淺談瀝青路面施工的非均勻性及檢測方法

【摘要】瀝青路面的非均勻性是造成路面早期局部損壞的最主要內在因素。造成瀝青路面不均勻的因素很多，混合料攤鋪的離析，碾壓的不均勻，厚度的不均勻等等，論文針對瀝青路面的非均勻性展開論述，探討了瀝青路面非均勻性的分類，路面非均勻性的形成機理及影響因素，最后介紹了瀝青路面非均勻性的檢測評價方法。

【關鍵詞】瀝青路面；非均勻性；離析；檢測方法

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）瀝青路面的非均勻性是指經過攤鋪壓實后的瀝青面層在一定區(qū)域范圍內材料組成與設計不符，并具有不同的性質，諸如瀝青混合料的級配組成、瀝青含量、空隙率、構造深度等存在不可接受的差異，從而使已鋪筑瀝青路面表現出不同的路用性能，局部區(qū)域甚至過早出現破壞。非均勻性現象在各種瀝青路面上普遍存在，嚴重降低了瀝青路面的使用質量和服務壽命，引起了各國道路界的廣泛關注。

（2）通常，瀝青混合料離析可能發(fā)生的階段包括集料的堆放、儲運和混合料的生產、儲存、運輸以及攤鋪過程。從表現形式上看非均勻性可能表現為橫向的、縱向的、豎向的和局部的，與路面施工過程中的質量變異有很大的關系。為了合理的區(qū)分瀝青路面上發(fā)生的非均勻性類型，及時分析產生非均勻性的原因，采取正確合理的質量控制措施，本節(jié)首先對路面非均勻性進行了分類，分析了非均勻性的形成機理以及影響因素，并以此提出非均勻性的檢測評價方法。

2. 路面非均勻性的分類

（1）國外文獻根據瀝青面層的離析現象的表現形式，將離析分為：端部離析、帶狀離析、接縫離析、塊狀離析、隨機性離析、溫度離析等。在一般研究中主要將混合料的離析分為級配離析和溫度離析。在NCHRP 9-11研究報告中，將離析的類型分為三類，一種是瀝青混合料在生產、儲運、攤鋪過程中產生的粗、細集料的不均勻分布即級配離析。另一種是溫度離析，即運料卡車邊沿和表面、攤鋪機兩翼混合料發(fā)生的溫度差異。還有一種離析是集料-瀝青離析，這種離析主要發(fā)生在SMA瀝青混合料中。瀝青路面非均勻性根據產生的原因主要可以分為集料離析、溫度離析以及碾壓工藝不合理導致的不均勻性三種類型，這幾種非均勻性現象最終的結果都是表現為瀝青路面在這些區(qū)域密度的變化。

（2）本研究根據瀝青路面非均勻性的特點以及其產生過程將瀝青混合料的非均勻性分為三類，即瀝青混合料的集料離析非均勻性和溫度離析非均勻性和弱壓實。將混合料中集料的不均勻分布定義為集料離析非均勻性，將傳統上的弱壓實劃分為由溫度引起的壓實非均勻性與由壓實功不足引起的壓實非均勻性。

2.1集料離析。

（1）瀝青混合料的集料非均勻性即集料離析，主要是指在瀝青路面上局部出現的粗集料或細集料分布不均勻的現象，這些位置瀝青混合料特性（如級配、瀝青含量、空隙率等）發(fā)生了變化。

（2）集料非均勻性包括粗集料離析和細集料離析：一般情況下，在粗集料離析區(qū)域粗集料較多，空隙率較大，瀝青含量偏低。通常，在粗集料離析區(qū)域易滲水，是發(fā)生剝落、松散、坑槽等局部早期破損的主要位置。細集料離析區(qū)域相對于無離析位置主要表現出來的是細集料集中，空隙率偏小，瀝青含量偏高。在細集料離析區(qū)域勁度較低，同時瀝青路面容易發(fā)生泛油、擁包、推移、車轍等病害。

（3）集料離析多是由于料源變化、工藝參數異動等引起的，通常是隨機分布的，有時候由于攤鋪寬度大，螺旋布料器運送混合料距離過長而造成粗、細集料的分離或攤鋪機受料斗收料時也可能在路面出現帶狀或片狀離析。在發(fā)生集料離析的區(qū)域，無論如何改進壓實工藝或增加壓實功，都難以達到要求的密度，離析現象很難改變，因此在發(fā)生集料離析現象后，應及時改進攤鋪方法調整攤鋪機設置。

2.2溫度離析。

（1）溫度離析主要是指瀝青混合料從運輸到碾壓完成中間所產生的局部溫度不均勻的現象。這種差異可能來自于卡車運料過程中邊緣熱量損失高于中部熱量損失所導致的溫度差，或者攤鋪機停機、運料車的等待以及碾壓不合理等所造成的局部溫度差異性。這些位置最終將產生路面密度的變異。

