浅谈沥青路面施工的非均匀性及检测方法

【摘要】沥青路面的非均匀性是造成路面早期局部损坏的最主要内在因素。造成沥青路面不均匀的因素很多，混合料摊铺的离析，碾压的不均匀，厚度的不均匀等等，论文针对沥青路面的非均匀性展开论述，探讨了沥青路面非均匀性的分类，路面非均匀性的形成机理及影响因素，最后介绍了沥青路面非均匀性的检测评价方法。

【关键词】沥青路面；非均匀性；离析；检测方法

Discussion on Asphalt Pavement Construction Nonuniformity and Testing Method

Wang Lin-tao

（Chongqing Municipal Design and Research InstituteChongqing400020）

【Abstract】The non-uniformity of asphalt pavement is the most important internal cause of local damage. Asphalt pavement unevenness caused by many factors， mixture of paving segregation， uneven rolling， uneven thickness， etc.， the paper discusses the non-uniformity of asphalt pavement discussed the classification of asphalt pavement non-uniformity， The formation of non-uniformity of the road and the influencing factors， and finally introduced the asphalt pavement non-uniformity detection and evaluation methods.

【Key words】Asphalt pavement；Non - uniformity；Segregation；Detection method

1. 引言

（1）沥青路面的非均匀性是指经过摊铺压实后的沥青面层在一定区域范围内材料组成与设计不符，并具有不同的性质，诸如沥青混合料的级配组成、沥青含量、空隙率、构造深度等存在不可接受的差异，从而使已铺筑沥青路面表现出不同的路用性能，局部区域甚至过早出现破坏。非均匀性现象在各种沥青路面上普遍存在，严重降低了沥青路面的使用质量和服务寿命，引起了各国道路界的广泛关注。

（2）通常，沥青混合料离析可能发生的阶段包括集料的堆放、储运和混合料的生产、储存、运输以及摊铺过程。从表现形式上看非均匀性可能表现为横向的、纵向的、竖向的和局部的，与路面施工过程中的质量变异有很大的关系。为了合理的区分沥青路面上发生的非均匀性类型，及时分析产生非均匀性的原因，采取正确合理的质量控制措施，本节首先对路面非均匀性进行了分类，分析了非均匀性的形成机理以及影响因素，并以此提出非均匀性的检测评价方法。

2. 路面非均匀性的分类

（1）国外文献根据沥青面层的离析现象的表现形式，将离析分为：端部离析、带状离析、接缝离析、块状离析、随机性离析、温度离析等。在一般研究中主要将混合料的离析分为级配离析和温度离析。在NCHRP 9-11研究报告中，将离析的类型分为三类，一种是沥青混合料在生产、储运、摊铺过程中产生的粗、细集料的不均匀分布即级配离析。另一种是温度离析，即运料卡车边沿和表面、摊铺机两翼混合料发生的温度差异。还有一种离析是集料-沥青离析，这种离析主要发生在SMA沥青混合料中。沥青路面非均匀性根据产生的原因主要可以分为集料离析、温度离析以及碾压工艺不合理导致的不均匀性三种类型，这几种非均匀性现象最终的结果都是表现为沥青路面在这些区域密度的变化。

（2）本研究根据沥青路面非均匀性的特点以及其产生过程将沥青混合料的非均匀性分为三类，即沥青混合料的集料离析非均匀性和温度离析非均匀性和弱压实。将混合料中集料的不均匀分布定义为集料离析非均匀性，将传统上的弱压实划分为由温度引起的压实非均匀性与由压实功不足引起的压实非均匀性。

2.1集料离析。

（1）沥青混合料的集料非均匀性即集料离析，主要是指在沥青路面上局部出现的粗集料或细集料分布不均匀的现象，这些位置沥青混合料特性（如级配、沥青含量、空隙率等）发生了变化。

（2）集料非均匀性包括粗集料离析和细集料离析：一般情况下，在粗集料离析区域粗集料较多，空隙率较大，沥青含量偏低。通常，在粗集料离析区域易渗水，是发生剥落、松散、坑槽等局部早期破损的主要位置。细集料离析区域相对于无离析位置主要表现出来的是细集料集中，空隙率偏小，沥青含量偏高。在细集料离析区域劲度较低，同时沥青路面容易发生泛油、拥包、推移、车辙等病害。

