基于空隙率分布的瀝青路面離析評(píng)價(jià)法的研究

陳小龍

（1.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.公路交通節(jié)能環(huán)保技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心，安徽 合肥 230088）

瀝青路面離析主要分為兩類：級(jí)配離析和溫度離析。級(jí)配離析是指粗集料、細(xì)集料和瀝青含量在此區(qū)域分布不均，這就導(dǎo)致瀝青混合料的實(shí)際級(jí)配與設(shè)計(jì)級(jí)配不符，從而使得性能下降。空隙率越來越大，同時(shí)瀝青含量越來越低，粗骨料積聚在一起，從而導(dǎo)致了早期水損壞。相反情況下，空隙率越來越小，同時(shí)瀝青含量越來越高，細(xì)集料就積聚在一起，這就導(dǎo)致了早期車轍。

溫度離析是指瀝青混合料中溫度不均勻，這也將導(dǎo)致性能下降。溫度離析是瀝青路面周期性離析的主要原因。研究表明，瀝青的密度與攤鋪溫度有一定的聯(lián)系。在發(fā)生溫度離析的地方，瀝青的密度分布也將變得不均勻。

1 瀝青路面的現(xiàn)有離析評(píng)價(jià)法

由于缺少有效的離析評(píng)價(jià)方法，所以在很長的一段時(shí)間內(nèi)一直使用并不可靠的目測(cè)法。路面結(jié)構(gòu)檢測(cè)法能科學(xué)而準(zhǔn)確的反映路面離析，但是它不能反映溫度離析的影響。美國國家瀝青技術(shù)研究中心使用紅外測(cè)溫儀來測(cè)試鋪筑期間的路面離析，但是紅外測(cè)溫法必須在路面鋪筑期間才能進(jìn)行，這就帶來了很大的不便。

大量研究表明，兩種形式的離析（級(jí)配離析和溫度離析）都導(dǎo)致了空隙率的不均勻分布。因此通過測(cè)試空隙率的分布就可以評(píng)價(jià)瀝青路面的離析。

2 基于空隙率分布評(píng)價(jià)離析程度

2.1 原理

空隙率是瀝青路面的一個(gè)非常重要的體積特性。合理的空隙率是瀝青路面能長期使用的保證。工程質(zhì)量很好的瀝青路面必須具有均勻分布的空隙率。同時(shí)，空隙率的分布能夠影響兩類離析。所以，可以使用空隙率分布來評(píng)價(jià)瀝青路面的離析程度。

最近幾年的大量研究表明：為了獲得密級(jí)配瀝青混凝土的初始?jí)簩?shí)度和長期使用性能，上面層的初始空隙率應(yīng)不能超過6%，開放交通后的最終空隙率應(yīng)超過3%；中面層和下面層的初始空隙率應(yīng)不超過7%,開放交通后的最終空隙率應(yīng)超過3%。所以在考慮輔助壓實(shí)后，采用空隙率限制系數(shù)來確定離析程度，系數(shù)如表1所示。

空隙率限制系數(shù) 表1

然后，為分析瀝青路面的離析程度，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差并繪出經(jīng)驗(yàn)頻率分布圖。

2.2 密度測(cè)量

空隙率影響瀝青路面的密度。通過測(cè)量密度就可以反應(yīng)出空隙率的分布。現(xiàn)有的密度測(cè)量有取芯密度測(cè)量和無核密度測(cè)量。取芯密度測(cè)量具有很高的準(zhǔn)確性，但是它很耗時(shí)而且還將破壞瀝青路面結(jié)構(gòu)。然而，使用空隙率分布來評(píng)價(jià)瀝青路面的離析程度需要一個(gè)充分、快速、準(zhǔn)確和非破壞性的方法來獲取數(shù)據(jù)。

無核密度儀每3s獲得一個(gè)讀數(shù)，并且偏差少于2%，持續(xù)工作時(shí)間超過12h。大量結(jié)果表明無核密度儀的讀數(shù)與取芯密度具有很高的相關(guān)性，偏差少于40kg/m3。因此，采用無核密度儀能夠達(dá)到離析評(píng)價(jià)所需的要求。

2.3 測(cè)量方法

每隔0.5m測(cè)量一條行車道寬11.75m的高速公路下面層的密度，距離內(nèi)側(cè)路緣石0.5m、1m、1.5m、…、11m。為了使空隙率分布具有代表性，每次的測(cè)量長度應(yīng)該超過50m。

3 離析程度的評(píng)價(jià)

采用上述測(cè)量方法來測(cè)量某一高速公路斷面A和B下面層的密度分布。根據(jù)瀝青混合料的最大理論密度可以計(jì)算出空隙率分布情況，并記錄在表2中。

離析程度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果 表2

斷面A和B空隙率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差如表3所示。

斷面A和B空隙率的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差 表3

從表2和表3可知，斷面A的性質(zhì)比斷面B的性質(zhì)要好得多。在斷面B中，輕度和嚴(yán)重離析占47.4%，幾乎一半；并且標(biāo)準(zhǔn)差比斷面A大一倍，這表明離析是很嚴(yán)重的。

斷面A和B空隙率分布的實(shí)驗(yàn)頻率分布圖如圖1、圖2所示。

為了分析斷面B嚴(yán)重離析的原因，根據(jù)孔隙率分布圖，行車道中間和邊緣的空隙率很大，這導(dǎo)致了路面的嚴(yán)重離析。在施工過程中，如果攤鋪機(jī)螺旋漿中的瀝青混合料含量不合適，或者葉輪的位置不恰當(dāng)，就會(huì)發(fā)生粗集料離析。在粗骨料聚集的地方，空隙率也變得越來越大。

4 結(jié)論

通過無核密度儀，使用空隙率分布來評(píng)價(jià)瀝青路面的離析程度具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（橫坐標(biāo)：空隙率；縱坐標(biāo)：頻率）

①它可以直接反映出兩類離析（級(jí)配離析和溫度離析）的結(jié)果；

②使用空隙率分布來評(píng)價(jià)瀝青路面的離析程度具有高速、準(zhǔn)確和無破壞性的優(yōu)點(diǎn)，而這達(dá)到了離析評(píng)價(jià)的要求；

③離析評(píng)價(jià)結(jié)果是準(zhǔn)確和可靠的；

④使用離析區(qū)域草圖能夠幫助分析離析的原因。