揭阳-惠来高速公路沥青路面材料变异性研究*

唐雅莉 林 豪 吴少鹏 万贵稳

(1.广东省南粵交通揭惠高速公路管理中心 揭阳 515325; 2.武汉理工大学材料科学与工程学院 武汉 430070;3.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室 武汉 430070)

我国沥青路面完工后，使用时间远达不到设计的年限，一旦发生破坏则需投入大量养护维修费用。因此，为保证沥青路面质量，需要对各方面的影响因素进行控制，通过控制各项影响因素的变异性范围，防止类似返工事件的发生。

近年来，国内外学者对沥青路面材料变异性开展了广泛的研究。燕海峰[1]针对施工非均匀性，提出了路面施工非均匀性控制方法与评价标准。扈惠敏[2]分析了沥青混合料施工温度的变异性及其影响因素，提出了沥青路面合理施工温度的确定方法。韩亚丽[3]结合动态控制方法从控制材料变异着手，实现对沥青混凝土路面施工的控制。刘红海[4]系统研究了在高速公路建设中沥青路面混合料的施工特性、设备应具备的性能，设备之间的匹配关系，设备与材料之间的相互作用特性等。张成[5]通过使用红外热象仪对沥青混合料施工各个阶段进行温度检测，检测沥青混合料某一区域是否发生温度离析。陈瑜[6]等对路面材料的设计参数进行了变异性分析。Hassan等[7]研究了回收沥青混凝土的变异性及描述其流动性能

和分子组成。Mohammad等[8]依据承包商现有测试数据量化了密集配沥青混合料体积性能的变异程度及变异原因。Bijleveld等[9-10]为克服关于现场施工过程中的知识差距，提出了一个框架并利用技术对现场活动和关键参数进行系统的监测与描绘。

本文拟对揭惠高速沥青路面上面层沥青用量、级配及施工温度的变异性进行研究，提出相应的控制措施。

1 沥青用量变异性

1.1 沥青用量变异性分析

沥青用量影响沥青混合料的性能表现在当其含量较少时，不能完全包裹集料表面，集料间粘结性较差，混合料的强度较低；反之，多余的沥青形成自由沥青，其润滑作用明显，减小了矿料间的内摩阻力，沥青混合料强度下降。揭惠高还上面层沥青用量变异性分析，通过2种检测方法对部分上面层样本统计而得到结果。

表1 揭惠高速上面层沥青用量变异性

由表1可见，总体上沥青含量变异性较小，拌和楼检测数据变异系数0.012比燃烧炉检测数据变异系数0.035小。表2为不同沥青用量下的体积指标，图1至图4分别表示毛体积密度、稳定度、空隙率及沥青饱和度与沥青用量之间的关系。

表2 沥青用量对马歇尔体积指标影响

图1 毛体积密度与沥青用量的关系

图2 稳定度与沥青用量的关系

图3 空隙率与沥青用量的关系

图4 沥青饱和度与沥青用量的关系

1.2 沥青用量变异性控制措施

1) 取样均匀。摊铺现场取样时，若取得细集料偏多，则检测出的沥青用量偏高；若取得的粗集料偏多，则检测出的沥青用量偏低。

2) 控制拌和过程中沥青加热的温度。沥青加热温度会影响到计量系统的精度，因此要使温度计精准，稳定控制加热温度。

3) 燃烧炉试验前需要标定，提高试验准确性。

4) 沥青拌和楼称量系统的精度。计量系统的误差会极大影响沥青用量，从而影响生产质量。

2 级配变异性

2.1 级配变异性数据分析

统计某段时间内施工过程中沥青混合料级配检测数据，分析其变异系数，结果见表3。

表3 级配变异性

由表3可见，上面层AC-16各筛孔的变异系数在0.022 6～0.092 8之间，变异系数最大的筛孔是0.6 mm筛孔，最小的筛孔是0.075 mm筛孔；整体趋势是变异系数越来越大，0.075 mm筛孔变异系数最小说明生产的矿粉级配十分稳定。