（2）溫度離析將導致局部低密度引起的，其混合料特征主要表現為空隙率發(fā)生了變化，而瀝青含量和級配并沒有發(fā)生大的變異。實際調查也發(fā)現，在發(fā)生溫度的區(qū)域一般只是密度小，空隙率較大，但是沒有明顯的集料分布不均勻的現象發(fā)生。在這些位置，雖然混合料級配、瀝青含量沒有發(fā)生大的變異，但是其空隙率較大，混合料沒有壓實形成一個穩(wěn)定可靠的結構，這些區(qū)域同樣會過早出現各種早期病害，如車轍，松散剝落、裂縫等。

2.3壓實度離析。

（1）瀝青混合料的壓實是瀝青路面生產建設中的關鍵環(huán)節(jié)，影響著瀝青路面的強度、穩(wěn)定性和耐久性等各項路用性能，關系瀝青路面服務壽命的長短。壓實度是瀝青路面非常重要的質量指標，許多高速公路發(fā)生的早期損害大都與壓實不足有關，

（2）弱壓實主要是指混合料級配于設計級配沒有發(fā)生離析偏差，但是密度偏小的區(qū)域。在這一區(qū)域主要是由于碾壓工藝不合理以及檢測過程中片面追求平整度，導致的瀝青路面出現欠壓實問題。

（3）一般產生壓實非均勻性的原因主要有兩個：一是瀝青混合料局部溫度降低，在有效碾壓溫度溫度范圍內，無法完成碾壓的狀況，即是傳統概念上的溫度離析，這里劃歸為溫度離析；二是壓實機械組合（或碾壓方法、碾壓遍數）不合理以及壓實功不足，引起區(qū)域性的低密度，即弱壓實現象。

3. 路面非均勻性的形成機理與影響因素

如前所述，非均勻性將會導致路面壓實度的下降、構造深度的變異性、并造成路面的早期松散、泛油、擁包等病害。本節(jié)試圖從非均勻性的表現形式入手，著重分析瀝青混合料施工非均勻性的產生原因以及影響因素。

3.1路面非均勻性的表現特征。

（1）瀝青路面非均勻性反映在內部則體現為空隙率的不均勻，反映在外部則體現表面構造深度的不均勻。

（2）從細觀角度分析，路面非均勻性即為混合料組分的各向同性發(fā)生的變化，其中混合料組分可概括為集料、瀝青與空隙率。芯樣內部表現為粗細集料的分布不均，或者空隙率的分布不均，相應的產生瀝青含量的分布不均。從宏觀角度分析，非均勻性可體現在表面構造深度的差異性，路面壓實度的變異性，以及新建路面表面的松散、油斑等。

（3）當瀝青混合料發(fā)生離析時，路面局部表現為粗集料集中或細集料集中、空隙率較大或空隙率很小，以及路面局部瀝青含量偏高或較低的現象。其中，細集料集中、瀝青含量高的區(qū)域高溫穩(wěn)定性差，易出現車轍、推移、擁抱等病害；粗集料集中、空隙率較大的區(qū)域會造成滲水，路面易產生坑槽，松散等病害。

3.2路面非均勻性的形成機理。

（1）瀝青路面的不均勻性一般是由多個原因引起的，存在原材料級配變異性較大的原因，混合料不均勻性的原因、裝料及運料過程中離析的原因，現場攤鋪機械產生離析的原因，碾壓工藝以及工序不合理產生離析的原因等。這些原因綜合起來將導致路面的集料離析與壓實度不均。

（2）瀝青路面工程建設中常把瀝青混合料的拌合生產基地稱為“后場”，把攤鋪碾壓現場稱為“前場”。經檢驗，后場在瀝青混合料批量生產過程中，與設計級配相比，生產級配往往產生了較大的偏離，主要體現在原材料顆粒組成變異性與拌合樓生產的變異性兩個方面；同時由于拌合樓控制穩(wěn)定性的原因，將造成初始瀝青混合料的溫度差異性；運輸產生的裝載離析現象較少發(fā)生，僅有當運距較大，會出現到場后內外部分溫度不均勻的現象；施工工藝和操作方式不當將產生嚴重的離析，其中不合理工藝包括，停機待料、梯形攤鋪速度差，搭接寬度控制不當，過快收斗和不及時碾壓等。

3.3路面非均勻性的影響因素。

3.3.1原材料質量波動造成的離析。

（1）衡量瀝青混合料生產質量的主要指標為集料級配與油石比，級配亦即混合料內部各種粒徑礦料應保持規(guī)定的比例關系。保持集料規(guī)格、特性的一致性是集料質量管理最主要的目標，集料規(guī)格的不一致會影響混合料級配的波動，導致瀝青含量的波動并偏離其最佳值，并造成瀝青攪拌設備生產的不穩(wěn)定（溢料和待料），從而影響成品料的生產質量。

