揭陽-惠來高速公路瀝青路面材料變異性研究*

唐雅莉 林 豪 吳少鵬 萬貴穩(wěn)

(1.廣東省南粵交通揭惠高速公路管理中心 揭陽 515325; 2.武漢理工大學材料科學與工程學院 武漢 430070;3.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室 武漢 430070)

我國瀝青路面完工后，使用時間遠達不到設(shè)計的年限，一旦發(fā)生破壞則需投入大量養(yǎng)護維修費用。因此，為保證瀝青路面質(zhì)量，需要對各方面的影響因素進行控制，通過控制各項影響因素的變異性范圍，防止類似返工事件的發(fā)生。

近年來，國內(nèi)外學者對瀝青路面材料變異性開展了廣泛的研究。燕海峰[1]針對施工非均勻性，提出了路面施工非均勻性控制方法與評價標準。扈惠敏[2]分析了瀝青混合料施工溫度的變異性及其影響因素，提出了瀝青路面合理施工溫度的確定方法。韓亞麗[3]結(jié)合動態(tài)控制方法從控制材料變異著手，實現(xiàn)對瀝青混凝土路面施工的控制。劉紅海[4]系統(tǒng)研究了在高速公路建設(shè)中瀝青路面混合料的施工特性、設(shè)備應(yīng)具備的性能，設(shè)備之間的匹配關(guān)系，設(shè)備與材料之間的相互作用特性等。張成[5]通過使用紅外熱象儀對瀝青混合料施工各個階段進行溫度檢測，檢測瀝青混合料某一區(qū)域是否發(fā)生溫度離析。陳瑜[6]等對路面材料的設(shè)計參數(shù)進行了變異性分析。Hassan等[7]研究了回收瀝青混凝土的變異性及描述其流動性能

和分子組成。Mohammad等[8]依據(jù)承包商現(xiàn)有測試數(shù)據(jù)量化了密集配瀝青混合料體積性能的變異程度及變異原因。Bijleveld等[9-10]為克服關(guān)于現(xiàn)場施工過程中的知識差距，提出了一個框架并利用技術(shù)對現(xiàn)場活動和關(guān)鍵參數(shù)進行系統(tǒng)的監(jiān)測與描繪。

本文擬對揭惠高速瀝青路面上面層瀝青用量、級配及施工溫度的變異性進行研究，提出相應(yīng)的控制措施。

1 瀝青用量變異性

1.1 瀝青用量變異性分析

瀝青用量影響瀝青混合料的性能表現(xiàn)在當其含量較少時，不能完全包裹集料表面，集料間粘結(jié)性較差，混合料的強度較低；反之，多余的瀝青形成自由瀝青，其潤滑作用明顯，減小了礦料間的內(nèi)摩阻力，瀝青混合料強度下降。揭惠高還上面層瀝青用量變異性分析，通過2種檢測方法對部分上面層樣本統(tǒng)計而得到結(jié)果。

表1 揭惠高速上面層瀝青用量變異性

由表1可見，總體上瀝青含量變異性較小，拌和樓檢測數(shù)據(jù)變異系數(shù)0.012比燃燒爐檢測數(shù)據(jù)變異系數(shù)0.035小。表2為不同瀝青用量下的體積指標，圖1至圖4分別表示毛體積密度、穩(wěn)定度、空隙率及瀝青飽和度與瀝青用量之間的關(guān)系。

表2 瀝青用量對馬歇爾體積指標影響

圖1 毛體積密度與瀝青用量的關(guān)系

圖2 穩(wěn)定度與瀝青用量的關(guān)系

圖3 空隙率與瀝青用量的關(guān)系

圖4 瀝青飽和度與瀝青用量的關(guān)系

1.2 瀝青用量變異性控制措施

1) 取樣均勻。攤鋪現(xiàn)場取樣時，若取得細集料偏多，則檢測出的瀝青用量偏高；若取得的粗集料偏多，則檢測出的瀝青用量偏低。

2) 控制拌和過程中瀝青加熱的溫度。瀝青加熱溫度會影響到計量系統(tǒng)的精度，因此要使溫度計精準，穩(wěn)定控制加熱溫度。

3) 燃燒爐試驗前需要標定，提高試驗準確性。

4) 瀝青拌和樓稱量系統(tǒng)的精度。計量系統(tǒng)的誤差會極大影響瀝青用量，從而影響生產(chǎn)質(zhì)量。

2 級配變異性

2.1 級配變異性數(shù)據(jù)分析

統(tǒng)計某段時間內(nèi)施工過程中瀝青混合料級配檢測數(shù)據(jù)，分析其變異系數(shù)，結(jié)果見表3。

表3 級配變異性

由表3可見，上面層AC-16各篩孔的變異系數(shù)在0.022 6～0.092 8之間，變異系數(shù)最大的篩孔是0.6 mm篩孔，最小的篩孔是0.075 mm篩孔；整體趨勢是變異系數(shù)越來越大，0.075 mm篩孔變異系數(shù)最小說明生產(chǎn)的礦粉級配十分穩(wěn)定。