2.2 级配变异性对平整度的影响

沥青路面的平整度是影响行车舒适性与安全性的第一要素，同时路面不平整会加速轮胎磨损和燃油消耗，因此平整度是施工质量检测中的重要指标。级配变异性对平整度也有一定影响，将各桩号路段简记为标号1，2，…，8，统计各标号级配下对应的平整度均值及变异系数，结果见表4所示。

表4 级配变异性与平整度关系

由表4得出1标平整度平均值最小为0.631，5标的平整度变异系数最小。用灰色关联分析各档通过率变异性对平整度的影响，从9.5 mm筛孔到0.075 mm筛孔的灰色关联度依次为：ξ1=0.830，ξ2=0.814，ξ3=0.782，ξ4,=0.688，ξ5=0.597，ξ6=0.770，ξ7=0.056，ξ8=0.027。不同筛孔通过率对平整度影响程度为：P9.5>P4.75>P2.36>P0.3>P1.18>P0.6>P0.15>P0.075。即9.5 mm和4.75 mm的通过率对平整度的影响最大。

3 温度变异性

3.1 变异性分析

沥青施工时有一定的施工温度要求，温度过高会使沥青老化加快并且降低沥青路面的耐久性，而温度过低会使路面难以压实。

表5 上面层沥青混合料施工温度变异性 ℃

由表5可见，出场温度及复压温度变异系数较大，均为0.011 9；摊铺温度与初压温度控制较好，变异系数较小，为0.008 3以下；终压温度变异性最大，变异系数为0.013 9。

3.2 温度变异性的影响因素

1) 集料干湿程度的影响。若使用较为潮湿的集料，含水量增加，干燥滚筒不能在工作时间内使集料干燥，从而引起沥青混合料出场温度的变异性。

2) 沥青拌和楼设备的影响。沥青的存储、保温与加热都离不开沥青保温罐，沥青保温罐加热装置的功能会对沥青混合料温度稳定性有较大影响。矿料的加热依靠燃烧器与干燥滚筒，决定了矿料的加热温度，影响混合料的出场温度。冷料由冷料仓放出由传送带送入干燥滚筒，冷料配料的精度影响了沥青混合料的级配，影响出场温度。

4 结论

1) 沥青含量用燃烧炉试验检测或拌和楼检测变异性均不大，但其变异性会影响沥青混合料的毛体积密度、空隙率、稳定度和沥青饱和度。

2) 沥青混合料级配变异性整体上随着筛孔直径的减小而增大，本文依托项目中，上面层在0.6 mm筛孔粒径上变异系数最大，0.075 mm筛孔粒径上变异系数最小。级配变异性也会影响路面平整度，经过灰色关联分析，9.5 mm和4.75 mm筛孔通过率变异性对平整度影响程度最大。

3) 温度变异性的影响因素主要有集料干湿程度、沥青拌和楼设备以及沥青混合料出场温度的设定。

[1] 燕海峰.基于非均匀性的沥青路面施工质量控制与评价研究[D].西安:长安大学,2011.

[2] 扈惠敏.沥青路面施工质量变异性研究[D].西安:长安大学,2005.

[3] 韩亚丽.基于控制材料变异的沥青混凝土施工质量控制研究[D].哈尔滨:东北林业大学，2011.

[4] 刘洪海.高性能沥青混合料材料特性与施工技术研究[D].武汉: 武汉理工大学，2008.

[5] 张成.红外热像仪在沥青路面施工质量过程控制中的应用[D].西安:长安大学，2010.

[6] 陈瑜,薛永杰,朱文琪.武黄大修工程沥青面层材料变异性研究[J].武汉理工大学学报，2003(12):83-84.

[7] HASSAN M M. Variability and characteristics of recycled asphalt shingles sampled from different sources[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2014,26(4):748-754.

[8] MOHAMMAD L N, ELSEIFI M, COOPER S B, et al. Levels of variability in volumetric and mechanical properties of asphalt mixtures[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2013,25(10):1424-1431.

[9] BIJLEVELD F R, MILLER S R, DORÉE A G. Making operational strategies of asphalt teams explicit to reduce process variability[J].Journal of Construction Engineering & Management,2015,141(5):04015002.

[10] 万淼,吴少鹏,王子鹏，等.基于组分挥发与基团变化的沥青老化机制研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2017,41(4):673-677.