公路瀝青路面試驗檢測技術(shù)探析

周忠亮

【摘要】在公路施工過程中，由于瀝青與其他材料相比具有更強適應(yīng)能力，且使用壽命相對較長，故而有著極為廣泛的應(yīng)用范圍，但是，在實際當(dāng)中，瀝青的應(yīng)用也會涉及較多質(zhì)量問題，例如環(huán)境與溫度的影響，這便對相關(guān)工作人員技術(shù)水平提出一定要求?；诖?，本文將主要針對公路瀝青路面試驗檢測技術(shù)展開相關(guān)探討分析。

【關(guān)鍵詞】公路;瀝青;檢測技術(shù)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.05.071

引言：

近二三十年來，隨著我國高速公路建設(shè)飛速發(fā)展，瀝青路面因具有承載性能好、行車舒適、行車振動小、施工工期短、養(yǎng)護維修方便等諸多優(yōu)點，現(xiàn)已成為我國最主要的路面結(jié)構(gòu)類型。但當(dāng)前我國部分瀝青路面在建設(shè)過程存在的質(zhì)量問題較為嚴(yán)重，一般為瀝青路面施工過程中材料和路面質(zhì)量未經(jīng)檢測，達(dá)不到合格標(biāo)準(zhǔn)，同時后期因未能及時發(fā)現(xiàn)初期病害導(dǎo)致養(yǎng)護不及時，導(dǎo)致路面使用期間病害不斷嚴(yán)重，甚至蔓延至基層，從而新建公路達(dá)不到甚至遠(yuǎn)低于設(shè)計服役壽命。為提高瀝青路面的使用性能和壽命，減少后期維修養(yǎng)護費用，需從公路施工到使用過程中及時對路面情況進(jìn)行檢測，如施工過程中加強路面材料和質(zhì)量檢測技術(shù)，加強路面無損檢測技術(shù)，解決無損檢測過程中的技術(shù)難點。

1、公路工程瀝青路面的質(zhì)量要求

1.1較強的穩(wěn)定性

瀝青路面在施工過程如遇到路面浸水將對路面整體質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，路面運行過程中會造成路面局部松動或坑槽，從而使路面實際使用效果不佳，路面性能會大打折扣，縮短路面使用期限。因此，必須在施工過程中提高瀝青路面整體可靠性，以確保其質(zhì)量。保證瀝青路面的質(zhì)量，則從瀝青路面結(jié)構(gòu)的角度進(jìn)行設(shè)計。

瀝青路面要按照不同等級的要求，針對流量過大出現(xiàn)的下沉、開裂等問題進(jìn)行處理，對提高公路瀝青路面的質(zhì)量水平有促進(jìn)作用。在質(zhì)量控制的過程中，要保證瀝青路面的荷載能力及穩(wěn)定性。

1.2良好的抗疲勞性

交通、出行操作復(fù)雜的瀝青路面在整個施工過程中，往往會出現(xiàn)一系列不確定因素，隨著交通荷載量不斷增長以及超載等情況，路面容易出現(xiàn)疲勞開裂問題，長期造成路面疲勞破壞，瀝青路面的使用年限受疲勞作用影響嚴(yán)重。因此，在工程施工設(shè)計過程中，必須考慮瀝青路面的抗疲勞能力，以更好地滿足瀝青路面上大交通量的要求，從而緩解瀝青路面疲勞，大大提高瀝青路面使用壽命。在瀝青路面投入時，瀝青路面要在反復(fù)荷載作用下，提高其整體的抗疲勞性，盡可能地減少車輛反復(fù)對瀝青路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響。瀝青路面在施工過程中，瀝青混合料的質(zhì)量控制，要按照工程施工標(biāo)準(zhǔn)，按照一定比例添加混合料，保證瀝青混合料的強度、韌性、堅固性。

1.3高溫穩(wěn)定性

瀝青路面也會受高溫影響，路面溫度升高后，瀝青軟化，瀝青路面抗彎剛度和穩(wěn)定度大幅降低，尤其是在夏季氣溫較高的情況下，由于車流量比較大，瀝青路面的承載力增加，會造成路面形成波浪紋和車轍。因此，瀝青路面必須具備較強的高溫穩(wěn)定性。與此同時，瀝青路面的溫度控制，設(shè)計單位以及施工單位要嚴(yán)格的對瀝青混合料的配比進(jìn)行控制，并對瀝青混合料的抗裂性、抗溫性等進(jìn)行控制，在低溫收縮、低溫拉裂等環(huán)境控制下，適當(dāng)調(diào)整瀝青混合料的溫度，減少瀝青路面整體結(jié)構(gòu)的破壞程度，并通過質(zhì)量控制的方式，對瀝青路面的各項性能指標(biāo)進(jìn)行測試，提高瀝青路面的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與有效性。

2、瀝青路面病害原因

高速公路的中后期管理方法，可提高高速公路使用壽命，無損檢測技術(shù)包括路面撓度、厚度、平整度、路面破損等。

2.1橫向裂縫原因

通常情況下，橫向裂縫垂直于公路軸線，是半剛性基層開裂引起瀝青路面最常見的病害之一。產(chǎn)生橫向裂縫的原因如下：①車輛荷載引起路基沉降時，由下傳遞的不均勻荷載增加了瀝青路面內(nèi)應(yīng)力和剪應(yīng)力，導(dǎo)致瀝青面出現(xiàn)裂縫，即使在公路橋梁和行車道上，也很容易出現(xiàn)橫向縫隙，極易引發(fā)危險事故。②路基處理不當(dāng)造成的混凝土裂縫，不同類型地基的接縫會伴隨著沉降差異，產(chǎn)生橫向縫隙。③瀝青鋪筑過程中水平縫隙和接縫處沒有解決好，導(dǎo)致橫向縫隙產(chǎn)生。

