瀝青混凝土路面離析評(píng)價(jià)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(diǎn), 在對(duì)目前的瀝青混凝土路面離析評(píng)價(jià)方法進(jìn)行回顧的同時(shí), 提出了瀝青混凝土路面離析評(píng)價(jià)方法的新構(gòu)想。

關(guān)鍵詞: 瀝青混凝土路面; 離析; 評(píng)價(jià); 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?yàn)槠渌?個(gè)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(píng)價(jià)方法有無損類與破損類之分。前者主要有視覺識(shí)別、鋪砂試驗(yàn)、核子密度儀、熱成像、拖地雷達(dá)、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(píng)價(jià)方法回顧

    基于已有的文獻(xiàn)資料, 本文主要評(píng)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(píng)價(jià)方法。

1.1　無損類

    無損類都是在現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)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(shí)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(xiàn)指出此法取得成功是有限的。

    因?yàn)? (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(jí)配和最大密實(shí)曲線的關(guān)系, 若現(xiàn)場(chǎng)配合比公式(JMF) 始于最大密實(shí)曲線之上, 當(dāng)級(jí)配曲線向最大密實(shí)曲線移動(dòng)時(shí), 同類瀝青混合料中粗集料的分散可以產(chǎn)生更高的密實(shí)度; (2) 不同類的離析對(duì)測(cè)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(yàn)的變異性, 而碎石對(duì)此卻沒有多大的影響, 如果混合料是由粗石灰石和細(xì)碎石組成, 在粗集料或細(xì)集料聚集地方, 試驗(yàn)變異性結(jié)果的變化使充分識(shí)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(lán)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?yàn)榕c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(shí)別。

    該技術(shù)可用于瀝青混凝土路面的質(zhì)量控制,因?yàn)槠淇梢栽跒r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(duì)應(yīng)的路面離析情況。

    2000年, NCHRPReport441中, 奧本大學(xué)國(guó)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(píng)價(jià)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(shí)別評(píng)價(jià)路面離析的嚴(yán)重程度。報(bào)告根據(jù)紅外照相機(jī)的記錄, 劃分了不同離析程度時(shí)的溫度范圍, 如表1所示。

    運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn): 能夠繪出整個(gè)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(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行及時(shí)補(bǔ)救; 有成熟的軟件提供進(jìn)程控制圖, 業(yè)主利用其去接受或識(shí)別那些需要進(jìn)一步試驗(yàn)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(jí)配離析都會(huì)顯示“冷”域, 這就需要進(jìn)一步的試驗(yàn)去更加準(zhǔn)確地定義離析的類型; 試驗(yàn)數(shù)據(jù)要在混合料第一次壓實(shí)前取得, 因?yàn)槊鎸拥膲簩?shí)改變了表面熱量的特征; 此技術(shù)運(yùn)用到施工后的路面評(píng)價(jià)是值得懷疑的, 因?yàn)閬碜耘f路面的紅外線依賴路面吸收的太陽能; 需要一個(gè)標(biāo)定過程, 確保不同相機(jī)以同等量級(jí)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(cè)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(cè)量結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

    該法用于評(píng)價(jià)離析就是通過激光斷面儀所測(cè)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(diǎn)之處: 因?yàn)樵摷夹g(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(shí)別相對(duì)應(yīng); 設(shè)備便利可攜, 價(jià)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(jì)分析結(jié)果。

    缺點(diǎn)之處: 該技術(shù)只能測(cè)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(yàn)方法去進(jìn)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(huì)改變激光束的反射; 可能統(tǒng)計(jì)是依賴混合料的類型, 這需要在使用該設(shè)備的試驗(yàn)中得到評(píng)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(píng)價(jià)離析, 但首先要現(xiàn)場(chǎng)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(gè)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(jì)面積值的大小來評(píng)價(jià)離析程度的。

    基于NCHRPReport441中的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù),2004年的TRB上, 吳軍霞(音譯)等人對(duì)用多元變量模型來評(píng)價(jià)瀝青混合料路面的離析進(jìn)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(jí)配) 的變化上來預(yù)測(cè),密實(shí)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(cè)密實(shí)度的變化(相對(duì)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(píng)價(jià)瀝青混凝土路面在深度方向上的離析狀況, 但它們的評(píng)價(jià)結(jié)果卻是部分的、不全面的, 因?yàn)檫@2種方法在考慮截面上集料的分布數(shù)目(累計(jì)的集料面積表示) 的同時(shí),對(duì)集料的分布位置考慮得不多。多元變量模型僅能提供相對(duì)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(píng)價(jià)方法新構(gòu)想

    對(duì)瀝青混凝土路面離析的評(píng)價(jià)就是對(duì)其混合料中集料的分布狀態(tài)的評(píng)價(jià), 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(duì)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(duì)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(diǎn)間距離公式, 計(jì)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(duì)稱的任意區(qū)域里各檔集料的顆粒數(shù)目相等。

    根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差, 計(jì)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(jì)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(gè)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(píng)價(jià)離析狀態(tài)。

3　結(jié)語

    準(zhǔn)確、迅速、客觀、定量地評(píng)價(jià)瀝青混凝土路面的離析狀況是比較困難的。通過對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料的研究, 發(fā)現(xiàn)目前的瀝青混凝土路面離析評(píng)價(jià)方法都或多或少地存在不足, 不能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)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(duì)瀝青混凝土路面離析進(jìn)行評(píng)價(jià)的構(gòu)想是可行的。