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基于构造深度的沥青路面离析评价分析
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基于构造深度的沥青路面离析评价分析
2022年12月07日    阅读量:124247    新闻来源:沥青网 sinoasphalt.com  |  投稿

摘 要

为了分析构造深度在沥青路面离析评价中的适用性,首先采用铺砂法检测构造深度,同时结合PQI技术检测压实度并反算空隙率,通过研究构造深度与空隙率之间关系,建立采用构造深度评价沥青路面离析的方法。研究结果表明:标定后PQI测定压实度与表干法实测压实度拟合相关系数R^2大于0.92,说明PQI具有较好的检测准确性。AC-25沥青路面空隙率与构造深度拟合相关系数达到0.812,说明二者间存在较好的相关关系沥青网sinoasphalt.com。根据拟合方程反算,当空隙率控制在3%~6%时,构造深度应控制在0.46~1.44mm。下面层构造深度与空隙率相关系数为0.487、上面层为0.633,说明AC-20中面层与SMA-13上面层采用构造深度法进行离析评价并不具备较好的适用性。


关键词 道路工程 | 沥青路面 | 离析 | 构造深度 | PQI


沥青路面离析是指沥青混合料在运输、摊铺与碾压等过程中,由于级配、沥青含量或温度等不均匀分布导致的施工质量缺陷。沥青混合料离析分为级配离析、温度离析等。离析将导致沥青路面施工完成后空隙率(或压实度)、沥青含量等分布不均,容易引起水损害、车辙、泛油等病害,从而导致沥青路面耐久性衰减的病害发生[1-5]。沥青混合料的级配离析是指运输、摊铺过程中,粗细集料发生不均匀聚集,一般表现为表层粗集料聚集,或由于摊铺机搅笼前端未设置合适的挡板导致粗集料滚落引起底部粗集料聚集;而温度离析是指沥青混合料在加热拌和、运输或碾压延长时间不一致导致的压实时温度差异。目前,对于离析评价常用的方式有现场观察法、钻芯取样压实度检测及芯样外观分析法。其中现场观察法受主观影响因素较大,且非量化的评价方式难以具备较高的可信度;钻芯取样进行压实度检测及外观评价分析可以较准确地对离析进行判断,但该法为有损检测,且评价方式繁琐。另外,有部分项目采用地质雷达、红外热成像技术进行压实度、温度分布检测以判断离析部位。但上述技术对设备及技术人员要求高,且设备昂贵,较难进行全面推广[6-8]。因此,有必要制定一套判断精准、可操作性强的离析评价技术。


分析表明,离析部位一般会导致压实度减小,而大部分离析一般会导致表层沥青混合料出现非均质化差异,进而引起压实后表层纹理变化。基于此,本文拟采用路面表层纹理指标表征构造深度,以及无核密度仪(PQI)路面压实度快速检测技术,并建立二者相关关系,以压实度控制要求反算构造深度控制指标,从而进行沥青路面离析评价。


试验方案设计


依托工程概况


依托工程为某新建高速公路项目,路面结构层分别为AC-25下面层、AC-20中面层、SMA-13上面层,设计厚度分别为8cm、6cm、4cm。中下面层均采用石灰岩集料,上面层细集料采用石灰岩机制砂、粗集料采用玄武岩集料。下面层采用70号基质沥青,中上面层采用SBS改性沥青的双改性设计。根据规范要求中下面层压实度应≥92%(以最大理论密度计算,下同)、上面层压实度≥94%,则对应空隙率要求为中下面层空隙率≤8%、上面层空隙率≤6%。研究显示,新建沥青路面空隙率宜保持在4%左右。为进行离析分析,设定当各面层空隙率在3%~6%时判定为不离析。通过室内配合比设计,各层采用如表1所示的设计级配。

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构造深度评价依据


工程实践表明,沥青路面发生离析,最直观表象为离析部位表层纹理发生改变。构造深度作为沥青路面表面纹理的宏观表象,已有相关研究利用其进行混合料离析评价[1]。如NCAT(美国国家沥青技术中心)采用评价部位构造深度与非离析部位构造深度比值进行混合料离析评价,且制定了对应的离析评价标准,如表2所示。

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国内也有将构造深度运用于混合料离析评价的相关研究,如江苏省交通科学研究院有限公司通过对江苏省高速公路构造深度进行统计分析,建立了以测点构造深度与全路段所有构造深度均值之比为评价指标的沥青混合料离析评价方法,具体评价标准如表3所示。

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上述评价标准中,虽然采用了定量化的评价方式,但比较指标较难确定。如NCAT确定以非离析部位构造深度为基准进行比较,但该基准值如何确定并无明确规定。相较而言,江苏省交通科学研究院有限公司推荐评价标准具有较好的操作性,但针对不同结构层、不同级配类型是否具有较好的适用性仍有待验证。且上述两种方法均认为离析发生时构造深度增大,实际施工中若细集料聚集也将引起离析,因此上述方法均存在一定局限性。

