揭陽-惠來高速公路瀝青路面材料變異性研究*

唐雅莉 林 豪 吳少鵬 萬貴穩

(1.廣東省南粵交通揭惠高速公路管理中心 揭陽 515325; 2.武漢理工大學材料科學與工程學院 武漢 430070;3.武漢理工大學硅酸鹽建筑材料國家重點實驗室 武漢 430070)

我國瀝青路面完工后，使用時間遠達不到設計的年限，一旦發生破壞則需投入大量養護維修費用。因此，為保證瀝青路面質量，需要對各方面的影響因素進行控制，通過控制各項影響因素的變異性范圍，防止類似返工事件的發生。

近年來，國內外學者對瀝青路面材料變異性開展了廣泛的研究。燕海峰[1]針對施工非均勻性，提出了路面施工非均勻性控制方法與評價標準。扈惠敏[2]分析了瀝青混合料施工溫度的變異性及其影響因素，提出了瀝青路面合理施工溫度的確定方法。韓亞麗[3]結合動態控制方法從控制材料變異著手，實現對瀝青混凝土路面施工的控制。劉紅海[4]系統研究了在高速公路建設中瀝青路面混合料的施工特性、設備應具備的性能，設備之間的匹配關系，設備與材料之間的相互作用特性等。張成[5]通過使用紅外熱象儀對瀝青混合料施工各個階段進行溫度檢測，檢測瀝青混合料某一區域是否發生溫度離析。陳瑜[6]等對路面材料的設計參數進行了變異性分析。Hassan等[7]研究了回收瀝青混凝土的變異性及描述其流動性能

和分子組成。Mohammad等[8]依據承包商現有測試數據量化了密集配瀝青混合料體積性能的變異程度及變異原因。Bijleveld等[9-10]為克服關于現場施工過程中的知識差距，提出了一個框架并利用技術對現場活動和關鍵參數進行系統的監測與描繪。

本文擬對揭惠高速瀝青路面上面層瀝青用量、級配及施工溫度的變異性進行研究，提出相應的控制措施。

1 瀝青用量變異性

1.1 瀝青用量變異性分析

瀝青用量影響瀝青混合料的性能表現在當其含量較少時，不能完全包裹集料表面，集料間粘結性較差，混合料的強度較低；反之，多余的瀝青形成自由瀝青，其潤滑作用明顯，減小了礦料間的內摩阻力，瀝青混合料強度下降。揭惠高還上面層瀝青用量變異性分析，通過2種檢測方法對部分上面層樣本統計而得到結果。

表1 揭惠高速上面層瀝青用量變異性

由表1可見，總體上瀝青含量變異性較小，拌和樓檢測數據變異系數0.012比燃燒爐檢測數據變異系數0.035小。表2為不同瀝青用量下的體積指標，圖1至圖4分別表示毛體積密度、穩定度、空隙率及瀝青飽和度與瀝青用量之間的關系。

表2 瀝青用量對馬歇爾體積指標影響

圖1 毛體積密度與瀝青用量的關系

圖2 穩定度與瀝青用量的關系

圖3 空隙率與瀝青用量的關系

圖4 瀝青飽和度與瀝青用量的關系

1.2 瀝青用量變異性控制措施

1) 取樣均勻。攤鋪現場取樣時，若取得細集料偏多，則檢測出的瀝青用量偏高；若取得的粗集料偏多，則檢測出的瀝青用量偏低。

2) 控制拌和過程中瀝青加熱的溫度。瀝青加熱溫度會影響到計量系統的精度，因此要使溫度計精準，穩定控制加熱溫度。

3) 燃燒爐試驗前需要標定，提高試驗準確性。

4) 瀝青拌和樓稱量系統的精度。計量系統的誤差會極大影響瀝青用量，從而影響生產質量。

2 級配變異性

2.1 級配變異性數據分析

統計某段時間內施工過程中瀝青混合料級配檢測數據，分析其變異系數，結果見表3。

表3 級配變異性

由表3可見，上面層AC-16各篩孔的變異系數在0.022 6～0.092 8之間，變異系數最大的篩孔是0.6 mm篩孔，最小的篩孔是0.075 mm篩孔；整體趨勢是變異系數越來越大，0.075 mm篩孔變異系數最小說明生產的礦粉級配十分穩定。

