瀝青混凝土路面離析評價方法新構(gòu)想

摘　要: 瀝青混凝土路面的離析狀況, 主要是由其混合料組成成分中集料的分布狀態(tài)所決定?；谶@一點, 在對目前的瀝青混凝土路面離析評價方法進行回顧的同時, 提出了瀝青混凝土路面離析評價方法的新構(gòu)想。

關(guān)鍵詞: 瀝青混凝土路面; 離析; 評價; 新構(gòu)想

    瀝青混合料的組成成分包括瀝青、集料、添加劑和空隙4部分。瀝青混凝土路面的離析是其混合料中組成成分分布不均勻性的綜合反映, 其中, 集料的分布不均勻性又是最主要的因素, 因為其他3個組成成分的分布狀態(tài)是由集料的分布狀態(tài)所決定的。

    在瀝青混合料的生產(chǎn)和攤鋪過程中, 離析一直是主要的問題。概括起來, 瀝青混凝土路面離析的評價方法有無損類與破損類之分。前者主要有視覺識別、鋪砂試驗、核子密度儀、熱成像、拖地雷達、激光斷面儀和地震波路面結(jié)構(gòu)分析等; 而后者主要有抽提篩分和截面分析等。

1　離析評價方法回顧

    基于已有的文獻資料, 本文主要評述幾種目前常用的無損類和最新破損類瀝青混凝土路面離析的評價方法。

1.1　無損類

    無損類都是在現(xiàn)場評價離析。

1.1.1　核子密度儀

    核子密度儀是通過描繪路面沿縱向的密度來識別離析區(qū)域的。此法的基本前提假設(shè)是離析區(qū)域的密度小。然而有文獻指出此法取得成功是有限的。

    因為: (1) 使用這些儀器的一般前提假設(shè)是混合料的密度隨著粗集料離析的加重而降低, 這一假設(shè)沒有考慮到級配和最大密實曲線的關(guān)系, 若現(xiàn)場配合比公式(JMF) 始于最大密實曲線之上, 當級配曲線向最大密實曲線移動時, 同類瀝青混合料中粗集料的分散可以產(chǎn)生更高的密實度; (2) 不同類的離析對測量的變異性有著不一樣的影響, 常用的石灰石顯著增加試驗的變異性, 而碎石對此卻沒有多大的影響, 如果混合料是由粗石灰石和細碎石組成, 在粗集料或細集料聚集地方, 試驗變異性結(jié)果的變化使充分識別或度量離析非常困難。

1.1.2　熱成像

    任何物體都散發(fā)具有能量的紅外線, 且能被紅外掃描器所接收。熱成像就是把這些紅外線轉(zhuǎn)換為電子脈沖, 然后經(jīng)過處理生成物體熱能量視圖。熱圖像的色彩可由用戶選擇, 代表路面溫度的不同變化,如: 藍色代表溫度較低區(qū)域, 紅色代表溫度較高區(qū)域。熱成像技術(shù)顯示高空隙率區(qū)域, 因為與集料和瀝青相比, 空氣的熱容量最小。假如重離析造成高空隙率, 則熱成像技術(shù)能夠很容易識別。

    該技術(shù)可用于瀝青混凝土路面的質(zhì)量控制,因為其可以在瀝青混凝土路面鋪筑的過程中使用。圖1和圖2 分別為某一熱圖像及其對應(yīng)的路面離析情況。

    2000年, NCHRPReport441中, 奧本大學國家瀝青技術(shù)研究中心在總結(jié)現(xiàn)有瀝青混凝土路面離析評價方法的基礎(chǔ)上, 提出使用紅外熱像儀和ROSAN激光斷面儀去識別評價路面離析的嚴重程度。報告根據(jù)紅外照相機的記錄, 劃分了不同離析程度時的溫度范圍, 如表1所示。

    運用此項技術(shù)的優(yōu)點: 能夠繪出整個攤鋪路面的熱量分布特征; 該技術(shù)能夠在施工過程中被應(yīng)用,其利于承包商對出現(xiàn)的問題進行及時補救; 有成熟的軟件提供進程控制圖, 業(yè)主利用其去接受或識別那些需要進一步試驗來判定離析類型和程度的區(qū)域。

    而不足之處: 此技術(shù)僅在路表面和接近路表面處有效; 溫度和級配離析都會顯示“冷”域, 這就需要進一步的試驗去更加準確地定義離析的類型; 試驗數(shù)據(jù)要在混合料第一次壓實前取得, 因為面層的壓實改變了表面熱量的特征; 此技術(shù)運用到施工后的路面評價是值得懷疑的, 因為來自舊路面的紅外線依賴路面吸收的太陽能; 需要一個標定過程, 確保不同相機以同等量級和敏感度記錄微差的溫度。

1.1.3　激光斷面儀

    激光斷面儀用于測量表面宏觀構(gòu)造已經(jīng)有好幾年了。該技術(shù)可用于瀝青混凝土路面的質(zhì)量保證。激光斷面儀工作原理與測量結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

    該法用于評價離析就是通過激光斷面儀所測得的表面構(gòu)造深度, 與事先假定的非離析區(qū)域里表面構(gòu)造深度之間的比較來劃分離析程度。NCHRPReport 441 中, 根據(jù)構(gòu)造比劃分離析區(qū)域的結(jié)果, 如表2所示。

