AC-13瀝青面層構造深度衰變規律研究

趙秀文

（忻阜高速公路建設管理處，山西 五臺 035514）

1 國內外研究背景

瀝青混合料耐久性、動態模量及宏觀構造深度（MPD）[1]會受到級配影響，不同級配的瀝青混合料表面紋理差異較大，當級配曲線遠離最大密度線時，礦料間隙率（VMA）增加，從而形成更高的紋理粗糙度[2]。目前從設計和施工階段預測路面構造深度的技術幾乎沒有，所以研究路面構造深度與級配及瀝青含量的關系有著重要的意義。

2 多元非線性回歸模型

為研究路面構造深度與瀝青含量、級配的關系，本文采用多元非線性回歸模型分析其關系，多元非線性回歸模型可以同時分析多個自變量變化時對因變量的影響層度。MATLAB作為一種商業軟件，是集數據可視化、算法開發、數值計算、數據分析為一體的高級運算軟件，其自帶的多元非線性回歸模型可以同時分析數據偏差、擬合數據方程、剔除變異性較大數據，同時提供函數模型修正平臺，為其在工程實踐中的應用提供便利，本文通過分析路面構造深度與各變量間的關系，有效擬合出AC-13瀝青路面構造深度的預測方程[3]。

3 AC-13瀝青混合料構造深度預測方程

為研究AC-13瀝青路面初始構造深度與級配和瀝青含量的關系，在 A、B、C、D、E、F 標段 AC-13混合料施工過程中隨機取樣并在現場作標記，通過試驗得到級配和瀝青含量，并于次日在已標記路段取芯分析壓實度，同時現場實測路面構造深度，試驗結果見表1、表2。

表1 混合料級配 %

表2 實測空隙率與構造深度（TD）

級配與最大密度線的距離通過計算各篩孔通過率與最大密度線的加權平均值得到，公式如式（1）：

式中：E為距離最大密度線的加權平均值；SivS為篩孔直徑；MaxAgg為集料最大粒徑；%pass為各篩孔通過率。

根據結果得知AC-13瀝青路面構造深度同時受瀝青含量和級配的影響，瀝青路面平均斷面深度與瀝青含量（Pb）及值關系如式（2）：

式中：TD為路面平均構造深度；Pb為瀝青含量。

根據上述平均構造深度與Pb、E的關系計算各標段路面構造深度預測值的結果見表3、圖1。

表3 各標AC-13瀝青混合料構造深度計算值 mm

圖1 構造深度實測值與預測值關系（一）

根據上述分析過程可以得出，各標段瀝青路面平均構造深度實測值與計算值相關性為0.85，其中C標偏離較大，這是由于C標在施工過程中現場壓實溫度較低，壓實度不足，C標現場取芯測得空隙率為8.7%，大于規范要求的7%。在排除C標對其結果影響的情況下，分析結果見圖2。

圖2 構造深度實測值與預測值關系（二）

由圖2可以得知，在施工現場壓實度滿足規范要求的情況下，AC-13瀝青混合料構造深度實測值與計算值回歸系數接近1，由此可見通過集料級配和瀝青含量可以很好地預測AC-13混合料施工現場的構造深度，從而為瀝青混合料抗滑性能設計提供技術支持。

4 AC-13瀝青混合料構造深度與交通量的關系

瀝青路面在通車后隨著交通軸載作用次數的增加，會導致路面產生不同程度的磨損，路表粗糙度下降，從而影響到車輛雨天的行車安全性。同一公路沿線不同區域經濟發展不平衡，使得交通量差別較為明顯，如A標段內設有鋼廠，在A標部分路段上行車輛滿載原材料，下行車輛為空載；B標中段設有水泥廠，上行車輛滿載礦石，下行為空載車輛。為研究AC-13瀝青混合料構造深度衰變與交通量的關系，在該路段通車后使用現場攝像的方式連續調查7 d交通量，A標段上行（滿載）路段用A1表示，下行（空載）路段用A2表示，B標段上行（滿載）路段用B1表示，下行（空載）路段用B2表示，選取各斷面7 d的平均交通量進行分析，結果見表4。

