瀝青混合料離析評價方法的探討

馬 強，張 哲

（1.西部機場集團有限公司，陜西 西安 710075；2.山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

瀝青混合料離析評價方法的探討

馬 強1，張 哲2

（1.西部機場集團有限公司，陜西 西安 710075；2.山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

通過介紹瀝青混合料離析的產生、機理以及評價方法，探討了以目測法、最大理論密度、空隙率和圖像分析技術判別混合料離析的可能性，并提出了判別瀝青混合料離析的新方法。實踐表明，該方法對路面施工具有一定的指導作用。

瀝青混合料；離析；空隙率；圖像分析技術

在瀝青路面的多種早期損壞中，水損害是最為突出的一個病根。通常，水損壞是通過水的滲透來實現的。如果僅是表面層透水，則在路面的表層出現少許松散和坑槽；如果透水不僅發生在表面，則會引發更大面積和深度的松散及坑槽；當然，如果整個瀝青層都發生透水，則基層發生軟化，在動水壓力的進一步作用下，很快造成瀝青面層出現大量坑槽和下沉，進而降低路面預期的使用性能。造成瀝青路面出現水損害的原因很多，而其中瀝青混合料的離析及不均勻問題是其中最為重要的一個因素。

瀝青混合料的不均勻主要是由于瀝青混合料組分變異、施工溫度離析和碾壓工藝控制不當所致，在這些因素中，最為嚴重的影響因素是瀝青混合料組分的變異。瀝青混合料的組分變異主要體現為級配離析，是指熱拌瀝青混合料各組成部分在路面分布不均勻，從而偏離了設計級配，使瀝青路面的質量失去了控制；進而出現粗集料聚集區空隙率過大，瀝青含量偏低，導致路面出現水損害以及坑槽等早期損害現象；相反，細集料聚集區則往往瀝青含量較高，空隙率過小，很容易導致路面的永久變形，并出現泛油等現象。

1 國內外研究現狀

目前國內對瀝青混合料離析的定量評價還較少，除同濟大學孫立軍教授等人的研究成果外，其他有關離析評價的文獻資料主要集中在國外。

1997年，密歇根州立大學研究者完成了用離散的核子密度儀度量的方法判別線狀離析的研究，并建議密歇根州交通運輸部采納其作為質量控制的程序。在此期間，這種方法在堪薩斯州交通運輸部也得到了應用。

2000年，在NCHRP項目“熱拌瀝青路面離析”中，奧本大學國家瀝青研究中心提出試驗方法與規范，使用熱成像和ROSAN激光表面平整度儀去識別離析，評價其嚴重程度。

2001年，Tashman等人發表文章，通過把水平截面和豎直截面劃分成等面積的內外兩區域來研究混合料中粒徑大于2.36 mm的集料的離析狀況，選擇能夠描述這些區域內集料平均粒徑差異的參數來評價離析。

2003年的TRB上，Jay N Mwgoda,Geoffrey M.Rowe等人提出使用激光平整儀來識別瀝青路面的離析。他們在用此法所得的數據和鋪砂法所得的數據間建立相關的關系，并以此標定前者，來量化瀝青路面的表面離析。

2004年的TRB上，吳軍霞等人對用多元變量模型來評價瀝青混合料路面的離析進行了分析。提出瀝青混合料的離析程度能夠從其主要成分（空隙率、瀝青含量和級配）的變化上來預測，密實度的變化與離析的程度間有著很好的相關性。

上述離析評價方法相對于傳統的目測方法，雖然是客觀的、定量的，但是由于考慮問題的切入點不同，每一種測試方法也都有著其局限性，評價結果也多少會出現一些誤差，僅能部分地反映瀝青混合料離析的狀況。例如:通過激光表面平整儀，僅能夠評價瀝青表面層的離析狀況，而對路面在深度方向上的離析狀況卻無法獲取；核子密度儀使用的前提假設是離析區域里的混合料密度小，但這并未包括級配和最大密實曲線的相互關系；多元變量模型僅能提供相對結果，而不能獲得混合料中各成分具體的分布狀況。

因此，本文針對以上瀝青混合料離析分析方法的局限性，也為了能夠更好地使用參數來定量描述瀝青混合料的離析，提出了一種綜合評價離析的新方法。此方法對離析進行分階段考慮、分層次測試，能夠對離析的評價有一個更全面的認識。

2 離析的評價方法

2.1 主觀評價方法

瀝青混合料的離析反映在面層上時是比較容易用眼睛觀察到的，這是最直接的定性評價方法，通常根據粗細集料的集中程度進行判斷。這種方法簡單，易于操作，但是精度不高。尤其當公稱最大粒徑較小時，采用肉眼觀測進行評價會存在困難，而且這種方法受測試人員主觀意識的影響較大，因此在此方法很難實現時，可以采用測試瀝青表面構造深度的方法輔助進行。

離析主要是指粗、細集料的分離，在細集料集中的路面區域構造深度會較小，而粗集料集中的路面區域表面構造深度會較大，根據粗集料集中的程度，可以把離析分為輕微離析、中度離析和嚴重離析3種不同的程度。