    該技術(shù)的優(yōu)點之處: 因為該技術(shù)能夠以正常的行車速度操作, 所以能快速取得連續(xù)的縱表面構(gòu)造剖面圖; 能提供量化數(shù)據(jù), 可與非均勻表面構(gòu)造的視覺識別相對應(yīng); 設(shè)備便利可攜, 價格適宜, 且能被安裝在任何車輛上; 設(shè)備和分析軟件容易使用, 能提供所得數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析結(jié)果。

    缺點之處: 該技術(shù)只能測量瀝青混凝土路面的表面缺陷, 在深度方向上有關(guān)非均勻性的信息則無法獲取, 這就意味著需要第二種試驗方法去進一步定義非均勻區(qū)域里離析的類型與程度; 為得到較好的分辨率, 需要較慢的速度; 路面要干燥, 潮濕的路表面會改變激光束的反射; 可能統(tǒng)計是依賴混合料的類型, 這需要在使用該設(shè)備的試驗中得到評估。

1.2　破損類(Dest ruct ive test ing)

    盡管破損類基本上是在室內(nèi)評價離析, 但首先要現(xiàn)場取芯。

    2001年Tashman等人發(fā)表文章, 提出如何研究混合料中粒徑大于2.36mm集料的離析狀況。

    其方法是把混合料的水平截面和豎直截面劃分成等面積的內(nèi)外2個區(qū)域, 選擇能夠描述這些區(qū)域內(nèi)集料平均粒徑差異的參數(shù)來評價離析。

    基于數(shù)字圖像處理技術(shù), 2004 年Hunter等人在TRB上撰文, 提出評價混合料中集料離析的2 種方法。這2種方法都是通過比較截面上相等區(qū)域里集料累計面積值的大小來評價離析程度的。

    基于NCHRPReport441中的大量試驗數(shù)據(jù),2004年的TRB上, 吳軍霞(音譯)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, 提出瀝青混凝土路面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(yù)測,密實度的變化與離析的程度間有著很好的相關(guān)性。式(1) 用于預(yù)測密實度的變化(相對于非離析區(qū)域而言, 下同)。

    瀝青混凝土路面的離析狀況, 主要由其組成成分中集料的分布狀態(tài)所決定, 截面上集料的分布位置和分布數(shù)目決定了截面上集料的分布狀態(tài)。

    Tashman法和Hunter法雖能評價瀝青混凝土路面在深度方向上的離析狀況, 但它們的評價結(jié)果卻是部分的、不全面的, 因為這2種方法在考慮截面上集料的分布數(shù)目(累計的集料面積表示) 的同時,對集料的分布位置考慮得不多。多元變量模型僅能提供相對結(jié)果, 而不能獲得混合料中各成分具體的分布狀況。

2　離析評價方法新構(gòu)想

    對瀝青混凝土路面離析的評價就是對其混合料中集料的分布狀態(tài)的評價, 包括集料的分布位置和分布數(shù)量。理論上, 均勻的瀝青混合料就是在瀝青混合料的任一截面上, 任意關(guān)于截面中心對稱的任意區(qū)域里各檔集料的顆粒數(shù)目相等, 位置關(guān)于截面中心對稱。

2.1　集料分布位置

    若瀝青混合料是均勻的, 則在該瀝青混合料的任一截面上, 各檔集料重心(質(zhì)心) 都應(yīng)與該截面幾何中心重合。

    根據(jù)2點間距離公式, 計算截面上各檔集料與該截面幾何中心的偏差。

2.2　集料分布數(shù)目

    若瀝青混合料是均勻的, 則在該瀝青混合料的任一截面上, 關(guān)于截面中心對稱的任意區(qū)域里各檔集料的顆粒數(shù)目相等。

    根據(jù)標準差, 計算截面上各檔集料分布數(shù)目的狀態(tài)參數(shù)。

2.3　截面上集料的離析狀態(tài)

    根據(jù)截面上集料的分布位置和分布數(shù)目, 計算截面上集料的離析狀態(tài)。

2.4　混合料整體離析狀態(tài)

    單一截面上集料的分布狀態(tài)不能代表整個試件中集料的分布狀態(tài)。因此, 為減少這類誤差, 需要做同一試件的一組平行截面, 如平行的水平截面或豎直截面, 取均值來代表整體情況。試件的具體劃分形式如圖5和圖6所示。

    一組水平截面上集料分布狀態(tài)的均值代表該試件中集料在水平方向上的分布狀態(tài), 而一組豎直截面上集料分布狀態(tài)的均值則代表該試件中集料在豎直方向上的分布狀態(tài)。綜合集料在水平和豎直方向上的分布狀態(tài), 來研究集料在試件整體中的分布狀態(tài), 評價離析狀態(tài)。

3　結(jié)語

    準確、迅速、客觀、定量地評價瀝青混凝土路面的離析狀況是比較困難的。通過對現(xiàn)有文獻資料的研究, 發(fā)現(xiàn)目前的瀝青混凝土路面離析評價方法都或多或少地存在不足, 不能準確地評價瀝青混凝土路面的離析狀況。瀝青混凝土路面的離析狀況, 主要是由混合料組成成分中集料的分布狀態(tài)所決定?；跒r青混合料中集料的分布狀態(tài), 對瀝青混凝土路面離析進行評價的構(gòu)想是可行的。