基于無損檢測及均勻性評價的瀝青路面施工質量控制

王 旺

(廣東交科檢測有限公司，廣州 510550)

0 引言

常規的瀝青路面質量評價手段主要有目測法(表觀質量檢測)和定點檢測法(常規的鉆芯取樣、鋪砂、滲水檢測等)[3-5]。傳統方法不僅工作效率低，還對路面造成結構性損壞，無法大面積開展檢測評價，另外還具有隨機性，難以真實、全面反映施工中存在的問題，難以滿足實際需求。采用快速、無損的檢測技術，提高檢測效率，全面、客觀評價施工均勻性，將是保證瀝青路面養護施工又快又好的有力手段。

本文結合廣東省內某高速公路瀝青罩面養護首制件的施工，采用無核密度儀、激光紋理儀等多手段綜合檢測評價瀝青路面均勻性，快速直觀地發現離析范圍并查找離析的原因，為首制件配比選擇、施工工藝調整等提供依據。

1 工程施工方案

廣東省內GH高速公路主線雙向六車道，設計時速100km/h，本次瀝青罩面采用4.5cm的GAC-16改性瀝青混合料。首制件工程位于主線K333+100～K333+550，全長450m，寬15 m。

1.1 原材料與瀝青混合料

瀝青選用廣州新粵瀝青有限公司的殼牌 SBS改性瀝青，粗集料選用河源芙蓉石場的碎石，細集料選用石灰巖自制機制砂，填料選用英德潤鋒粉體實業有限公司生產的礦粉，水泥選用英德海螺水泥有限責任公司“海螺”P.O42.5水泥。后場拌合樓熱料倉編號為1倉、2倉、3倉、4倉，分別對應熱料規格為0～3mm、3～5mm、6～11mm、11～18mm等。本次GAC-16生產配合比為4倉：3倉：2倉：1倉：礦粉：水泥=40:25:7:24.5:2.5:1，最佳油石比為4.6%，生產級配如圖1所示。

圖1 GAC-16生產級配曲線

1.2 施工工藝

首制件在生產配合比的基礎上，采用三種方案分三段進行試鋪。試驗方案為：(1)方案1 采用生產配比；(2)方案2在方案1的基礎上調粗，減少1% 的0～3mm用量，增加1%的6～11mm用量，同時油石比增加0.1%；(3)方案3在方案2 的基礎上進一步調粗，減少2%的0～3mm用量，增加1%的6～11mm用量，增加1%的11～18mm用量，同時油石比增加0.1%。

采用中大DT1900型履帶式瀝青攤鋪機全幅攤鋪，施工方案與對應的施工工藝參數見表1。

表1 首制件分段實施方案

2 路面性能評價

2.1 路面壓實均勻性

瀝青混合料均勻性的好壞不能反映在空隙率的大小上,但是能夠反映在空隙率的變異性上[5-7]。采用無核密度儀現場測定的瀝青面層密度，并與試驗路理論最大相對密度計算得到各測試點的現場空隙率，根據現場空隙率指標控制要求劃分判定離析程度標準的區間，通過灰度圖直觀顯示離析情況。離析判定標準見表2。

表2 離析程度判斷標準

2.2 路面表觀均勻性

三個方案路段各選取100m作為測試樣本，樣本橫向按1m進行劃分(縱向連續)為15個矩形區域，采用激光紋理儀沿矩形區域進行表面紋理深度的連續掃描測試，采樣間距為3mm/道，計算每10m的平均值。利用數理統計方法對試驗路檢測數據進行分析，確定首制件測評區域表面構造深度數學期望值及判定離析程度的區間。離析劃分為五個等級：細離析、非離析、輕微粗離析、中度粗離析、重度粗離析。如路面構造深度期望值為1.0mm，則判別標準[8]如表3所示。測試路段期望值為A，則表2所示判別標準直接乘以A即可得到測試路段的判別標準。

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表3 表面顆粒離析判別標準 (單位：mm)

2.3 路面平整度

采用Walking Profiler G3高精度手推式斷面儀對首制件路面縱斷面(樁號K330+100～K330+550)進行測試，按照距離中央分隔帶1.75m、3.75m、5.75m、7.75m、9.75m縱向連續測試5個斷面，通過安裝在滾動平臺上的三軸加速度計對縱斷面的相對高程(Elevation)及平整度進行測試，其中平整度測試得到的結果為國際平整度指數IRI，每0.5m計算值作為儲存數據。高精度手推式斷面儀設備如圖2所示。

圖2 Walking Profiler G3

2.4 路面抗滑性能

采用英國進口SCRIM橫向力系數車對首制件慢車道、快車道、超車道進行橫向力系數連續測試，每20m出具一個平均值。依據《公路路基路面測試規程》(JTG E60-2008) 規定，以 50km/h±4 km/h的測試速度、20℃±5℃的測試溫度為標準，依據修正公式對其他速度和溫度下的SFC測值進行修正。橫向力系數車設備如圖3所示。