（2）在我國公路建設中多家料場向一個標段供料的現象十分常見，由于不同料源采用的碎石機原理和結構形式不一樣，生產時會產生材料規(guī)格的變化。進場材料如果堆放不正確也會產生離析，對于用輸送帶堆料方式，大粒徑會滾動到料堆外側，細集料則會留在中間使粗細料發(fā)生離析。同樣卡車在料堆上卸料時也會發(fā)生類似的離析現象。

3.3.2青混合料運輸中的集料離析和溫度離析。

3.3.2.1運輸中產生集料離析。

瀝青混合料從貯料罐向運輸車里卸料時，由于高度落差，大骨料滾落在車廂附近，形成粗細集料第一次離析；在運輸過程中，如果遇到車輛顛簸、急剎車等情況，會造成混合料粗骨料滾向車廂兩側，形成粗細集料第二次離析；混合料從運輸車卸向攤鋪機時，大骨料滾落在攤鋪機料斗1/2附近，形成粗細集料的第三次離析。

3.3.2.2運輸中產生溫度離析。

（1）研究發(fā)現，采用紅外攝像分析儀進行了施工全過程跟蹤拍攝，監(jiān)測卡車經過整個運輸過程的熱量損失，整個車廂內部溫度降低較小，車廂邊緣溫度降低較大。形成了較大的溫差。最大相差可達70℃～80℃。

（2）在卡車卸料過程中，受料斗內殘留的混合料與卡車后端的混合料相混合，由于兩部分集料溫度均較低，將導致攤鋪路面出現局部溫度過低，發(fā)生嚴重的離析現象。同樣在攤鋪過程中，卡車向攤鋪機卸料同樣表現出溫度的變化，呈現出卸料開始和結束時溫度較低中間溫度高的現象。

3.3.3攤鋪機預壓實離析。

（1）攤鋪機橫向預壓實變化。

在瀝青混合料攤鋪機的工作裝置上，一般裝備有兩個振動裝置：振動器和振搗梁，用于對混合料進行初步的預壓實。在攤鋪寬度范圍內，離攤鋪機中心越遠熨平板的支撐剛度越弱，振動施加于瀝青混合料上的總作用力越小，這種壓實作用力的差異將造成沿著熨平板方向混合料的預壓實度的不同，這就引起壓實度離析。

（2）攤鋪機縱向預壓實變化。

目前生產的普通攤鋪機，其振動或振搗頻率并未實現與攤鋪速度的聯動控制，一旦熨平板的振動頻率或振搗器的頻率調定后，其頻率均保持恒定而與攤鋪速度快慢無關，除非操作人員重新進行調整。因而，當攤鋪速度明顯改變時，將造成鋪層初始密實度在行走方向發(fā)生變異，攤鋪速度越快，振動器經過個點的擊實次數越少，獲得的初始預壓密度越小。

3.3.4壓路機產生的碾壓離析。

（1）振動壓路機在碾壓過程中不可避免地會造成碾壓離析。例如：由于沿鋼輪寬度方向作用力不同，接近輪緣，材料的推移將使壓實功發(fā)生變化；碾壓過程中重疊寬度不均勻影響壓實功的均勻性；鋼輪碾壓過程中對鄰近鋼輪的材料產生推移產生密實度的變化；鋪層邊沿處無側限產生壓實功的變化；振動壓路機起振動或停振的過渡過程造成的壓實功變異。

（2）除上所因素外，振動壓路機在碾壓過程中的速度變化，振動頻率變化、起步、停機、轉彎、換向等均產生壓路機的縱向碾壓離析。

4. 路面非均勻性的檢測方法

選用合適的檢測技術是識別與控制路面非均勻性的基礎，本節(jié)將對各類非均勻性的檢測方法進行對比分析 ，優(yōu)選一種應用廣泛、適用性強的檢測方法，并以此確定路面非均勻性控制評價參數。

4.1集料離析檢測。

目前判斷集料離析的方法可以分為兩大類：即目測法和儀器法。盡管目測法快速簡單、不需專門設備，且為國內外大多瀝青路路面施工項目所使用，但是，其主觀性強，無法定量描述路面的離析程度，有必要提出定量客觀的集料離析評價方式。

4.1.1路表離析檢測。

（1）鋪砂法是用于量化視覺識別中路面表面宏觀構造的差異。鋪砂法簡單易行，且鋪沙法測得的路面構造深度與路面的非均勻性有較好的相關性。但是，鋪砂法比較耗時，測定結果受測試者主觀意志和測試方法的影響較大。