（3）集料离析多是由于料源变化、工艺参数异动等引起的，通常是随机分布的，有时候由于摊铺宽度大，螺旋布料器运送混合料距离过长而造成粗、细集料的分离或摊铺机受料斗收料时也可能在路面出现带状或片状离析。在发生集料离析的区域，无论如何改进压实工艺或增加压实功，都难以达到要求的密度，离析现象很难改变，因此在发生集料离析现象后，应及时改进摊铺方法调整摊铺机设置。

2.2温度离析。

（1）温度离析主要是指沥青混合料从运输到碾压完成中间所产生的局部温度不均匀的现象。这种差异可能来自于卡车运料过程中边缘热量损失高于中部热量损失所导致的温度差，或者摊铺机停机、运料车的等待以及碾压不合理等所造成的局部温度差异性。这些位置最终将产生路面密度的变异。

（2）温度离析将导致局部低密度引起的，其混合料特征主要表现为空隙率发生了变化，而沥青含量和级配并没有发生大的变异。实际调查也发现，在发生温度的区域一般只是密度小，空隙率较大，但是没有明显的集料分布不均匀的现象发生。在这些位置，虽然混合料级配、沥青含量没有发生大的变异，但是其空隙率较大，混合料没有压实形成一个稳定可靠的结构，这些区域同样会过早出现各种早期病害，如车辙，松散剥落、裂缝等。

2.3压实度离析。

（1）沥青混合料的压实是沥青路面生产建设中的关键环节，影响着沥青路面的强度、稳定性和耐久性等各项路用性能，关系沥青路面服务寿命的长短。压实度是沥青路面非常重要的质量指标，许多高速公路发生的早期损害大都与压实不足有关，

（2）弱压实主要是指混合料级配于设计级配没有发生离析偏差，但是密度偏小的区域。在这一区域主要是由于碾压工艺不合理以及检测过程中片面追求平整度，导致的沥青路面出现欠压实问题。

（3）一般产生压实非均匀性的原因主要有两个：一是沥青混合料局部温度降低，在有效碾压温度温度范围内，无法完成碾压的状况，即是传统概念上的温度离析，这里划归为温度离析；二是压实机械组合（或碾压方法、碾压遍数）不合理以及压实功不足，引起区域性的低密度，即弱压实现象。

3. 路面非均匀性的形成机理与影响因素

如前所述，非均匀性将会导致路面压实度的下降、构造深度的变异性、并造成路面的早期松散、泛油、拥包等病害。本节试图从非均匀性的表现形式入手，着重分析沥青混合料施工非均匀性的产生原因以及影响因素。

3.1路面非均匀性的表现特征。

（1）沥青路面非均匀性反映在内部则体现为空隙率的不均匀，反映在外部则体现表面构造深度的不均匀。

（2）从细观角度分析，路面非均匀性即为混合料组分的各向同性发生的变化，其中混合料组分可概括为集料、沥青与空隙率。芯样内部表现为粗细集料的分布不均，或者空隙率的分布不均，相应的产生沥青含量的分布不均。从宏观角度分析，非均匀性可体现在表面构造深度的差异性，路面压实度的变异性，以及新建路面表面的松散、油斑等。

（3）当沥青混合料发生离析时，路面局部表现为粗集料集中或细集料集中、空隙率较大或空隙率很小，以及路面局部沥青含量偏高或较低的现象。其中，细集料集中、沥青含量高的区域高温稳定性差，易出现车辙、推移、拥抱等病害；粗集料集中、空隙率较大的区域会造成渗水，路面易产生坑槽，松散等病害。

3.2路面非均匀性的形成机理。

（1）沥青路面的不均匀性一般是由多个原因引起的，存在原材料级配变异性较大的原因，混合料不均匀性的原因、装料及运料过程中离析的原因，现场摊铺机械产生离析的原因，碾压工艺以及工序不合理产生离析的原因等。这些原因综合起来将导致路面的集料离析与压实度不均。

（2）沥青路面工程建设中常把沥青混合料的拌合生产基地称为“后场”，把摊铺碾压现场称为“前场”。经检验，后场在沥青混合料批量生产过程中，与设计级配相比，生产级配往往产生了较大的偏离，主要体现在原材料颗粒组成变异性与拌合楼生产的变异性两个方面；同时由于拌合楼控制稳定性的原因，将造成初始沥青混合料的温度差异性；运输产生的装载离析现象较少发生，仅有当运距较大，会出现到场后内外部分温度不均匀的现象；施工工艺和操作方式不当将产生严重的离析，其中不合理工艺包括，停机待料、梯形摊铺速度差，搭接宽度控制不当，过快收斗和不及时碾压等。