離析的評價方法是以沒有發生離析的區域的構造深度為標準，求取其他區域的構造深度與它的比值，然后根據該比值來判斷離析的嚴重程度。沒有發生離析的區域的構造深度可以稱之為期望構造深度ETD，以此作為標準來判斷路面其他區域是否發生離析以及確定離析的程度。

表1 NCHRP 441離析評價標準 /mm

2.2 客觀評價方法

離析的直接后果是集料的空間分布不均勻，從而在一定局域內混合料的密度互不相同，因此很多資料顯示：可以采用精度較高的測試混合料密度的方法來對瀝青面層的離析進行定量描述。核子密度儀就是目前經常采用的儀器設備。通過核子密度儀測試不同位置混合料的密度，密度的波動范圍越大，說明此處的混合料離析較為嚴重。這樣可以根據密度測試結果的波動范圍，把瀝青混合料的離析劃分為若干個等級，等級相近的區域可以認為混合料的離析程度基本接近。

其次，當瀝青混合料發生離析時，集料以及瀝青分布不均勻，從而使得混合料的空隙率不同，因此空隙率也可以作為一項備用參數或定量參數來對瀝青混合料的離析進行較為客觀的評價。混合料的密度或空隙率可以作為評價瀝青混合料離析的一項指標，但是這樣的做法也會同樣碰到一些問題。即兩處瀝青混合料的密度及空隙率相同，也無法得出此兩處的瀝青混合料的離析程度一定相同。因為對于瀝青混合料而言，影響其密度和空隙率的參數很多，因此，此方法可以作為判斷離析程度的一項指標，而不能通過這項指標來完全得出離析的嚴重程度。

表2 離析評價指標及其容許變化范圍

2.3 圖像分析處理技術

離析主要是指集料或瀝青在混合料中發生不均勻分布，從而影響混合料性能的一種現象。因此研究混合料的離析，就是研究集料在混合料中的分布情況。理論上，均勻分布的瀝青混合料就是集料在空間上分布均勻，任意截面對稱的區域里面各檔集料的顆粒數目應該相同，其位置關于截面中心對稱。

在研究瀝青混合料中集料分布時，分別把各檔集料進行單獨考慮，其原因是如果把各檔集料進行整體考慮，由于不同檔集料在面積尺寸上相差過大，則計算結果誤差會很大。

若瀝青混合料是均勻的，則在該瀝青混合料的豎立和平面任意截面內，任一檔集料對平面中心點的轉距是一定的。因此可以得出以下公式：

Ii=mi×∑kin2

式中：Ii：截面上第i檔集料對中心點的轉距；

mi：截面上第i檔集料中單個集料顆粒的質量；

kin：第i檔集料中的第n個集料顆粒的質心坐標。

為了使圖像技術能夠在分析瀝青混合料離析中具有一定的可比性，在形式上更加直觀，在不影響分析結果的前提下，可以人為地把某一個瀝青層分為對稱的2n個區域，用對稱兩個區域顆粒的相對轉距差作為衡量瀝青混合料離析的程度。

Differenceni=｜Ii-I2i｜/（Ii+I2i）

其中，Differenceni為第n個截面上第i檔集料分布狀態指標，以此類推，可以相應地得出其他層位以及各檔料的集料分布狀態指標。最后，通過對各檔集料在空間不同位置的累計疊加，可以得出集料的總體分布狀態Difference。

Difference=∑∑ki×Differenceni

式中，ki為第i檔料的分布狀態對總體集料分布狀態的影響系數，在這里取其面積比。其次，第一個求和符號為對n個截面的集料分布狀態指標求和，第二個求和符號為對第n個截面上的i檔集料分布狀態指標求和。

ki=areani/∑area

式中，areani：第n個截面第i檔料的總面積；

∑area：第n個截面上各檔集料的總面積。根據以上的分析，集料分布狀態指標Differenc數值越小，則混合料離析就越小。理論上，無離析而絕對均勻的混合料的集料分布狀態指標在數值上應該等于0。因此在以后瀝青混合料離析的定量評價中，可以綜合考慮混合料水平截面和豎直截面上集料的分布狀態即可。

3 結論

考慮到瀝青混合料的離析給路面帶來的破壞作用，越來越多的分析技術和測試手段用于判斷瀝青混合料離析的嚴重程度。但截至目前為止，還沒有一項技術可以很簡單并準確地對混合料離析進行定量描述。

基于以上考慮，本文分別介紹了簡單及復雜的測試及分析手段，分階段、分層次地依次對瀝青混合料的離析進行了定性及定量的描述。可以發現，經過逐步地對混合料離析進行評價，通過以上的測試方法及分析技術可以很好地對離析有了更深層次的認識。

Discusses the Bituminous Mixture Segregation Assessment Method

Ma Qiang，Zhang Zhe

PThe cause，mechanism and assessment method of asphalt mixture is introduced in this paper,and the Monocular Photogrammetry，Max Aggregate density，air content of specimen and image processing technology is used to analyzing the segregation of asphalt mixture，also a new method is discussed.The result shows that this method have provided a certain basis to the construction of the pavement.

asphalt mixture；segregation；air content of specimen；image processing technology

U462.7

A

1000-8136(2010)35-0064-02

馬強，男，1983年出生，陜西商洛人，2008年畢業于長安大學，助理工程師。張哲，男，1983年出生，陜西渭南人，2008年畢業于長安大學，工程師。