基于体积参数及水稳定性的下雨工况施工沥青路面检测方法研究

2017-05-24杨博

湖南交通科技 2017年1期

关键词：稳定度集料沥青路面

杨博

(湖南湘建检测有限公司，湖南长沙 410013)

基于体积参数及水稳定性的下雨工况施工沥青路面检测方法研究

杨博

(湖南湘建检测有限公司，湖南长沙 410013)

水较沥青更易浸润集料表面，导致沥青剥落。分别对室内2组试件(混合料经历和未经历短期老化)及路面钻取2组芯样(正常及冒雨施工沥青路面)的体积参数及水稳定性进行检测，并采用Tukey单因素方差分析方法对4组试件的厚度及体积参数进行分析。检测结果表明：冒雨施工沥青路面体积参数能够满足我国规范要求，但水稳定性却大幅降低；浸水马歇尔残留稳定度(78.8%)和冻融劈裂强度比(79.7%)不能满足规范对沥青混合料水稳定性的要求。对于冒雨施工沥青路面的检测，需结合体积参数和沥青混合料的水稳定性进行综合检测，单凭体积参数检测结果满足规范要求不能保证混合料良好路用性能。

沥青路面; 检测方法；冒雨施工；体积参数；水稳定性； Tukey方差分析

0 引言

保证沥青混合料良好的水稳定性是预防沥青路面早期水损害病害的关键措施，水稳定性不足易产生剥落、松散及坑槽等早期病害[1,2]，使得沥青路面耐久性及平整度大大减低，甚至可能诱发其它病害[3]。根据表面能理论，水较沥青更易浸润集料表面，置换吸附于集料表面的沥青，导致沥青剥落[4,5]。我国施工技术规范规定沥青路面施工监控过程，沥青混合料的毛体积相对密度、空隙率等体积参数是沥青路面施工监控过程的几个关键检测指标[6,7]，确定雨水对沥青混合料摊铺过程的混合料体积参数及水稳定性的影响至关重要，尤其是在雨季或6～10月份高温季节易发生短时阵雨的季节意义重大。

基于AC-20下面层沥青混合料的摊铺过程，室内成型2组试件(混合料经历和未经历短期老化)及路面钻取2组芯样(正常及冒雨施工沥青路面)，采用表干法对4组试件的毛体积相对密度进行检测，计算体积参数；采用马歇尔稳定度试验及冻融劈裂强度试验对4组试件的水稳定性进行检测[8]，以确定冒雨施工沥青路面的路用性能能否满足我国规范要求，为类似工程提供参考。

1 原材料及配合比

沥青和集料的技术指标分别见表1、表2，其中集料的检测按照矿料合成配比混合后以4.75 mm为关键筛孔分为粗、细集料进行检测。沥青和集料的技术性能均满足我国现行沥青路面施工技术规范[9]的要求。填料采用石灰岩磨细的矿粉，无潮湿结团现象。

表1 沥青的技术指标类别针入度(25℃,5s,100g)/(0.1mm)软化点(环与球)/℃5℃延度/cm密度(15)/(g·cm-3)质量变化/%PG等级SBS原样沥青5265451.018PG76-22RTFOT后287029-0.23PG82-16

表2 集料的技术指标粗集料细集料石料压碎值/%洛杉矶磨耗损失/%吸水率/%与SBS改性沥青粘附性坚固性/%水洗法0.075mm颗粒含量/%软石含量/%磨光值/%石料冲击值/%含泥量/%坚固性/%砂当量/%14.122.71.45级2.40.140.246.815.70.71366.9

AC-20沥青混合料目标配合比设计采用马歇尔试验，在目标配合比的基础上，采用拌和楼二次筛分集料确定生产配合比矿料比例：19～25 mm∶12～19 mm∶6～12 mm∶4～6 mm∶0～4 mm∶矿粉=11∶30∶22∶9∶25∶3，合成级配见表3，最佳油石比4.6%。沥青混合料的最大理论密度采用计算法确定，最大理论密度为2.556 g/cm3。

表3 矿料合成级配筛孔尺寸/mm通过率/%级配范围/%筛孔尺寸/mm通过率/%级配范围/%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 试验方案

