所示。

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                                  由上述數據分析可知:


                                  (1)比較各層路面構造深度均值,大小順序為上面層>下面層>中面層。這是由于上面層采用斷級配的SMA形式,有效提升了路面表層的構造紋理深度,具有較好的抗滑性能。而下面層由于公稱最大粒徑較中面層大,因此具有相對較大的構造深度。


                                  (2)比較各層構造深度與空隙率相關系數,發現中面層相關關系僅為0.487,上面層相對較大、也僅為0.633。分析原因主要是由于隨著AC類混合料公稱最大粒徑減小,面層構造深度減小,導致由離析引起的構造深度變化逐漸不敏感,即空隙率變化在構造深度上體現得逐漸不明顯。而SMA類混合料為斷級配,構造深度較大,但由于最大公稱粒徑較小,即使發生離析導致空隙率變化,也不會對構造深度產生較大影響。因此,AC-20中面層與SMA-13上面層采用構造深度法進行離析評價并不具備較好的適用性。


                                  結語


                                  采用鋪砂法檢測瀝青路面構造深度,采用PQI技術檢測壓實度并反算空隙率,通過分析構造深度與空隙率之間關系,建立采用構造深度評價瀝青路面離析的方法,得到如下結論:


                                  (1)通過對PQI標定,對本項目各瀝青結構層PQI測定壓實度與表干法實測壓實度進行相關性分析,相關系數R^2均大于0.92,表明標定后PQI具有較好的檢測準確性,可用于后續壓實度(空隙率)檢測分析試驗。


                                  (2)AC-25瀝青路面空隙率與構造深度擬合相關系數達到0.812,表明二者存在較好的相關關系。根據擬合方程反算,當空隙率控制在3%~6%時,構造深度應控制在0.46~1.44mm。


                                  (3)比較各層構造深度與空隙率相關系數,中面層僅為0.487,上面層僅為0.633。這是由于隨著AC類混合料公稱最大粒徑減小,面層構造深度減小,導致由離析引起的構造深度變化逐漸不敏感。而SMA類混合料雖然構造深度較大,但由于最大公稱粒徑較小,即使發生離析也不會對構造深度產生較大影響。因此,AC-20中面層與SMA-13上面層采用構造深度法進行離析評價并不具備較好的適用性。

                                  基于構造深度的瀝青路面離析評價分析 瀝青網,sinoasphalt.com

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                                  標簽:道路建設,施工案例,技術中心,瀝青混凝土
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