表4 交通量調查結果

在A標、B標開放交通前、通車半年、通車一年后，分別在上行、下行路段選取測試點，用鋪砂法得到路面構造深度如表5所示，上、下行路段路面構造深度隨時間衰變規律見圖3。

表5 構造深度測試值

圖3 不同軸載作用下構造深度隨時間衰變規律

由上述分析可以得知，構造深度的衰減是在交通量和時間等多重因素的耦合作用下產生的，同一標段，交通量越大，構造深度衰變越明顯，在通車半年時間內，A標滿載方向構造深度衰減量是空載方向衰減量的1.7倍，B標滿載方向構造深度衰減量是空載方向衰減量的1.3倍，為了滿足車輛雨天的行車安全，需要在瀝青路面設計過程中利用構造深度與級配和瀝青含量的關系對重載交通方向路面構造深度重點考慮。

5 AC-13瀝青混合料構造深度隨時間衰變規律

根據上面分析可以得知構造深度衰變與交通量和時間等有關，但是由于經濟、社會的發展，對初始交通量準確預測的難度很大，所以難以得到構造深度的衰變與交通量的關系。在排除交通量對構造深度的影響后，對D、E、F三個標段進行分析，為了研究瀝青混合料在運營過程中路面構造深度隨時間的變化規律，分別在開放交通前、通車半年、一年后，運用鋪砂法對各標段路面構造深度進行實測，結果見表6、圖4。

表6 構造深度隨時間的變化值

圖4 構造深度隨時間的變化

根據上述分析可以得知，各路段在運營半年后，構造深度明顯下降，主要是由于車輛對路面的進一步壓實造成的，在運營半年到一年的時間內構造深度下降較為緩和。

運用Matlab分別對D、E、F三個標段構造深度與時間的關系進行了擬合，得到如圖5～圖7的擬合方程及相關性系數。

圖5 D標構造深度衰變規律

圖6 E標構造深度衰變規律

圖7 F標構造深度衰變規律

根據分析可知，不同標段因級配類型、瀝青含量等的差異，導致構造深度隨時間的衰變模型中的參數有所不同，所以使用同一模型對不同路段構造深度衰變規律進行預測有一定的難度。在通車半年時間內各標段構造深度衰變量在14.1%～16.3%之間，通車半年到一年時間內構造深度衰變量在5.5%～9.0%間。

為保證車輛在雨天的行車安全性，在AC-13混合料設計過程中，通過理論計算可以有效地預測AC-13瀝青混合料路面構造深度，運用構造深度與級配、瀝青含量的非線性關系，在不影響瀝青混合料性能指標的情況下，有目的調整瀝青混合料級配及瀝青含量以提高瀝青混合料的初始構造深度，從而使得瀝青路面得到良好的抗滑性能。在提高路面構造深度的同時，需考慮施工現場的壓實情況以及當地的氣候條件，構造深度增加會導致瀝青混合料現場壓實難度增大；同時瀝青路面宏觀空隙率增加，會造成雨天路面積水過多，導致路面抗水損壞性能降低，使得瀝青路面早期出現松散、裂縫等病害，所以有必要研究瀝青路面使用性能在構造深度與降水量雙重作用下的衰變規律。

6 結論

瀝青路面抗滑性能與路面宏觀構造深度有著密切的關系，通過研究AC-13瀝青混合料構造深度與瀝青含量和瀝青混合料級配的關系、構造深度受交通量的影響及構造深度隨時間的衰變規律，得到如下結論：

a）在瀝青路面現場壓實度滿足要求的情況下，AC-13瀝青混合料初始構造深度與瀝青含量和級配有著很好的相關性，運用AC-13瀝青混合料路面構造深度預測方程可以很好地預測瀝青路面初始構造深度，預測值與實測值相關系數接近1。

b）瀝青路面設計過程中，考慮到當地的降雨量和氣候條件，運用AC-13瀝青混合料路面構造深度預測方程，通過有目的對級配和瀝青含量進行調整，從而提高路面抗滑性能。

c）路面構造深度衰變規律是由交通量、通行時間等因素耦合作用下產生的，不同路段構造深度衰變模型參數有所差異，難以用同一衰變模型對不同路段構造深度衰變規律進行預測。

d）通車半年時間AC-13瀝青路面段構造深度衰變量在14.1%～16.3%之間，通車半年到一年時間內構造深度衰變量在5.5%～9.0%間。