2.1 试件成型

试件共4组，1组和2组为经拌合楼二次筛分集料，室内成型；3组和4组试件为同一天施工路段，松铺系数1.720，设计厚度7 cm，于路面施工后第2天钻取芯样。

其中，1组试件为室内小型拌和机拌和后(干拌45 s，湿拌60 s)直接成型，共成型16个试件。2组试件成型前，先对室内拌和均匀的混合料进行短期老化，以模拟沥青混合料在拌合楼拌和、运输及施工现场阶段的老化过程，从而保证室内试件与路面芯样的一致性，共成型16个试件。短期老化过程将拌和均匀的沥青混合料置于搪瓷盘中(摊铺厚度20 kg/m2)，然后置于135 ℃烘箱，恒温4 h(强制通风)，恒温过程每小时对混合料均匀拌和1次。3组试件为正常施工路段(未下雨)，在行车道、超车道和紧急停车道每100 m钻取3个芯样(1个/车道)，此阶段摊铺机摊铺速度为2.5 m/min，随机选取16个芯样。4组试件为3组芯样同一天施工路段，碾压阶段突然遭遇阵雨天气(约中雨大小，持续时间45 min左右)，此摊铺阶段摊铺机摊铺速度6 m/min，施工段长度约60 m，每15 m钻取3个芯样(1个/车道)，共12个芯样。

2.2 试验参数选取

按照公路沥青及沥青混合料试验规程[10]的要求，采用表干法测定各芯样的毛体积相对密度，计算空隙率。随后进行马歇尔稳定度、浸水马歇尔稳定度和冻融劈裂强度试验。试验试件个数及其他试验参数见表4，由于4组试件数量所限，4组各试验试件个数较其他3组少。

表4 试验参数选取试验试件个数1～3组4组非条件马歇尔试验43条件马歇尔试验43非条件劈裂试验43条件劈裂试验43

3 试件厚度、体积参数检测结果及分析

试件的厚度、毛体积相对密度及空隙率检测结果见表5和表6。

由表5和表6知，1组、2组为室内成型试件，几何尺寸和体积参数较均一；3组、4组试件为路面钻取芯样，检测结果波动较1组、2组大。对表5和表6数据采用单因素方差分析Tukey(HSD)方法[11]，检验水平α= 0.05，并将4组试件的Tukey同类子集分组结果列于表7。表8为各组试件厚度及体积参数检测结果均值及标准差。

由表7、表8知，1组、2组为室内成型试件，厚度处于马歇尔试件标准高度(63.5±1.3)mm范围，标准差小，Tukey分组表明1组和2组厚度不存在统计学差异，试件成型良好。2组试件混合料同1组试件完全一致，而空隙率却提高了0.3%，Tukey分组表明1组和2组毛体积相对密度及空隙率分别处于A组、B组，二者存在统计学差异，原因是2组试件进行4 h的短期老化过程，集料对沥青有一定的吸收作用，使得用于填隙的沥青胶浆体积减少，空隙率增大。且老化作用使得沥青趋于硬化，粘度提高，施工性能(可压实性)变差，这也是规范规定现场取样混合料需保温至实验室及时试验的原因。

表5 1组和2组试件密度、厚度检测结果组别试件编号厚度/mm毛体积相对密度空隙率/%1组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组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组和4组试件密度、厚度检测结果组别试件编号厚度/mm毛体积相对密度空隙率/%3组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组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 试件厚度及体积参数TukeyHSD方差分析分组试件分组试件个数厚度/mm毛体积相对密度空隙率/%120AAA220ABB320BACAC412CBCBC

表8 试件厚度及体积参数检测结果试件编号厚度/mm毛体积相对密度空隙率/%均值标准差均值标准差均值标准差VMA均值/%VFA均值/%1组63.40.3522.4450.0044.20.13313.568.12组63.90.2932.4390.0044.50.17813.666.53组74.22.5742.4450.0034.30.16013.767.84组68.43.0922.4410.0064.60.24413.667.2

3组、4组试件厚度代表值分别为73.3、66.7 mm，均满足设计厚度的要求(70 mm-5 mm=65 mm)，4组试件厚度之所以小，Tukey分组同样表明3组和4组厚度统计学差异，原因可能是摊铺机摊铺速度过快(6 m/min)，导致混合料初始压实度较低，经压路机充分压实后厚度小于3组(2.5 m/min)试件；3组、4组试件的标准差较室内成型试件(1组、2组)大，说明室内试件成型过程更稳定，也符合工程常识；且4组试件厚度的标准差较3组试件大，表明摊铺速度对控制沥青层厚度的均一性较为重要，速度快容易导致沥青层厚的较大波动，使得沥青路面的承载能力不均匀，容易出现应力集中和承载能力薄弱区。且摊铺速度过快，必然要求布料器加快输送速度，易引起混合料的离析，建议施工过程摊铺机摊铺速度控制在2～3 m/min范围。

