芯樣空隙率與路面水損害的影響規(guī)律

黃永光 江紅 馬林 張青山 張龍

摘 要：該文通過取芯檢測瀝青混合料的空隙率，采用高溫浸水條件下的多輪車轍試驗研究空隙率和瀝青含量對路面水損害的影響規(guī)律。結(jié)果表明，行車帶處上、中面層車轍深度明顯大于路肩處的上、中面層的車轍深度；隨著空隙率（空洞）的增大車轍深度有較為明顯的增大；基于上、中面層空隙率的養(yǎng)護(hù)措施選擇原則為：空隙率6%～8%，采用“中”強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)措施；空隙率8%～12%時，采用“強(qiáng)”強(qiáng)度的養(yǎng)護(hù)措施；空隙率大于12%時，建議采用矯正性養(yǎng)護(hù)措施。研究成果為運(yùn)營期瀝青路面內(nèi)部缺陷的判別及養(yǎng)護(hù)措施的制定提供了重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：道路工程 瀝青路面 空隙率 水損害 芯樣

中圖分類號：U416 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（c）-0026-04

在國內(nèi)其他高速公路的進(jìn)一步的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瀝青路面水損害現(xiàn)象極其普遍，對路面結(jié)構(gòu)的危害極大。另外，初期水損害具有隱蔽性，根據(jù)現(xiàn)有的《公路技術(shù)狀況評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG H20-2007）中規(guī)定，主要檢測路面損壞、平整度、車轍、抗滑性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度五項指標(biāo)，很難判定路面初期水損害的發(fā)生與發(fā)展。這就需要一種全新的檢測方法來對初期水損害的發(fā)生與發(fā)展進(jìn)行相應(yīng)的評價[1-2]。

該文通過取芯檢測瀝青混合料的空隙率，采用高溫浸水條件下的多輪車轍試驗研究空隙率對路面水損害的影響規(guī)律。

1 試驗方法

CPN的全稱為多輪旋轉(zhuǎn)加載輪轍儀（Rotary Loaded Wheel Tester or Rutmeter）。CPN可以對直徑100mm及150mm 的馬歇爾試件、旋轉(zhuǎn)壓實試樣以及鉆芯取樣的試件的干、濕兩種狀態(tài)在可控溫度下進(jìn)行重復(fù)性、穩(wěn)定性高的車轍試驗評價，更接近于路面實際狀況。可以對路面各層抗車轍性能進(jìn)行評價通過旋轉(zhuǎn)的主動輪邊緣設(shè)置10個小的從動橡膠輪，主動輪轉(zhuǎn)動一周相當(dāng)加載的從動橡膠輪對試件加載10次，如圖1和圖2所示。每個小輪配置為125 N，計算接觸壓強(qiáng)為0.69 MPa，有干濕兩種運(yùn)行模式。對于芯樣的厚度選擇，要求大于4 cm，試驗溫度64 ℃，評判標(biāo)準(zhǔn)為小輪運(yùn)行16000次，試件車轍深度，或者試件車轍深度達(dá)6.35 mm時小輪運(yùn)行的次數(shù)。

對芯樣進(jìn)行連續(xù)切割，從上面層開始連續(xù)切割上面層5 cm，中面層5 cm如圖3，上、中面層分別進(jìn)行試驗。

2 試驗結(jié)果分析

按照上述試驗方法，對47個路肩處芯樣的上、中面層，15個行車帶芯樣的上、中面層試件進(jìn)行CPN試驗。比較如下（CPN試驗車轍深度單位為英寸轉(zhuǎn)為國際單位制mm）。

根據(jù)表1可以清楚的看到：

（1）路肩的上面層的車轍深度明顯小于中面層的車轍深度，這是由于上面層的材料抗車轍能力較中面層強(qiáng)，證明材料是決定路面抗車轍深度重要的因素。同時看出，此路段整體抗車轍性能良好，路況良好，這與用雷達(dá)波形圖所判斷結(jié)果一致（局部上面層有連續(xù)空洞，整體路況良好）。