2.2 級配變異性對平整度的影響

瀝青路面的平整度是影響行車舒適性與安全性的第一要素，同時路面不平整會加速輪胎磨損和燃油消耗，因此平整度是施工質(zhì)量檢測中的重要指標。級配變異性對平整度也有一定影響，將各樁號路段簡記為標號1，2，…，8，統(tǒng)計各標號級配下對應(yīng)的平整度均值及變異系數(shù)，結(jié)果見表4所示。

表4 級配變異性與平整度關(guān)系

由表4得出1標平整度平均值最小為0.631，5標的平整度變異系數(shù)最小。用灰色關(guān)聯(lián)分析各檔通過率變異性對平整度的影響，從9.5 mm篩孔到0.075 mm篩孔的灰色關(guān)聯(lián)度依次為：ξ1=0.830，ξ2=0.814，ξ3=0.782，ξ4,=0.688，ξ5=0.597，ξ6=0.770，ξ7=0.056，ξ8=0.027。不同篩孔通過率對平整度影響程度為：P9.5>P4.75>P2.36>P0.3>P1.18>P0.6>P0.15>P0.075。即9.5 mm和4.75 mm的通過率對平整度的影響最大。

3 溫度變異性

3.1 變異性分析

瀝青施工時有一定的施工溫度要求，溫度過高會使瀝青老化加快并且降低瀝青路面的耐久性，而溫度過低會使路面難以壓實。

表5 上面層瀝青混合料施工溫度變異性 ℃

由表5可見，出場溫度及復(fù)壓溫度變異系數(shù)較大，均為0.011 9；攤鋪溫度與初壓溫度控制較好，變異系數(shù)較小，為0.008 3以下；終壓溫度變異性最大，變異系數(shù)為0.013 9。

3.2 溫度變異性的影響因素

1) 集料干濕程度的影響。若使用較為潮濕的集料，含水量增加，干燥滾筒不能在工作時間內(nèi)使集料干燥，從而引起瀝青混合料出場溫度的變異性。

2) 瀝青拌和樓設(shè)備的影響。瀝青的存儲、保溫與加熱都離不開瀝青保溫罐，瀝青保溫罐加熱裝置的功能會對瀝青混合料溫度穩(wěn)定性有較大影響。礦料的加熱依靠燃燒器與干燥滾筒，決定了礦料的加熱溫度，影響混合料的出場溫度。冷料由冷料倉放出由傳送帶送入干燥滾筒，冷料配料的精度影響了瀝青混合料的級配，影響出場溫度。

4 結(jié)論

1) 瀝青含量用燃燒爐試驗檢測或拌和樓檢測變異性均不大，但其變異性會影響瀝青混合料的毛體積密度、空隙率、穩(wěn)定度和瀝青飽和度。

2) 瀝青混合料級配變異性整體上隨著篩孔直徑的減小而增大，本文依托項目中，上面層在0.6 mm篩孔粒徑上變異系數(shù)最大，0.075 mm篩孔粒徑上變異系數(shù)最小。級配變異性也會影響路面平整度，經(jīng)過灰色關(guān)聯(lián)分析，9.5 mm和4.75 mm篩孔通過率變異性對平整度影響程度最大。

3) 溫度變異性的影響因素主要有集料干濕程度、瀝青拌和樓設(shè)備以及瀝青混合料出場溫度的設(shè)定。

[1] 燕海峰.基于非均勻性的瀝青路面施工質(zhì)量控制與評價研究[D].西安:長安大學,2011.

[2] 扈惠敏.瀝青路面施工質(zhì)量變異性研究[D].西安:長安大學,2005.

[3] 韓亞麗.基于控制材料變異的瀝青混凝土施工質(zhì)量控制研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學，2011.

[4] 劉洪海.高性能瀝青混合料材料特性與施工技術(shù)研究[D].武漢: 武漢理工大學，2008.

[5] 張成.紅外熱像儀在瀝青路面施工質(zhì)量過程控制中的應(yīng)用[D].西安:長安大學，2010.

[6] 陳瑜,薛永杰,朱文琪.武黃大修工程瀝青面層材料變異性研究[J].武漢理工大學學報，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] 萬淼,吳少鵬,王子鵬，等.基于組分揮發(fā)與基團變化的瀝青老化機制研究[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2017,41(4):673-677.