（2）激光紋理儀能夠對路面離析做到快速無破壞測量，但是測試結果只能獲得某一測定長度內的平均值，且為線狀測量，與鋪砂法檢測結果相關性不好，僅能作為輔助的路面離析評價方式。

（3）數字圖像技術采用普通數碼相機拍攝路面表面特征，經計算機圖像處理獲得具有面技術性的路表面構造深度信息，經研究與鋪砂法具有非常好的相關性，且經濟實用?？勺鳛楸砻骐x析的檢測方式。

4.1.2路面內部離析檢測。

（1）上述討論表面離析檢測技術只能確定路表的質量狀況，并不能反映整個路面層厚度上的質量狀況，因此，有必要提出能夠確定整個路面內部離析狀況的檢測方法。眾所周知，傳統取芯法能夠確定檢測確定路面的壓實度和密度，每200m鉆取一個芯樣，按室內標準密度的96%或最大理論密度的92%進行控制。該方法是我國目前施工質量管理與檢查驗收時普遍采用的方法。

（2）這種隨機抽樣的方法不能有效的檢測到瀝青路面上現實存在的離析，而且往往需要路面在施工完成后第二天才能進行檢測，存在結果的滯后性，不能及時的對施工過程質量進行實時動態(tài)的控制。另外，鉆取芯樣后在路面上遺留的坑洞如果人工填補壓實不足，往往成為路面破壞的源頭，而且取芯法得到結果后也無法得到發(fā)生離析的具體位置。因此，有必要提出一種能夠快速無損的檢測方式，與路表離析檢測方式結合使用，通過大樣本的測量（如密度檢測），確定路面的離析程度與數量。

（3）目前使用最為廣泛的無損檢測方法主要包括核子密度儀與無核密度儀。核子密度儀是通過測定路面瀝青混合料的密實度來間接識別路面非均勻性區(qū)域。通過設定一定的離析程度標準，核子密度儀可以根據檢測路段路面密度的變化范圍，定量確定路面的離析程度。核子密度儀能夠快速、連續(xù)、無損的進行檢測，但是核子密度儀具有放射性，檢測時需要專門的設備和人員。

（4）與核子密度儀原理相似，無核密度儀以其安全、可靠逐漸得到了越來越多的重視。無核密度儀是以測定路面結構的密度作為評價指標，可以通過大面積、快速、連續(xù)大量測點的檢測，反映出路面結構由于集料離析非均勻性、壓實非均勻性導致的密實程度變異。因此，無核密度儀是一種測量密度變異性比較可取的方法。

4.2溫度離析檢測。

（1）溫度離析是由于混合料不同部位溫度的差異導致壓實度的區(qū)域性變化。通過混合料溫度的測試，同樣是一種有效的離析檢測手段。目前較多使用來判別溫度離析的儀器主要有紅外成像儀（熱成像）、手持式測溫槍等。

（2）紅外熱像儀的優(yōu)點在于能夠快速實時的繪出整個攤鋪路面的熱量分布特征，能夠在整個混合料的鋪筑施工過程中應用，有利于施工單位對出現的問題進行及時補救。目前，紅外熱成像技術已經有成熟的軟件提供進程控制圖，該技術可以在瀝青路面鋪筑過程用于瀝青路面的質量控制。

4.3壓實度離析檢測。

（1）弱壓實是由于路面施工中壓實功的不足引起的路面壓實度的差異，往往弱壓實區(qū)域并不是集料離析的區(qū)域，因而，通過表面離析檢測方式無法判斷路面的弱壓實狀況，只有通過路面內部的離析檢測方式方可確定路面的弱壓實變異性。通過路面內部檢測方式的討論，建議采用無核密度儀檢測路面的弱壓實狀況。

（2）總上所述，采用無核密度儀檢測路面密度，結合數字圖像技術檢測路表構造深度，以及紅外成像儀檢測施工中的路面溫度，能夠較好的控制路面施工中的非均勻性問題。

5. 結論

本文介紹了幾種主要的早期病害，并分析了病害產生的原因，分析發(fā)現非均勻性是各種瀝青路面早期病害發(fā)生的主要誘因，而且瀝青路面上普遍存在的非均勻性嚴重降低了瀝青路面的使用性能和服務壽命。分析表明，施工中的各環(huán)節(jié)均對非均勻性有影響，良好的施工組織，以及嚴密的施工管理是減小非均勻性的有效手段。對比了各種非均勻檢測方法，提出了合適的非均勻性檢測技術。

[作者簡介] 王林濤（1982.07-），男，籍貫：湖北黃岡人，學歷：碩士，職稱：高級工程師，工作單位：重慶市市政設計研究院。