表8知，3组和4组试件的厚度及体积参数均满足我国现行施工技术规范要求，且表7 Tukey分组表明3组和4组试件毛体积相对密度不存在统计学差异。4组试件对应路段在摊铺过程遭遇阵雨天气，那么是否表明4组试件能够满足工程质量要求呢？如果满足要求，那么是否意味着沥青混合料的摊铺碾压过程可以冒雨施工呢？为确定以上两个疑问，特进行劈裂回弹模量试验，对各组沥青混合料的力学性能及粘弹性能进行对比分析。

4 水稳定性检测

4.1 马歇尔稳定度试验

1组和2组试件依据公路沥青及沥青混合料试验规程T0709的方法，3组和4组试件由于高度为非标准马歇尔试件高度，故采用T0709的方法，对高度进行修正。各组试件马歇尔稳定度检测结果见表9。根据表9绘制马歇尔稳定度及残留稳定度比的折线图，见图1。

表9 马歇尔稳定度试验结果试件编号非条件马歇尔稳定度/kN浸水马歇尔稳定度/kN残留稳定度比/%1组13.5612.6793.42组14.7113.3190.53组15.0313.4189.24组10.378.1778.8

图1 马歇尔稳定度试验检测结果

由表9及图1知，马歇尔稳定度由大到小依次为3组>2组>1组>4组，3组试件最大的原因是其经过了拌和楼热态拌和阶段，热氧老化程度高；2组试件采用室内加速老化模拟拌和楼热态拌和阶段的老化过程，马歇尔稳定度较大，接近于3组试件却比3组小，表明室内加速老化试验对沥青混合料的老化程度较拌和楼热态拌和阶段稍弱。而4组试件同样为拌和楼所生产，但马歇尔稳定度却大幅降低，表明4组试件在高温时的内聚力降低，一定程度上反映高温性能较差。

1组～3组试件残留稳定度比大于85%，满足我国现行施工技术规范要求，4组不满足残留稳定度比大于85%的要求；残留稳定度比由大到小依次为1组>2组>3组>4组，表明1组试件水稳定性最好，4组试件水稳定性最差。原因是强极性的水分子更易吸附于集料表面，摊铺过程雨水的浸入，使得水分置换了沥青与集料的接触面，导致沥青由集料表面剥落，沥青在集料表面的附着力大大降低，水稳定性下降(小于85%)。

4.2 劈裂强度试验

各组试件劈裂强度试验检测结果见表10。根据表10绘制劈裂强度试验结果折线图，见图2。

表10 劈裂强度试验结果试件编号非条件劈裂强度/MPa条件劈裂强度/MPa冻融劈裂强度比/%1组1.090.9687.72组1.040.8884.93组1.000.8584.54组0.940.7579.7

图2 劈裂强度试验结果折线图

由表10和图2知，劈裂强度由大到小依次为1组>2组>3组>4组，冻融劈裂强度比由大到小依次为1组>2组>3组>4组，进一步表明了4组试件的水稳定性大幅度降低，不满足我国施工技术规范要求(79.7%<80%)。3组试件和4组试件经历了同样的生产拌和过程，施工压实工艺也一致，唯一不同的则是4组试件对应路段摊铺阶段遭遇下雨天气，冒雨摊铺碾压。马歇尔稳定度试验和冻融劈裂试验表明，3组试件水稳定性满足规范要求，而4组试件水稳定性不能满够规范要求。

综上所述，4组试件(冒雨施工沥青路面)体积参数能够满足我国规范要求，但水稳定性却大幅降低，不能满足路用性能要求。因此，对于冒雨施工沥青路面虽然能够采用大吨位压路机强行使得路面压实度及空隙率满足规范要求，但却不能保证水稳定性满足要求，故对于冒雨施工沥青路面的检测，需结合体积参数和沥青混合料的水稳定性进行综合检测，单凭体积参数检测结果满足规范要求是不能保证混合料的路用性能的。且在雨季或夏季季节，沥青路面施工过程应密切关注天气情况，遭遇下雨天气，及时停止施工。