2.2 級配變異性對平整度的影響

瀝青路面的平整度是影響行車舒適性與安全性的第一要素，同時路面不平整會加速輪胎磨損和燃油消耗，因此平整度是施工質量檢測中的重要指標。級配變異性對平整度也有一定影響，將各樁號路段簡記為標號1，2，…，8，統計各標號級配下對應的平整度均值及變異系數，結果見表4所示。

表4 級配變異性與平整度關系

由表4得出1標平整度平均值最小為0.631，5標的平整度變異系數最小。用灰色關聯分析各檔通過率變異性對平整度的影響，從9.5 mm篩孔到0.075 mm篩孔的灰色關聯度依次為：ξ1=0.830，ξ2=0.814，ξ3=0.782，ξ4,=0.688，ξ5=0.597，ξ6=0.770，ξ7=0.056，ξ8=0.027。不同篩孔通過率對平整度影響程度為：P9.5>P4.75>P2.36>P0.3>P1.18>P0.6>P0.15>P0.075。即9.5 mm和4.75 mm的通過率對平整度的影響最大。

3 溫度變異性

3.1 變異性分析

瀝青施工時有一定的施工溫度要求，溫度過高會使瀝青老化加快并且降低瀝青路面的耐久性，而溫度過低會使路面難以壓實。

表5 上面層瀝青混合料施工溫度變異性 ℃

由表5可見，出場溫度及復壓溫度變異系數較大，均為0.011 9；攤鋪溫度與初壓溫度控制較好，變異系數較小，為0.008 3以下；終壓溫度變異性最大，變異系數為0.013 9。

3.2 溫度變異性的影響因素

1) 集料干濕程度的影響。若使用較為潮濕的集料，含水量增加，干燥滾筒不能在工作時間內使集料干燥，從而引起瀝青混合料出場溫度的變異性。

2) 瀝青拌和樓設備的影響。瀝青的存儲、保溫與加熱都離不開瀝青保溫罐，瀝青保溫罐加熱裝置的功能會對瀝青混合料溫度穩定性有較大影響。礦料的加熱依靠燃燒器與干燥滾筒，決定了礦料的加熱溫度，影響混合料的出場溫度。冷料由冷料倉放出由傳送帶送入干燥滾筒，冷料配料的精度影響了瀝青混合料的級配，影響出場溫度。

4 結論

1) 瀝青含量用燃燒爐試驗檢測或拌和樓檢測變異性均不大，但其變異性會影響瀝青混合料的毛體積密度、空隙率、穩定度和瀝青飽和度。

2) 瀝青混合料級配變異性整體上隨著篩孔直徑的減小而增大，本文依托項目中，上面層在0.6 mm篩孔粒徑上變異系數最大，0.075 mm篩孔粒徑上變異系數最小。級配變異性也會影響路面平整度，經過灰色關聯分析，9.5 mm和4.75 mm篩孔通過率變異性對平整度影響程度最大。

3) 溫度變異性的影響因素主要有集料干濕程度、瀝青拌和樓設備以及瀝青混合料出場溫度的設定。

[1] 燕海峰.基于非均勻性的瀝青路面施工質量控制與評價研究[D].西安:長安大學,2011.

[2] 扈惠敏.瀝青路面施工質量變異性研究[D].西安:長安大學,2005.

[3] 韓亞麗.基于控制材料變異的瀝青混凝土施工質量控制研究[D].哈爾濱:東北林業大學，2011.

[4] 劉洪海.高性能瀝青混合料材料特性與施工技術研究[D].武漢: 武漢理工大學，2008.

[5] 張成.紅外熱像儀在瀝青路面施工質量過程控制中的應用[D].西安:長安大學，2010.

[6] 陳瑜,薛永杰,朱文琪.武黃大修工程瀝青面層材料變異性研究[J].武漢理工大學學報，2003(12):83-84.

[7] HASSAN M M. Variability and characteristics of recycled asphalt shingles sampled from different sources[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2014,26(4):748-754.

[8] MOHAMMAD L N, ELSEIFI M, COOPER S B, et al. Levels of variability in volumetric and mechanical properties of asphalt mixtures[J].Journal of Materials in Civil Engineering,2013,25(10):1424-1431.

[9] BIJLEVELD F R, MILLER S R, DORéE A G. Making operational strategies of asphalt teams explicit to reduce process variability[J].Journal of Construction Engineering & Management,2015,141(5):04015002.

[10] 萬淼,吳少鵬,王子鵬，等.基于組分揮發與基團變化的瀝青老化機制研究[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2017,41(4):673-677.