AC-13瀝青面層構(gòu)造深度衰變規(guī)律研究

趙秀文

（忻阜高速公路建設(shè)管理處，山西 五臺(tái) 035514）

1 國(guó)內(nèi)外研究背景

瀝青混合料耐久性、動(dòng)態(tài)模量及宏觀構(gòu)造深度（MPD）[1]會(huì)受到級(jí)配影響，不同級(jí)配的瀝青混合料表面紋理差異較大，當(dāng)級(jí)配曲線遠(yuǎn)離最大密度線時(shí)，礦料間隙率（VMA）增加，從而形成更高的紋理粗糙度[2]。目前從設(shè)計(jì)和施工階段預(yù)測(cè)路面構(gòu)造深度的技術(shù)幾乎沒(méi)有，所以研究路面構(gòu)造深度與級(jí)配及瀝青含量的關(guān)系有著重要的意義。

2 多元非線性回歸模型

為研究路面構(gòu)造深度與瀝青含量、級(jí)配的關(guān)系，本文采用多元非線性回歸模型分析其關(guān)系，多元非線性回歸模型可以同時(shí)分析多個(gè)自變量變化時(shí)對(duì)因變量的影響層度。MATLAB作為一種商業(yè)軟件，是集數(shù)據(jù)可視化、算法開(kāi)發(fā)、數(shù)值計(jì)算、數(shù)據(jù)分析為一體的高級(jí)運(yùn)算軟件，其自帶的多元非線性回歸模型可以同時(shí)分析數(shù)據(jù)偏差、擬合數(shù)據(jù)方程、剔除變異性較大數(shù)據(jù)，同時(shí)提供函數(shù)模型修正平臺(tái)，為其在工程實(shí)踐中的應(yīng)用提供便利，本文通過(guò)分析路面構(gòu)造深度與各變量間的關(guān)系，有效擬合出AC-13瀝青路面構(gòu)造深度的預(yù)測(cè)方程[3]。

3 AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度預(yù)測(cè)方程

為研究AC-13瀝青路面初始構(gòu)造深度與級(jí)配和瀝青含量的關(guān)系，在 A、B、C、D、E、F 標(biāo)段 AC-13混合料施工過(guò)程中隨機(jī)取樣并在現(xiàn)場(chǎng)作標(biāo)記，通過(guò)試驗(yàn)得到級(jí)配和瀝青含量，并于次日在已標(biāo)記路段取芯分析壓實(shí)度，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)路面構(gòu)造深度，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 混合料級(jí)配 %

表2 實(shí)測(cè)空隙率與構(gòu)造深度（TD）

級(jí)配與最大密度線的距離通過(guò)計(jì)算各篩孔通過(guò)率與最大密度線的加權(quán)平均值得到，公式如式（1）：

式中：E為距離最大密度線的加權(quán)平均值；SivS為篩孔直徑；MaxAgg為集料最大粒徑；%pass為各篩孔通過(guò)率。

根據(jù)結(jié)果得知AC-13瀝青路面構(gòu)造深度同時(shí)受瀝青含量和級(jí)配的影響，瀝青路面平均斷面深度與瀝青含量（Pb）及值關(guān)系如式（2）：

式中：TD為路面平均構(gòu)造深度；Pb為瀝青含量。

根據(jù)上述平均構(gòu)造深度與Pb、E的關(guān)系計(jì)算各標(biāo)段路面構(gòu)造深度預(yù)測(cè)值的結(jié)果見(jiàn)表3、圖1。

表3 各標(biāo)AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度計(jì)算值 mm

圖1 構(gòu)造深度實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值關(guān)系（一）

根據(jù)上述分析過(guò)程可以得出，各標(biāo)段瀝青路面平均構(gòu)造深度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值相關(guān)性為0.85，其中C標(biāo)偏離較大，這是由于C標(biāo)在施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)溫度較低，壓實(shí)度不足，C標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)取芯測(cè)得空隙率為8.7%，大于規(guī)范要求的7%。在排除C標(biāo)對(duì)其結(jié)果影響的情況下，分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 構(gòu)造深度實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值關(guān)系（二）

