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瀝青路面鉆芯馬歇爾試驗(yàn)的必要性和可行性
摘 要:通過瀝青路面芯樣做馬歇爾穩(wěn)定度、流值及密度的試驗(yàn),可以真實(shí)地體現(xiàn)路面的質(zhì)量狀況,正確地評(píng)價(jià)瀝青路面的質(zhì)量品質(zhì)。
關(guān)鍵詞:瀝青路面;芯樣;馬歇爾穩(wěn)定度;試驗(yàn)
引言
瀝青路面是我國(guó)公路路面的主要類型。近年來,隨著交通量的飛速增長(zhǎng)和軸載的不斷提高,瀝青路面出現(xiàn)早期病害,經(jīng)過查找施工時(shí)的檢測(cè)資料發(fā)現(xiàn),施工時(shí)的檢測(cè)資料都符合設(shè)計(jì)要求,那么瀝青路面出現(xiàn)損壞的原因究竟是什么呢?分析路面產(chǎn)生損壞的原因有很多,產(chǎn)生的方式也不盡相同,但是正確判斷和識(shí)別原因,對(duì)消除瀝青路面質(zhì)量事故隱患,改善和提高瀝青路面質(zhì)量,延長(zhǎng)瀝青路面的使用壽命,無疑是非常重要的。馬歇爾穩(wěn)定度、流值和密度是目前瀝青路面最重要的控制指標(biāo),嚴(yán)格控制上述指標(biāo)的檢測(cè),對(duì)于提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性、抗塑性變形及密實(shí)度、空隙率等具有非常重要的意義。同時(shí),只有真正、客觀地反映瀝青路面馬歇爾穩(wěn)定度、流值和密度等指標(biāo),才能正確地評(píng)價(jià)瀝青路面的質(zhì)量品質(zhì)。
1 目前我國(guó)現(xiàn)行試驗(yàn)方法的有關(guān)規(guī)定
我國(guó)現(xiàn)行的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTGF-2004)中規(guī)定:熱拌瀝青混合料路面馬歇爾穩(wěn)定度、流值、密度、空隙率采用拌和廠取樣成型的試驗(yàn)方法。通過大量的試驗(yàn)證明:在原材料和配合比一定的情況下,瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度與試件的密實(shí)度成直線密切正相關(guān),與空隙率成直線密切相關(guān)。由于空隙率是密度的不同表征形式,因此,密度對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度有著至關(guān)重要的影響。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,室內(nèi)成型試件密度的大小,除與材料的配合比有關(guān)外,很大程度上取決于擊實(shí)次數(shù)(擊實(shí)功)的多少和擊實(shí)溫度的高低,擊實(shí)次數(shù)越多,瀝青混合料單位體積得到的擊實(shí)功越大,試件越容易被壓密。同樣,由于瀝青材料自身的特點(diǎn),在一定范圍內(nèi),溫度越高,其粘滯力越低,抗塑性變形的能力越差,在外力的作用下,試件越容易被壓密。因此,通過這種方法得到的試驗(yàn)結(jié)果不能真實(shí)體現(xiàn)瀝青路面的實(shí)際質(zhì)量。
2 利用現(xiàn)場(chǎng)芯樣做馬歇爾試驗(yàn)的必要性
用室內(nèi)成型的試件做馬歇爾試驗(yàn)、密度試驗(yàn)及計(jì)算得到的空隙率、瀝青飽和度、瀝青體積百分率、礦料間隙率等指標(biāo),并不能代表路面的真實(shí)質(zhì)量情況。不難分析,影響瀝青路面質(zhì)量的因素主要有原材料質(zhì)量、材料的配合比(含礦料的級(jí)配情況)和瀝青混合料的壓實(shí)密度等。如果采用拌和廠取樣成型的試件代表路面真實(shí)情況進(jìn)行檢驗(yàn),必須至少具備以下兩個(gè)必要條件:
2.1原材料質(zhì)量及配合比與路面實(shí)際使用的材料和配合比一致;