针对离析可导致混合料空隙率、构造深度变化这一现状,拟分别采用铺砂法、PQI技术两种简便、无损的测试方法对沥青路面构造深度、空隙率(由压实度反算)进行检测,并建立二者相关关系,以压实度控制要求反算构造深度控制指标,从而进行沥青路面离析评价。


PQI压实度检测


作为沥青路面压实度无损检测设备,相较之前的核子密度仪,无核密度仪(PQI)具有对操作人员无辐射的优点。相较于传统的后评价反馈体系,PQI可用于施工过程的实时评价与反馈。目前PQI被广泛运用于高等级公路建设中的压实质量及离析判定[9-11]。


进行全路段运用前,分结构层选取试验段,建立PQI测定压实度与实测压实度对应关系,并据此对PQI进行标定。标定及后续检测时每个位置测定5次,测点分布如图1所示。对本项目3层沥青路面结构层PQI测定压实度与表干法实测压实度进行相关性分析,结果显示各相关系数R^2均大于0.92,表明标定后PQI具有较好的检测准确性,可用于后续压实度(空隙率)检测分析试验。

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试验结果与分析


首先采用上述试验方案对构造深度较大、较易发生离析的AC-25粗粒式沥青混合料路面进行检测:试验段长150m,随机选取测点30个。其中,空隙率根据最大理论密度反算。最大理论密度采用实测法获得,测值为2.588g/m³。构造深度及压实度测试结果如表4所示。

将表4中构造深度与空隙率进行线性回归分析,回归拟合曲线及方程如图2所示。

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由以上检测结果可知:空隙率与构造深度拟合相关系数R^2为0.812,表明二者存在较好的相关关系。根据拟合方程反算,当空隙率控制在3%~6%时,构造深度应控制在0.46~1.44mm。


由于构造深度仅表示沥青路面表层纹理状态,而空隙率表征的是该路面结构层整体的密实状况,因此较多研究者认为采用构造深度法并不能对路面底部离析以及严重温度离析导致的结构层内部离析进行准确反映。为此,对试验段空隙率较大(即压实度较小)位置进行钻芯取样观测,发现5个芯样均存在一定程度不密实现象。因此可判断沥青混合料发生离析时,结构层内部的不密实状态也会导致表层构造深度的改变。


采用上述相同试验方法对中、上面层进行构造深度、PQI检测,并对构造深度与空隙率进行相关性分析,结果如表5、表6及图3、图4所示。

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由上述数据分析可知:


(1)比较各层路面构造深度均值,大小顺序为上面层>下面层>中面层。这是由于上面层采用断级配的SMA形式,有效提升了路面表层的构造纹理深度,具有较好的抗滑性能。而下面层由于公称最大粒径较中面层大,因此具有相对较大的构造深度。


(2)比较各层构造深度与空隙率相关系数,发现中面层相关关系仅为0.487,上面层相对较大、也仅为0.633。分析原因主要是由于随着AC类混合料公称最大粒径减小,面层构造深度减小,导致由离析引起的构造深度变化逐渐不敏感,即空隙率变化在构造深度上体现得逐渐不明显。而SMA类混合料为断级配,构造深度较大,但由于最大公称粒径较小,即使发生离析导致空隙率变化,也不会对构造深度产生较大影响。因此,AC-20中面层与SMA-13上面层采用构造深度法进行离析评价并不具备较好的适用性。


结语


采用铺砂法检测沥青路面构造深度,采用PQI技术检测压实度并反算空隙率,通过分析构造深度与空隙率之间关系,建立采用构造深度评价沥青路面离析的方法,得到如下结论:


(1)通过对PQI标定,对本项目各沥青结构层PQI测定压实度与表干法实测压实度进行相关性分析,相关系数R^2均大于0.92,表明标定后PQI具有较好的检测准确性,可用于后续压实度(空隙率)检测分析试验。


(2)AC-25沥青路面空隙率与构造深度拟合相关系数达到0.812,表明二者存在较好的相关关系。根据拟合方程反算,当空隙率控制在3%~6%时,构造深度应控制在0.46~1.44mm。


(3)比较各层构造深度与空隙率相关系数,中面层仅为0.487,上面层仅为0.633。这是由于随着AC类混合料公称最大粒径减小,面层构造深度减小,导致由离析引起的构造深度变化逐渐不敏感。而SMA类混合料虽然构造深度较大,但由于最大公称粒径较小,即使发生离析也不会对构造深度产生较大影响。因此,AC-20中面层与SMA-13上面层采用构造深度法进行离析评价并不具备较好的适用性。

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标签:道路建设施工案例技术中心沥青混凝土
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