基于室內試驗的舊瀝青路面評價技術探討

郭 濤

(山西省晉中路橋建設集團有限公司 晉中 030600)

JTG D50-2017 《公路瀝青路面設計規范》[1]中規定可采用鉆芯、探坑取樣、路面雷達、切割等方式，調查分析既有路面厚度、層間結合及病害程度等情況，并取樣測定試件模量、強度等，分析路面材料組成與退化情況。但是目前相關規范的試驗方法都是針對新鮮的瀝青混合料，對于已經投入使用的瀝青路面，并無相應的試驗方法。

本文對某運營期高速公路瀝青路面進行了取樣室內試驗，以探討運營期瀝青路面工作性能的檢測方法。

1 瀝青路面主要病害類型

某高速公路瀝青路面狀況總體較好，但不同程度地出現了一些病害，如車轍、坑槽、松散、橋面白斑、網裂等，其中橋梁路段病害所占比例較大。

車轍病害是其主要病害，主要發生在橋面行車道上，在橋面彎道、橋梁伸縮縫兩側的車轍則更為嚴重，部分路段車轍深度達6 cm，并已形成壅包，嚴重影響了路面行車安全性。部分行車道輪跡上的車轍部位同時也出現了網裂、白斑等病害。

坑槽、松散病害在2個方向均存在，其中下行方向更為嚴重；從發生的路段上來看，該病害主要發生在橋面上，部分路基段的匝道進出口位置也發生了坑槽、松散等病害。并且從現場情況來看，大部分坑槽、松散病害與車轍、網裂等病害同時存在，主要發生在行車道輪跡帶上，部分坑槽、松散已連成一片。

橋面白斑情況在全線橋面普遍存在，其中硬路肩、超車道更為明顯。據調查，該情況在路面通車后不久就出現，部分行車道上的白斑后期發展成了坑槽等病害。

橫向裂縫在路段的路基段普遍存在，部分間距不足10 m，裂縫大多貫穿半幅路面，裂縫寬度不等，目前均已進行灌縫處理。

其他病害如網裂、修補破壞、表層剝落、縱向推移等在部分路段存在。其中網裂主要發生在橋面行車道輪跡上，大多與車轍病害、坑槽、松散同時存在，同時伴有推移現象，是后期發生大面積破壞的前兆；修補破壞主要表現在沿已修補部位邊緣發生松散、白斑等病害，導致出現重復修補現象。

2 路面取芯及試驗方案

本次試驗試樣均隨機選取自K118+482-K192+775路段。在典型路段病害處取芯，每種病害取芯不少于3處，每處病害要求至少取2個芯樣，并在對應的硬路肩未發生病害處取不少于2個芯樣，路面取芯采用直徑150 mm的鉆頭。取芯過程中，要詳細記錄芯樣的完整性、厚度、層間聯結情況等，并與彎沉測試結果、雷達測試結果進行對比。取芯結束后，分層(上、中、下面層)將芯樣進行切割以備室內試驗。

對于橋面路段，芯樣厚度為瀝青鋪裝層厚度；對于非橋面路段，芯樣厚度應為瀝青層總厚度。芯樣試驗項目包括：①芯樣高溫穩定性檢測。采用SPT性能試驗機，通過測試芯樣流變次數進行高溫穩定性評價[2]；②芯樣壓實度、現場空隙率試驗。通過測試芯樣密度和混合料的最大理論密度測試其現場空隙率和壓實度；③芯樣級配篩分試驗。對芯樣二次加熱后對其混合料進行抽提試驗，對集料進行級配分析；④芯樣的劈裂強度試驗。采用凍融劈裂試驗進行評價；⑤芯樣水穩定性試驗。采用浸水馬歇爾試驗進行評價[3-5]。

擬通過室內試驗對路面現場空隙率、壓實度，混合料級配組成和油石比、高溫穩定性、水穩定性試驗等進行評價，具體試驗內容見表1。

表1 路面芯樣試驗方案表

3 路面現場空隙率試驗

1) 上面層芯樣。上行方向上面層芯樣的密度、上行方向空隙率的檢測數據見表2。由表2可見，芯樣空隙率離散性較大，其中路肩空隙率普遍偏高，行車道由于受到重復車輛荷載的不斷壓實作用，空隙率普遍偏低。出現白斑的地方空隙率普遍偏高，在壅包附近空隙率偏低。