2.2試件的密實(shí)度與路面的密實(shí)度一致。
但是在實(shí)際施工中,由于運(yùn)輸、攤鋪過程中拌和料出現(xiàn)離析,會(huì)使路面材料局部產(chǎn)生配合比改變。更為嚴(yán)重的是,室內(nèi)試驗(yàn)的擊實(shí)功是試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功,而壓實(shí)功則取決于壓路機(jī)的噸位、碾壓遍數(shù)和壓實(shí)機(jī)械的組合情況,因此擊實(shí)功并不一定等同于路面壓實(shí)功,且施工碾壓溫度也很難和室內(nèi)試驗(yàn)溫度取得一致,甚至有很大出入。從以上原因不難看出,用拌和廠取樣成型試件所獲取的馬歇爾穩(wěn)定度、流值、密度等指標(biāo),很難真實(shí)地代表現(xiàn)場(chǎng)瀝青路面的質(zhì)量情況。如果利用取芯機(jī)鉆取的芯樣作為檢測(cè)樣本,進(jìn)行穩(wěn)定度、流值、密度等指標(biāo)的檢驗(yàn),更能代表瀝青路面的真實(shí)質(zhì)量情況。
3 利用現(xiàn)場(chǎng)芯樣取代拌和廠成型試件做馬歇爾試驗(yàn)的可行性
《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTJ052-2000中T0710-2000規(guī)定了瀝青路面鉆芯馬歇爾試驗(yàn)方法,但條文說明同時(shí)指出:“由于鉆頭直徑往往是100mm及150mm的,所以試件直徑必然小101.6mm或152mm的要求,可直徑太小,不能與馬歇爾試驗(yàn)儀的壓頭吻合,這是矛盾的,因此,本方法的試驗(yàn)結(jié)果并不能作為檢驗(yàn)瀝青路面是否合格的依據(jù)�！边@說明瀝青路面芯樣馬歇爾試驗(yàn)不能作為檢驗(yàn)瀝青路面是否合格的依據(jù),主要是芯樣的直徑偏小,與馬歇爾試驗(yàn)儀的壓頭曲率不符,因此容易產(chǎn)生試驗(yàn)誤差。如僅限于此,我們完全有可能改變芯樣與馬歇爾試件壓頭的吻合程度,從而消除由此帶來的試驗(yàn)誤差。
3.1改造現(xiàn)有壓頭,提高芯樣與壓頭的吻合程度
根據(jù)現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)程,馬歇爾試件壓頭被做成了固定的曲率內(nèi)徑,標(biāo)準(zhǔn)壓頭為101.6mm,大型馬歇爾試件壓頭為152.4mm。在此,以標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件壓頭為例,如果芯樣的直徑為99.8mm,與標(biāo)準(zhǔn)試件直徑101. 6mm的差值為1.8mm。我們?cè)趯?shí)際操作中為了消除1.8mm的偏差,利用0.9mm厚的金屬板材,裁制成長(zhǎng)度為壓頭與試件接觸線同長(zhǎng),與壓頭同寬的兩塊墊片,并將墊片彎曲成與壓頭一致的曲率。試驗(yàn)時(shí),分別將兩塊墊片墊在上下壓頭內(nèi),使壓頭的曲率內(nèi)徑減少1.8mm,前面提到的試驗(yàn)偏差即可消除。應(yīng)當(dāng)指出的是,由于受鉆頭內(nèi)徑的加工精度、鉆機(jī)的偏心程度及鉆機(jī)固定的牢固程度等方面的影響,芯樣直徑和壓頭內(nèi)徑的偏差并不是一個(gè)常數(shù),在選取墊片的厚度時(shí),可對(duì)已經(jīng)鉆取的芯樣直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì),取芯樣直徑的上限值(最大值)與馬歇爾試件的規(guī)定值之差的二分之一作為所選墊片的厚度值。如果所選鉆頭是標(biāo)準(zhǔn)鉆頭,則各個(gè)試件直徑之間的差別一般不會(huì)很大,可以忽略不計(jì)。
3.2加工專用鉆頭
