沥青路面压实度评价及控制探讨

2013-06-29陈华

四川建筑 2013年2期

陈华

(攀枝花天誉工程检测有限公司，四川攀枝花 617023)

对任意一种沥青路面而言，压实度都是施工工艺中最重要的施工质量管理项目，在路面质量评定中也是一个重要指标。《公路路基路面现场测试规程》(JTG E060－2008)(以下简称“测试规程”)给出其定义式为:

式中:K为沥青面层某一测定部位的压实度(%)，ρs为沥青混合料芯样试件的实际密度(g/cm3)，ρo为沥青混合料的标准密度(g/cm3)。

在《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1－2004)(以下简称“评定标准”)中规定，沥青混合料的标准密度为拌和厂当天取样的马歇尔试验标准制件密度ρs或试验路段路面芯样密度ρo或最大理论密度ρt，客观上实际密度和标准密度在一定条件下都是定值，因此，压实度也为定值。但由于标准密度取值方法、实际密度试验方法等不同，对检测结果的影响是显而易见的。

1 沥青混合料标准密度

按照现行规范，标准密度可以有三种取值方法，我们结合今年检测的情况着重论述两种，即试验路段路面芯样密度或当天取样的马歇尔试验标准制件密度。结合多年的沥青路面施工以及质量管理经验，我们发现此二种方法都存在一定的局限性，下面逐一进行分析。

1.1 试验路段路面芯样的密度

我们知道，在正式摊铺之前都要铺筑试验路段，其目的主要是:①确定生产采用的标准配合比;②确定松铺系数;③确定碾压方法和碾压遍数。只要确定了上述参数，沥青混合料的生产即可正常进行。在确定上述参数时，压实度也是评价指标之一。当然，如果实际施工过程中所有的因素如油石比、级配和施工条件等都不发生变化的话，以试验路段密度作为标准密度也是可行的。但实际上，沥青混合料的生产是一个动态过程，实际摊铺的沥青混凝土面层的密度是一个不断变化的数值，它会因当时沥青混合料油石比以及施工条件的不同而变化。以某路段的实际生产为例，所使用的沥青混合料型为AC－25I，最佳油石比为4.03%，而在实际生产过程中，每天的生产状况与试验路的生产状况很难保持一致，在一定范围内有着相对较大的变化。我们专门检测了其热拌场在同一批材料及相同配合比的情况下试验路段与施工路段的密度的变化情况(表1)。

表1 试验路段与施工路段的密度变化单位:g/cm3

从上表可以看出试验路密度与实际生产的密度的离散性是相当大的，因此以试验路段密度作为标准密度在大多数情况下是不可取的。实际应用中也很少以此作为标准密度。

1.2 当天取样的马歇尔试验标准制件密度

在工程实践中，常用当天取样的马歇尔密度作为标准密度ρo来计算压实度，当天马歇尔密度是从当天生产的混合料中抽样进行马歇尔试验得到的，它基本反映了混合料生产的变化情况。但当天马歇尔密度还是会受到以下几个因素的影响。

1.2.1 制件温度

根据经验，在室内马歇尔试验制件的过程中，混合料制件的密度会随着成型温度的增高而增大，空隙率则降低;反之，降低温度会导致密度减小，空隙率增大。在工程实际中，室内马歇尔试件空隙率是衡量沥青混合料的一个重要指标。在做马歇尔试验时我们发现，尽管上下变化了5个不同的沥青用量，变化范围达到了2%，稳定度都能满足要求，流值也大都满足要求，稳定度、密度有时连峰值都不出现，最后决定沥青用量的往往只剩下空隙率一个指标。在生产过程中也是如此，在大多数情况下，马歇尔试验只有空隙率会超出要求。因此有不少施工单位为满足空隙率要求在马歇尔试件成型时人为改变击实温度或忽视对温度的控制。鉴于诸如此类原因，认为马歇尔密度的可取性值得商榷。

1.2.2 取样的偶然性

试验室在取样进行马歇尔试验时，通常是上下午各取一组进行试验以获得当天的马歇尔密度。然而，以TITAN3000拌和楼为例，正常的生产能力是240 t/h，每天只取两组，所以当天马歇尔密度取样的偶然性较大。

试验室取样进行马歇尔试验的各个环节都存在不可避免的人为因素的影响，而且这些影响对于马歇尔密度的取值而言是较为明显的。由于上述种种原因，在实际检测中，很难有以马歇尔密度为标准密度的压实度不合格的问题出现。

1.3 最大理论密度

最大理论密度可以通过计算法、真空法或溶剂法来取得，溶剂法和真空法对钻孔取芯而言最能反映实际情况，但这两种方法都不能保留芯样，而且试验本身也比较繁琐。而计算法对于施工过程中的质量控制而言则最为简单明了、易于掌握。