表2 上面層代表芯樣的密度和空隙率

2) 中面層芯樣。上行方向中面層芯樣的密度、上行方向空隙率的檢測數據見表3。

由表3可見，中面層空隙率離散性較大，且空隙率普遍偏高。

表3 中面層芯樣的密度和空隙率

4 瀝青混合料抽提試驗

沿路選擇病害嚴重路段對上、中、下面層瀝青混合料進行了抽提試驗，分析其混合料的油石比和集料的級配狀況。

1) 上面層混合料抽提試驗結果分析。從抽提結果來看，抽提級配中4.75，9.5 mm通過率超出控制上限，混合料級配明顯偏細，且粉塵含量偏大，按近控制上限，混合料生產過程中級配控制較差。上面層混合料抽提級配結果見表4。

表4 上面層瀝青混合料抽提級配結果

抽提級配中大部分篩網通過率不滿足要求，級配整體偏細，且粉塵含量均偏大或超出控制上限，混合料生產過程中級配控制較差。

上面層油石比抽提結果見表5。

表5 上面層瀝青混合料油石比抽提結果 %

由表5可見，實際油石比與設計油石比均有一定偏差，但偏差較??；粉膠比過大，不滿足要求。

2) 中面層混合料抽提試驗結果分析。中面層混合料級配抽提試驗結果見表6。

表6 中面層瀝青混合料抽提級配結果

由表6可見，部分芯樣抽提級配遠遠偏離設計級配，級配波動性較大，級配嚴重偏細處與現場行車道發生嚴重車轍相對應。同時，從抽提結果來看，0.075 mm通過率偏大。

中面層瀝青混合料油石比抽提結果見表7。

表7 中面層瀝青混合料抽提油石比結果 %

由表7可見，所抽檢芯樣油石比偏低，這可能也是取芯過程中發生芯樣脫落，集料外露的原因。從粉膠比指標來看，芯樣的粉膠比過大，不滿足要求。

3) 下面層混合料抽提試驗結果分析。下面層混合料級配抽提試驗結果見表8。

表8 下面層抽提級配結果

由表8可見，下面層瀝青混合料級配波動性較大，級配嚴重偏細處與現場行車道發生嚴重車轍相對應。

綜合分析，從芯樣抽提試驗結果來看，檢測路段混合料生產過程中級配控制均較差，均存在混合料級配偏細和粉塵含量偏大的現象，級配偏細、粉塵含量高、粉膠比偏大是路面產生車轍、水損害的重要原因之一。

5 芯樣SPT試驗結果分析

通過SPT試驗(簡單性能試驗)流動次數指標對混合料的高溫性能進行評價。試件采用鉆芯并切割出尺寸為100 mm×150 mm(直徑×高度)的試件，切割過程中盡量保持上面層的完整。試驗前，將試件放置于空氣浴中保溫5 h 以上，同時在試驗過程中，保持腔內溫度為試驗溫度。

由于試驗條件的苛刻，本路段可做SPT試驗的芯樣受到很大的限制，最后挑選了5個符合試驗條件的試件進行了該試驗。試驗結果見表9。

表9 SPT試驗結果統計

從芯樣的流動次數試驗結果來看，K118+482處試件所反映出的高溫性能最佳，而路面K151+850處的2組試件測試結果相差較大，其兩者平均值與K192+775處相當，兩者高溫性能基本相當。

從試驗數據上看，K118+482處混合料表現出了較好的高溫性能，但根據以往試驗資料，Fn大部分為2 000～3 000次，本次試驗中，K118+482處2個試件的Fn達到了8 500次以上，初步分析認為該試驗結果可能受芯樣影響較大。

該試驗受現場取芯條件限制，各芯樣均存在較大的不同，故其試驗結果僅供參考，高溫性能評定時應結合其他試驗共同進行。

6 水穩定性試驗結果分析

按規范進行凍融劈裂試驗，試驗所用芯樣均取自硬路肩白斑處，所用芯樣為中面層芯樣，試驗結果見表10。

表10 凍融劈裂試驗結果表

從試驗結果來看，各芯樣的凍融劈裂值均滿足要求，說明發生白斑后，路面抗水損害性能并沒有明顯下降。

7 結語

舊路路面的檢測結果是新路路面設計的重要依據，通過綜合分析各種檢測指標的結果，再結合最新的路面設計技術就可以確定新路路面方案。通過現場取樣檢測，可以看出舊路面實測油石比與設計油石比偏差較小，但粉膠比過大，不滿足設計要求，結合芯樣抽提試驗結果，表明混合料生產過程中級配控制較差，級配偏細、粉塵含量高、粉膠比偏大是路面產生車轍、水損害的重要原因。各檢測芯樣的凍融劈裂值均滿足要求，說明白斑病害對路面抗水損害性能沒有明顯影響。檢測試件的高溫性能結果偏離通常的試驗結果較多，應當結合其他試驗綜合考慮新路面材料的高溫性能指標。另外路肩空隙率普遍偏高，說明新路建設中需要加強施工工藝，進一步提高施工質量。