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件,我們現(xiàn)在普遍使用的是內(nèi)徑100mm和150mm的鉆頭,在鉆機(jī)固定良好的情況下,芯樣直徑與鉆頭內(nèi)徑之間的差距一般不會(huì)超過0.5mm。以1‰鉆頭為例,如果鉆頭內(nèi)徑為100mm,芯樣直徑一般可以達(dá)到99.5~100mm,這對(duì)于馬歇爾試件標(biāo)準(zhǔn)直徑101.6mm而言,其吻合程度顯然不夠。由馬歇爾試驗(yàn)的受力情況可知,如果試件與壓頭的吻合程度不夠,就會(huì)引起初壓階段試件受力集中,致使試件過早破壞并進(jìn)入流變狀態(tài),從而導(dǎo)致馬歇爾穩(wěn)定度減小,流值增大,這種情況不適宜作為評(píng)價(jià)瀝青路面質(zhì)量的依據(jù)。為瀝青路面專門設(shè)計(jì)、制造101.6mm和152.4mm的鉆頭也是非常必要的。
4 實(shí)例分析
幾年來,我們采用在馬歇爾試驗(yàn)儀壓頭內(nèi)墊墊片的方法,對(duì)所鉆取的瀝青混凝土芯樣做了大量的馬歇爾試驗(yàn),從試驗(yàn)結(jié)果看具有較好的規(guī)律性和可行性。對(duì)室內(nèi)成型的馬歇爾試件所做的目標(biāo)配合比試驗(yàn)結(jié)果與工程實(shí)體鉆取的芯樣所做的馬歇爾試驗(yàn),及其相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn):空隙率、密度與穩(wěn)定度具有密切相關(guān)性,同時(shí)還提醒我們,應(yīng)爭(zhēng)取盡可能小的空隙率和盡可能大的密實(shí)度,以取得較大的路面穩(wěn)定度,提高路面的使用品質(zhì)。
5 結(jié)論
5.1為了使鉆取的芯樣直徑和標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件相一致,建議生產(chǎn)101.6±0.2mm和152.4±0.2mm的瀝青混凝土專用鉆頭,并納入專用試驗(yàn)儀器管理中。
5.2建議對(duì)路面實(shí)體鉆芯馬歇爾試驗(yàn)按照每一分項(xiàng)工程為一單元,用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。
5.3實(shí)踐證明,由于馬歇爾穩(wěn)定度與試件的密實(shí)程度呈增函數(shù)關(guān)系,即:試件密實(shí)度越大,其馬歇爾穩(wěn)定度越大。由于瀝青路面存在一個(gè)壓實(shí)度百分率問題,因此工程實(shí)體馬歇爾穩(wěn)定度也同樣存在一個(gè)百分率問題。建議在標(biāo)準(zhǔn)配合比馬歇爾穩(wěn)定度(壓實(shí)度為100%)的基礎(chǔ)上規(guī)定路面鉆芯馬歇爾穩(wěn)定度下置信限值。
5.4由于施工階段工程實(shí)體密度一般達(dá)不到目標(biāo)配合比密度,相應(yīng)的空隙率會(huì)產(chǎn)生同樣的差別,為與設(shè)計(jì)空隙率相區(qū)別,建議對(duì)路面實(shí)體鉆芯試件制定施工容許空隙率指標(biāo)。
5.5為追求更高的路面工程實(shí)體穩(wěn)定度和更小的塑性變形,建議提高各級(jí)瀝青路面的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn),如二級(jí)路可提高至馬歇爾試驗(yàn)最大值的96%,高、一級(jí)公路可提高至97%或98%。通過工程實(shí)例證明,在材料和配合比相同的條件下,用鉆芯取樣的方法對(duì)工程實(shí)體進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)與室內(nèi)成型試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)相比具有良好的關(guān)系,并且能夠準(zhǔn)確、客觀地評(píng)價(jià)路面質(zhì)量的實(shí)質(zhì)信息,為參建各方真正掌握和了解瀝青路面質(zhì)量品質(zhì)提供了一種切實(shí)可行的檢測(cè)方法。
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