圖3 SCRIM橫向力系數車

3 評價結果與分析

3.1 路面壓實均勻性

3.1.1 壓實特性

對三個方案路段的混合料壓實特性進行測試，測試結果如圖4所示。三個方案路段瀝青混合料壓實曲線特征保持一致，即攤鋪機攤鋪初始壓實度可達80%及以上，攤鋪密實度較好；初壓完成后，壓實度可達90%左右；復壓過程中，膠輪壓路機(雙鋼輪緊跟)在碾壓3遍后，混合料壓實度達到一個峰值，膠輪壓路機在碾壓第4、第5遍時，混合料壓實度有一定幅度的降低；隨后在終壓收光時，壓實度進一步提高。

圖4 混合料壓實特性

3.1.2 壓實均勻性

根據委托方提供的最大理論密度計算測點的空隙率，并將空隙率繪制成灰度圖，如圖5所示。同時按表1所示標準進行均勻性評價，評價結果見表6。

圖5 密度離析情況灰度圖

結合表4、圖5可以看出:

表4 密度離析

(1)方案1、方案2、方案3測試路段空隙率平均值為3.8%、4.8%、5.2%，非離析比例分別為53.9%、72.4%、60.6%。配比的微調對壓實效果有較為明顯的影響，隨著方案2、方案3配比依次調粗，空隙率依次增大，同時細離析比例明顯減少，粗離析比例明顯增加。從總體的空隙率指標以及壓實均勻性結果來看，方案2明顯優于其他兩種方案。

(2)統觀三個方案測試路段密度離析灰度圖可知：距中4～5m、10～11m存在一定程度的帶狀中度粗離析，距中7～8m存在一定程度的帶狀細離析。綜合來看，三個測試路段的離析帶分布特征較為類似，離析主要受攤鋪機螺旋布料器的吊臂干涉所致，為設備的固有特性，但同樣的設備和參數設置情況下，方案2表現出更好的密度均勻性。

3.2 路面表觀構造均勻性

測試數據采用matlab繪制三維曲面，如圖6所示。根據數理統計得到該測試路段表面離析的評價標準，并對所測數據進行統計評價，見表5。

圖6 表面構造深度三維曲面

表5 表面顆粒均勻性判別標準及各等級所占比例

結合表5、圖6可以看出：

(1)從表觀構造數值來看，隨著配比的依次調粗，表觀構造深度的期望值呈依次增長的趨勢，方案1、方案2、方案3表觀構造期望值分別為0.91、0.95、0.97mm，方案3最高。從均勻性評價來看，方案2較方案1，非離析比例明顯提高，細離析的減少與下調1% 機制砂的用量有關，粗離析的減少則與同時提高0.1%的油石比有關；方案3較方案2，繼續下調1%機制砂的用量，非離析比例減少，粗離析比例明顯增加。

(2)從圖6來看，表面顆粒離析位置大部分落于離中分帶1～3m處，表現為輕微粗離析，應加強邊部的離析控制；方案2 K330+260～K330+400區域較其他兩種方案路段，曲面整體更為平滑，表面顆粒均勻性最佳。

3.3 路面平整度

采用上文介紹的路面平整度評價方法，平整度檢測結果見表6。結果顯示，所測車道縱向IRI均值在0.77m/km左右，標準差在0.5左右，變異系數小于1%，整體的平整度均較為良好。從數值分布看，三個方案所測車道縱向IRI分布相差不大，IRI分布在0～2之間的比例均大于98%。

表6 IRI檢測數據

圖7 IRI整體分布概率

3.4 路面抗滑性能

采用上文介紹的路面抗滑性能評價方法，首制件抗滑性能測試數據見表7。結果顯示，3個方案橫向力系數代表值均接近70，抗滑性能均滿足設計要求，其中方案1、方案3各車道路面抗滑性能標準差整體稍大于方案2。

表7 路面抗滑橫向力系數

4 結語

(1)針對傳統檢測手段無法對路面離析快速做出準確和定量判斷的問題，本文通過應用無核密度儀、激光紋理儀對首制件不同配比段落進行壓實和表觀均勻性分析，并結合高精度手推式斷面儀、橫向力系數車測試對平整度、抗滑性能等指標進行快速檢驗，高效確定了方案2作為后續養護施工的方案。

(2)配比的微調對壓實和表觀均勻性影響較大，隨著方案2、方案3分別減少機制砂用量1%、2%，油石比同時增加0.1%。三種方案路段的空隙率、表觀構造深度呈依次增大的變化規律，非離析比例呈先增加后降低的趨勢。方案2壓實和表觀均勻性最佳，空隙率最為合適，路面平整度、抗滑均較好，建議作為大面積施工時的配比。

(3)通過壓實特性分析，碾壓工藝方面，建議復壓中膠輪壓路機碾壓4遍(雙鋼輪同步)；根據壓實和表觀構造離析分布情況，主要存在邊部輕微粗離析，應同時加強邊部2m內的碾壓。