（2）行車帶的上、中面層車轍深度明顯大于路肩處的上、中面層的車轍深度，即使行車帶的上面層的車轍深度也比路肩處的中面層車轍深度大。

在路肩的47個芯樣中其中16個計算空隙率為5%以下，31個計算空隙率（含空洞）為5%以上。

可以看出空隙率大于5%比空隙率小于5%的車轍深度大，因此隨著空隙率（空洞）的增大CPN車轍深度有較為明顯的增大，所以對空隙率與CPN車轍深度的關(guān)系進(jìn)行擬合回歸。

對路肩處上面層的47個數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除異常數(shù)據(jù)，對剔除異常數(shù)據(jù)后的38個數(shù)據(jù)建立空隙率與CPN車轍深度的關(guān)系（），得到圖4。

其中橫作標(biāo)為空隙率，縱坐標(biāo)為CPN車轍深度。

得到公式：

y=0.855e0.108x R2=0.684 （1）

從圖4中可以看出：

（1）當(dāng)空隙率<7%時，車轍深度集中在1.5 mm以下；

（2）當(dāng)空隙率>8%時，車轍深度急速增長；

賈娟等（2004）進(jìn)行了瀝青混合料車轍試驗方法比對分析，得出結(jié)論國際車轍RD（mm）與CPN有如下關(guān)系式[3]：

y=0.1205x+0.2499

R2 = 0.618 （2）

其中橫作標(biāo)為國際車轍深度RD（mm），縱坐標(biāo)為CPN車轍深度。

結(jié)合圖4與回歸擬合的關(guān)系式、國際車轍深度與CPN深度的關(guān)系，可得出表6。

對路肩處中面層的47個數(shù)據(jù)建立空隙率與CPN車轍深度的關(guān)系（），得到圖5。

其中橫作標(biāo)為空隙率，縱坐標(biāo)為CPN車轍深度。得到公式：

y=1.601e0.099x

R2=0.717 （3）

從圖5中可以看出：

（1）當(dāng)空隙率<8%時，車轍深度集中在2～3 mm；

（2）當(dāng)空隙率>8%時，車轍深度急速增長。

結(jié)合圖5與回歸擬合的關(guān)系式、國際車轍深度與CPN深度的關(guān)系，可得出表7。

3 結(jié)論

以路面芯樣為研究對象，采用采用高溫浸水條件下的多輪車轍試驗研究空隙率對路面水損害的影響規(guī)律；并給出了養(yǎng)護(hù)措施的建議。研究表明：

行車帶處上、中面層車轍深度明顯大于路肩處的上、中面層的車轍深度；隨著空隙率（空洞）的增大車轍深度有較為明顯的增大。對于路肩上面層，當(dāng)空隙率<7%時，車轍深度集中在1.5 mm以下，當(dāng)空隙率>8%時，車轍深度急速增長；對于路肩中面層，當(dāng)空隙率<8%時，車轍深度集中在2～3 mm，當(dāng)空隙率>8%時，車轍深度急速增長；基于上、中面層空隙率的養(yǎng)護(hù)措施選擇原則為：空隙率6～8%，采用“中”強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)措施；空隙率8%～12%時，采用“強(qiáng)”強(qiáng)度的養(yǎng)護(hù)措施；空隙率大于12%時，建議采用矯正性養(yǎng)護(hù)措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 沈金安，李福普，陳景.高速公路瀝青路面早期損壞分析與防治對策[M].人民交通出版社，2004.

[2] 張龍.基于探地雷達(dá)技術(shù)的瀝青路面早期水損害評價[D]，廣州：華南理工大學(xué)，2013.

[3] 賈娟，張肖寧.瀝青混合料車轍試驗方法的比較分析[J]，公路，2004（11），199-202.