由圖2可以得知，在施工現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度滿足規(guī)范要求的情況下，AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度實(shí)測(cè)值與計(jì)算值回歸系數(shù)接近1，由此可見(jiàn)通過(guò)集料級(jí)配和瀝青含量可以很好地預(yù)測(cè)AC-13混合料施工現(xiàn)場(chǎng)的構(gòu)造深度，從而為瀝青混合料抗滑性能設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。

4 AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度與交通量的關(guān)系

瀝青路面在通車后隨著交通軸載作用次數(shù)的增加，會(huì)導(dǎo)致路面產(chǎn)生不同程度的磨損，路表粗糙度下降，從而影響到車輛雨天的行車安全性。同一公路沿線不同區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，使得交通量差別較為明顯，如A標(biāo)段內(nèi)設(shè)有鋼廠，在A標(biāo)部分路段上行車輛滿載原材料，下行車輛為空載；B標(biāo)中段設(shè)有水泥廠，上行車輛滿載礦石，下行為空載車輛。為研究AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度衰變與交通量的關(guān)系，在該路段通車后使用現(xiàn)場(chǎng)攝像的方式連續(xù)調(diào)查7 d交通量，A標(biāo)段上行（滿載）路段用A1表示，下行（空載）路段用A2表示，B標(biāo)段上行（滿載）路段用B1表示，下行（空載）路段用B2表示，選取各斷面7 d的平均交通量進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 交通量調(diào)查結(jié)果

在A標(biāo)、B標(biāo)開(kāi)放交通前、通車半年、通車一年后，分別在上行、下行路段選取測(cè)試點(diǎn)，用鋪砂法得到路面構(gòu)造深度如表5所示，上、下行路段路面構(gòu)造深度隨時(shí)間衰變規(guī)律見(jiàn)圖3。

表5 構(gòu)造深度測(cè)試值

圖3 不同軸載作用下構(gòu)造深度隨時(shí)間衰變規(guī)律

由上述分析可以得知，構(gòu)造深度的衰減是在交通量和時(shí)間等多重因素的耦合作用下產(chǎn)生的，同一標(biāo)段，交通量越大，構(gòu)造深度衰變?cè)矫黠@，在通車半年時(shí)間內(nèi)，A標(biāo)滿載方向構(gòu)造深度衰減量是空載方向衰減量的1.7倍，B標(biāo)滿載方向構(gòu)造深度衰減量是空載方向衰減量的1.3倍，為了滿足車輛雨天的行車安全，需要在瀝青路面設(shè)計(jì)過(guò)程中利用構(gòu)造深度與級(jí)配和瀝青含量的關(guān)系對(duì)重載交通方向路面構(gòu)造深度重點(diǎn)考慮。

5 AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度隨時(shí)間衰變規(guī)律

根據(jù)上面分析可以得知構(gòu)造深度衰變與交通量和時(shí)間等有關(guān)，但是由于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，對(duì)初始交通量準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的難度很大，所以難以得到構(gòu)造深度的衰變與交通量的關(guān)系。在排除交通量對(duì)構(gòu)造深度的影響后，對(duì)D、E、F三個(gè)標(biāo)段進(jìn)行分析，為了研究瀝青混合料在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中路面構(gòu)造深度隨時(shí)間的變化規(guī)律，分別在開(kāi)放交通前、通車半年、一年后，運(yùn)用鋪砂法對(duì)各標(biāo)段路面構(gòu)造深度進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表6、圖4。

表6 構(gòu)造深度隨時(shí)間的變化值

圖4 構(gòu)造深度隨時(shí)間的變化

根據(jù)上述分析可以得知，各路段在運(yùn)營(yíng)半年后，構(gòu)造深度明顯下降，主要是由于車輛對(duì)路面的進(jìn)一步壓實(shí)造成的，在運(yùn)營(yíng)半年到一年的時(shí)間內(nèi)構(gòu)造深度下降較為緩和。