3.3路面非均匀性的影响因素。

3.3.1原材料质量波动造成的离析。

（1）衡量沥青混合料生产质量的主要指标为集料级配与油石比，级配亦即混合料内部各种粒径矿料应保持规定的比例关系。保持集料规格、特性的一致性是集料质量管理最主要的目标，集料规格的不一致会影响混合料级配的波动，导致沥青含量的波动并偏离其最佳值，并造成沥青搅拌设备生产的不稳定（溢料和待料），从而影响成品料的生产质量。

（2）在我国公路建设中多家料场向一个标段供料的现象十分常见，由于不同料源采用的碎石机原理和结构形式不一样，生产时会产生材料规格的变化。进场材料如果堆放不正确也会产生离析，对于用输送带堆料方式，大粒径会滚动到料堆外侧，细集料则会留在中间使粗细料发生离析。同样卡车在料堆上卸料时也会发生类似的离析现象。

3.3.2青混合料运输中的集料离析和温度离析。

3.3.2.1运输中产生集料离析。

沥青混合料从贮料罐向运输车里卸料时，由于高度落差，大骨料滚落在车厢附近，形成粗细集料第一次离析；在运输过程中，如果遇到车辆颠簸、急刹车等情况，会造成混合料粗骨料滚向车厢两侧，形成粗细集料第二次离析；混合料从运输车卸向摊铺机时，大骨料滚落在摊铺机料斗1/2附近，形成粗细集料的第三次离析。

3.3.2.2运输中产生温度离析。

（1）研究发现，采用红外摄像分析仪进行了施工全过程跟踪拍摄，监测卡车经过整个运输过程的热量损失，整个车厢内部温度降低较小，车厢边缘温度降低较大。形成了较大的温差。最大相差可达70℃～80℃。

（2）在卡车卸料过程中，受料斗内残留的混合料与卡车后端的混合料相混合，由于两部分集料温度均较低，将导致摊铺路面出现局部温度过低，发生严重的离析现象。同样在摊铺过程中，卡车向摊铺机卸料同样表现出温度的变化，呈现出卸料开始和结束时温度较低中间温度高的现象。

3.3.3摊铺机预压实离析。

（1）摊铺机横向预压实变化。

在沥青混合料摊铺机的工作装置上，一般装备有两个振动装置：振动器和振捣梁，用于对混合料进行初步的预压实。在摊铺宽度范围内，离摊铺机中心越远熨平板的支撑刚度越弱，振动施加于沥青混合料上的总作用力越小，这种压实作用力的差异将造成沿着熨平板方向混合料的预压实度的不同，这就引起压实度离析。

（2）摊铺机纵向预压实变化。

目前生产的普通摊铺机，其振动或振捣频率并未实现与摊铺速度的联动控制，一旦熨平板的振动频率或振捣器的频率调定后，其频率均保持恒定而与摊铺速度快慢无关，除非操作人员重新进行调整。因而，当摊铺速度明显改变时，将造成铺层初始密实度在行走方向发生变异，摊铺速度越快，振动器经过个点的击实次数越少，获得的初始预压密度越小。

3.3.4压路机产生的碾压离析。

（1）振动压路机在碾压过程中不可避免地会造成碾压离析。例如：由于沿钢轮宽度方向作用力不同，接近轮缘，材料的推移将使压实功发生变化；碾压过程中重叠宽度不均匀影响压实功的均匀性；钢轮碾压过程中对邻近钢轮的材料产生推移产生密实度的变化；铺层边沿处无侧限产生压实功的变化；振动压路机起振动或停振的过渡过程造成的压实功变异。

（2）除上所因素外，振动压路机在碾压过程中的速度变化，振动频率变化、起步、停机、转弯、换向等均产生压路机的纵向碾压离析。

4. 路面非均匀性的检测方法

选用合适的检测技术是识别与控制路面非均匀性的基础，本节将对各类非均匀性的检测方法进行对比分析 ，优选一种应用广泛、适用性强的检测方法，并以此确定路面非均匀性控制评价参数。

4.1集料离析检测。

目前判断集料离析的方法可以分为两大类：即目测法和仪器法。尽管目测法快速简单、不需专门设备，且为国内外大多沥青路路面施工项目所使用，但是，其主观性强，无法定量描述路面的离析程度，有必要提出定量客观的集料离析评价方式。