在SMA 生产实践中，我们已经尝试利用最大理论密度作为标准密度的做法。空隙率的计算式Vv=(1－ρa/ρb)×100%

式中:ρa为实际密度，ρb为理论密度

压实度K=ρs/ρo×100%，以理论密度为标准密度时，ρs=ρ?a，ρo=ρb

可以推出:Vv=(1－0.01K)×100%

使用最大理论密度可以直接地、相对真实地反映该路段的空隙率情况。

2 马歇尔密度与理论密度的对比

2.1 理论密度的变化相对稳定

以某中修工程上面层生产为例，其理论密度、马歇尔密度的平均值、标准偏差以及变异系数列于表2，由表中数据可以看出理论密度的标准偏差及变异系数只有室内马歇尔密度的一半。因此理论密度的变化相对稳定。可以认为最大理论密度作为标准密度是比较合理的方式，计算出来的压实度能够反映现场的实际情况。

表2 理论密度、马歇尔密度、标准偏差及变异系数

2.2 以马歇尔密度和理论密度作为标准密度时，压实度结果及路面物理性能分析

以某路段实际生产为例，其理论密度为2.669 g/cm3，当室内马歇尔试验空隙率为3.0%时，马歇尔密度为2.589 g/cm3;当室内马歇尔试验空隙率为6% 时，马歇尔密度为2.509 g/cm3。表3 列出当以马歇尔密度为标准时不同的压实度值所对应的实测密度和以理论密度为标准时的压实度值，以及路面的实际空隙率(由于按“评定标准”要求，该路段公路压实度要求值为96%，故表中以96%为起始值，以理论密度为标准密度时压实度满足92%)。

表3 马歇尔密度、实测密度、理论密度的压实度比较

从表3 的对比中可以看出，如果室内空隙率在马歇尔试验标准的低限，而压实度满足100%≥K≥96%的要求时，实际空隙率在3%～6.9%之间，且当压实度达到103%时，实际空隙率为0.07%。如果空隙率为马歇尔试验标准的上限6%，当压实度满足100%≥K≥96%时，其空隙率在6%～9.7%之间，且当压实度在103%时，空隙率才达到3.2%。

可以推断，如果所有的试验都在规范操作下完成，且试验结果都满足规范要求，其结果就基本真实地反映了路面的实际情况，而实际的情况是当以马歇尔密度为标准密度时，压实度满足要求而空隙率则过大的情况时有发生。路面上空隙率过大的问题不容忽视。研究表明，当沥青混凝土空隙率大于7%时，沥青路面就处于渗水状态，其水损害即不可避免。而室内马歇尔密度如果由于人为或偶然因素的影响变小，还以此标准检验实际碾压的效果，便会带来错误的判断。可能将实际没有碾压到位的认为已经合格了。

3 标准密度的选择和压实度标准的确定

现在不少公路已在使用空隙率和压实度双控指标，即以马歇尔密度作为标准密度来评价压实度的同时，要求其空隙率也要达到要求。这样做可从两方面对沥青面层的质量进行控制，但实际施工中会出现压实度满足要求而空隙率不满足要求的情况(如表3 中所示)，这很难说服施工单位其是不合格的。当以理论密度作为标准密度时，如前所述由于空隙率和压实度是两个相互关联的指标，即W=(1－0.01K)×100%。在这样情况下控制了压实度其实也就控制了路面的实际空隙率。

综上所述，我们以为标准密度应直接采用最大理论密度，这样就可以直接判断其空隙率的大小。

4 沥青面层实际密度

按“测试规程”检测沥青面层实际密度有核子仪和钻孔取芯两种方法。核子仪法虽然有非破坏性的优点，但由于各种型号沥青混凝土表面的粗糙度不一，通过核子仪法测得的实际密度往往偏差较大，且缺乏相关性，因此“测试规程”明确指出不宜采用核子仪法作为仲裁试验和验收评定手段。钻孔取芯的试验方法是在路面施工结束后从面层中取出芯样，比较有代表性，也是现在最常用的方法。由于沥青混合料密度测试方法较多，有表干法、水中重法、蜡封法和体积法等，究竟采用何种方法作为钻孔取芯样的密度测定方法，有必要在此作一探讨。“测试规程”还规定“压实沥青混凝土面层的施工压实度是指按规定方法采取的混合料试样的毛体积密度与标准体积密度之比，以百分率表示。”《公路沥青及沥青混合料试验规程(JTG E20－2011)》指出，当沥青混合料为不吸水时，可采用水中重法，因此在I 型沥青混合料密度的测定中，试验人员仍习惯采用表观密度作为实际密度Ps来计算压实度，这样其实是不妥的。

毛体积的定义式为:

式中:γf为毛体积密度，ma为沥青混合料试件在空气中的质量(气干质量)，mf为试件的表干质量，mw为试件的水中质量。

由上式可知，该方法测定试件的体积包括矿料实体和沥青的体积Vg+Va，以及外界连通的开口孔隙V'。而表观密度的表达式为:

式中:γa为表观密度，ma为试件的表干密度，mw为试件的水中质量，总体积中并未计入与外界连通的开口孔隙的体积V'。

就室内马歇尔击实试件而言，对I 型混合料采用表观密度与采用毛体积密度并没有太大的区别;而对于钻孔取芯的芯样而言，沥青混合料内部的部分孔隙集料的闭口孔隙均会因切割而变成了与外界连通的开口孔隙，此时如果仍然采用水中重法测试则不能反映实际情况。显然，以毛体积密度作为实际密度计算压实度更客观地反映了路面实际情况。