運(yùn)用Matlab分別對(duì)D、E、F三個(gè)標(biāo)段構(gòu)造深度與時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行了擬合，得到如圖5～圖7的擬合方程及相關(guān)性系數(shù)。

圖5 D標(biāo)構(gòu)造深度衰變規(guī)律

圖6 E標(biāo)構(gòu)造深度衰變規(guī)律

圖7 F標(biāo)構(gòu)造深度衰變規(guī)律

根據(jù)分析可知，不同標(biāo)段因級(jí)配類型、瀝青含量等的差異，導(dǎo)致構(gòu)造深度隨時(shí)間的衰變模型中的參數(shù)有所不同，所以使用同一模型對(duì)不同路段構(gòu)造深度衰變規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)有一定的難度。在通車半年時(shí)間內(nèi)各標(biāo)段構(gòu)造深度衰變量在14.1%～16.3%之間，通車半年到一年時(shí)間內(nèi)構(gòu)造深度衰變量在5.5%～9.0%間。

為保證車輛在雨天的行車安全性，在AC-13混合料設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)理論計(jì)算可以有效地預(yù)測(cè)AC-13瀝青混合料路面構(gòu)造深度，運(yùn)用構(gòu)造深度與級(jí)配、瀝青含量的非線性關(guān)系，在不影響瀝青混合料性能指標(biāo)的情況下，有目的調(diào)整瀝青混合料級(jí)配及瀝青含量以提高瀝青混合料的初始構(gòu)造深度，從而使得瀝青路面得到良好的抗滑性能。在提高路面構(gòu)造深度的同時(shí)，需考慮施工現(xiàn)場(chǎng)的壓實(shí)情況以及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，構(gòu)造深度增加會(huì)導(dǎo)致瀝青混合料現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)難度增大；同時(shí)瀝青路面宏觀空隙率增加，會(huì)造成雨天路面積水過(guò)多，導(dǎo)致路面抗水損壞性能降低，使得瀝青路面早期出現(xiàn)松散、裂縫等病害，所以有必要研究瀝青路面使用性能在構(gòu)造深度與降水量雙重作用下的衰變規(guī)律。

6 結(jié)論

瀝青路面抗滑性能與路面宏觀構(gòu)造深度有著密切的關(guān)系，通過(guò)研究AC-13瀝青混合料構(gòu)造深度與瀝青含量和瀝青混合料級(jí)配的關(guān)系、構(gòu)造深度受交通量的影響及構(gòu)造深度隨時(shí)間的衰變規(guī)律，得到如下結(jié)論：

a）在瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)度滿足要求的情況下，AC-13瀝青混合料初始構(gòu)造深度與瀝青含量和級(jí)配有著很好的相關(guān)性，運(yùn)用AC-13瀝青混合料路面構(gòu)造深度預(yù)測(cè)方程可以很好地預(yù)測(cè)瀝青路面初始構(gòu)造深度，預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值相關(guān)系數(shù)接近1。

b）瀝青路面設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到當(dāng)?shù)氐慕涤炅亢蜌夂驐l件，運(yùn)用AC-13瀝青混合料路面構(gòu)造深度預(yù)測(cè)方程，通過(guò)有目的對(duì)級(jí)配和瀝青含量進(jìn)行調(diào)整，從而提高路面抗滑性能。

c）路面構(gòu)造深度衰變規(guī)律是由交通量、通行時(shí)間等因素耦合作用下產(chǎn)生的，不同路段構(gòu)造深度衰變模型參數(shù)有所差異，難以用同一衰變模型對(duì)不同路段構(gòu)造深度衰變規(guī)律進(jìn)行預(yù)測(cè)。

d）通車半年時(shí)間AC-13瀝青路面段構(gòu)造深度衰變量在14.1%～16.3%之間，通車半年到一年時(shí)間內(nèi)構(gòu)造深度衰變量在5.5%～9.0%間。