4.1.1路表离析检测。

（1）铺砂法是用于量化视觉识别中路面表面宏观构造的差异。铺砂法简单易行，且铺沙法测得的路面构造深度与路面的非均匀性有较好的相关性。但是，铺砂法比较耗时，测定结果受测试者主观意志和测试方法的影响较大。

（2）激光纹理仪能够对路面离析做到快速无破坏测量，但是测试结果只能获得某一测定长度内的平均值，且为线状测量，与铺砂法检测结果相关性不好，仅能作为辅助的路面离析评价方式。

（3）数字图像技术采用普通数码相机拍摄路面表面特征，经计算机图像处理获得具有面技术性的路表面构造深度信息，经研究与铺砂法具有非常好的相关性，且经济实用。可作为表面离析的检测方式。

4.1.2路面内部离析检测。

（1）上述讨论表面离析检测技术只能确定路表的质量状况，并不能反映整个路面层厚度上的质量状况，因此，有必要提出能够确定整个路面内部离析状况的检测方法。众所周知，传统取芯法能够确定检测确定路面的压实度和密度，每200m钻取一个芯样，按室内标准密度的96%或最大理论密度的92%进行控制。该方法是我国目前施工质量管理与检查验收时普遍采用的方法。

（2）这种随机抽样的方法不能有效的检测到沥青路面上现实存在的离析，而且往往需要路面在施工完成后第二天才能进行检测，存在结果的滞后性，不能及时的对施工过程质量进行实时动态的控制。另外，钻取芯样后在路面上遗留的坑洞如果人工填补压实不足，往往成为路面破坏的源头，而且取芯法得到结果后也无法得到发生离析的具体位置。因此，有必要提出一种能够快速无损的检测方式，与路表离析检测方式结合使用，通过大样本的测量（如密度检测），确定路面的离析程度与数量。

（3）目前使用最为广泛的无损检测方法主要包括核子密度仪与无核密度仪。核子密度仪是通过测定路面沥青混合料的密实度来间接识别路面非均匀性区域。通过设定一定的离析程度标准，核子密度仪可以根据检测路段路面密度的变化范围，定量确定路面的离析程度。核子密度仪能够快速、连续、无损的进行检测，但是核子密度仪具有放射性，检测时需要专门的设备和人员。

（4）与核子密度仪原理相似，无核密度仪以其安全、可靠逐渐得到了越来越多的重视。无核密度仪是以测定路面结构的密度作为评价指标，可以通过大面积、快速、连续大量测点的检测，反映出路面结构由于集料离析非均匀性、压实非均匀性导致的密实程度变异。因此，无核密度仪是一种测量密度变异性比较可取的方法。

4.2温度离析检测。

（1）温度离析是由于混合料不同部位温度的差异导致压实度的区域性变化。通过混合料温度的测试，同样是一种有效的离析检测手段。目前较多使用来判别温度离析的仪器主要有红外成像仪（热成像）、手持式测温枪等。

（2）红外热像仪的优点在于能够快速实时的绘出整个摊铺路面的热量分布特征，能够在整个混合料的铺筑施工过程中应用，有利于施工单位对出现的问题进行及时补救。目前，红外热成像技术已经有成熟的软件提供进程控制图，该技术可以在沥青路面铺筑过程用于沥青路面的质量控制。

4.3压实度离析检测。

（1）弱压实是由于路面施工中压实功的不足引起的路面压实度的差异，往往弱压实区域并不是集料离析的区域，因而，通过表面离析检测方式无法判断路面的弱压实状况，只有通过路面内部的离析检测方式方可确定路面的弱压实变异性。通过路面内部检测方式的讨论，建议采用无核密度仪检测路面的弱压实状况。

（2）总上所述，采用无核密度仪检测路面密度，结合数字图像技术检测路表构造深度，以及红外成像仪检测施工中的路面温度，能够较好的控制路面施工中的非均匀性问题。

5. 结论

本文介绍了几种主要的早期病害，并分析了病害产生的原因，分析发现非均匀性是各种沥青路面早期病害发生的主要诱因，而且沥青路面上普遍存在的非均匀性严重降低了沥青路面的使用性能和服务寿命。分析表明，施工中的各环节均对非均匀性有影响，良好的施工组织，以及严密的施工管理是减小非均匀性的有效手段。对比了各种非均匀检测方法，提出了合适的非均匀性检测技术。

[作者简介] 王林涛（1982.07-），男，籍贯：湖北黄冈人，学历：硕士，职称：高级工程师，工作单位：重庆市市政设计研究院。