2.2縱向裂縫原因

與橫向間隙不同，縱向間隙與路面中心線平行，但間隙大小和總寬度不同。其主要原因是：①路基施工全過程減少、不均勻，導(dǎo)致可靠性降低。一旦有大車經(jīng)過，路面就會塌陷，出現(xiàn)裂縫。②在瀝青原料應(yīng)用全過程中，前、后、左、右豎向密封不符合國標(biāo)要求時，達(dá)不到減量規(guī)范。

2.3坑槽原因

坑槽是瀝青原料中最常見的病害之一，具有高頻率和突發(fā)性。造成坑槽的主要原因如下，汽車荷載和水沖刷的雙重作用引起的坑槽。這種類型的坑槽是路面瀝青溶解的主要原因，特別是在橋底和路面。橋底由于瀝青不夠厚，防潮能力低，中間層很容易漏水，導(dǎo)致瀝青混合料和瀝青膜分離，瀝青混合物遭受車輛載荷的危險。一部分底層熔化，在路面表面產(chǎn)生水泥砂漿，隨著時間的變化，表層塑料的特性會下降，縫隙和孔洞，維護管理力度不足。如汽車發(fā)動機油會稀釋瀝青并降低附著力。

3、試驗檢測數(shù)據(jù)處理

3.1數(shù)據(jù)處理原則與方法

公路瀝青路面施工質(zhì)量的檢驗是基于各種試驗數(shù)據(jù)和資料，根據(jù)不同類型和方法獲得的原始記錄，必須在概率統(tǒng)計的前提下，科學(xué)合理地進(jìn)行分析和解決，使其真實可信地反映客觀現(xiàn)實。在很多項目中，有些數(shù)據(jù)和信息必須通過一系列無量綱的解決方案才能進(jìn)行比較，有些數(shù)據(jù)和信息本身就存在各種偏差，甚至處理一些偏差比較大的數(shù)據(jù)和信息應(yīng)進(jìn)行去除。在瀝青路面質(zhì)量檢驗中，對個體進(jìn)行檢驗，在無休止的整體中進(jìn)行個體檢驗是顯而易見的，也不能保證，特別是對于要進(jìn)行破壞性試驗的項目，涉及的個體總數(shù)并不多，不可取，因此可以通過抽樣檢測的方法在總體樣本中抽出小部分進(jìn)行。

3.2數(shù)據(jù)表達(dá)與分析

如何對材料檢測得到的眾多數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)分析，從而得到各種數(shù)據(jù)信息與自變量之間的關(guān)系并選擇合適的表達(dá)方式，甚至得到主要參數(shù)的函數(shù)表達(dá)式數(shù)學(xué)分析表的定量分析是數(shù)據(jù)處理方法的關(guān)鍵任務(wù)之一。現(xiàn)階段比較常用的檢驗數(shù)據(jù)信息的表達(dá)形式有報告法、圖解法和公式法，報告方法簡單方便，可以清楚地看到各種數(shù)據(jù)信息的實際標(biāo)準(zhǔn)值和最終結(jié)果，簡潔明了。9AD4D60A-5422-4593-85AF-B82A4E2257F3

公式方法是基本的，但是分析每個數(shù)據(jù)信息的調(diào)整關(guān)聯(lián)似乎還不夠直接，圖形化的方法可以一目了然地清楚地識別每個數(shù)據(jù)信息的變化趨勢，但不能進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)學(xué)分析和預(yù)測。公式法通常是通過對實驗數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行反演得到的經(jīng)驗公式法，可以從數(shù)學(xué)思維的角度進(jìn)行定量分析，反映主要參數(shù)的變換，可以科學(xué)合理地拓寬。但是，性能公式的計算精度有時并不高，長期的項目實踐活動和概念分析表明，在進(jìn)行公路工程項目相關(guān)材料試驗的數(shù)據(jù)處理方法時，平均值法引起的偏差過大，最小二乘法清晰的線性回歸方程造成的偏差最小，根本原因是當(dāng)數(shù)據(jù)信息的平均誤差最長時，線性擬合的平行線最好。

4、瀝青路面結(jié)構(gòu)和表面功能檢測方法

4.1彎沉檢測技術(shù)

雖然近年來人們對路面結(jié)構(gòu)的抗壓強度特征及其破壞形態(tài)進(jìn)行深入分析，思考了撓度指標(biāo)值評價的實際意義，但從材料試驗的角度來看，總體路面結(jié)構(gòu)的抗壓強度，尤其是在竣工驗收時選擇撓度指標(biāo)值早已成為業(yè)內(nèi)共識。一般撓度值越小，路面綜合承載力越大。常用的撓度試驗標(biāo)準(zhǔn)是貝克曼梁法，目前我國歸于相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，由于瀝青路面在不同環(huán)境溫度下的特性差異很大，通常要求在20℃的標(biāo)準(zhǔn)溫度下進(jìn)行檢查，檢驗車后橋為標(biāo)準(zhǔn)軸荷100kN，主要參數(shù)如表1所示。撓度檢測方法和對汽車具體工況的模擬是一個快速發(fā)展的全過程，傳統(tǒng)的貝克曼梁光束法經(jīng)過幾十年的實際活動檢測已被廣泛接受，積累了大量的材料檢測數(shù)據(jù)信息，但杠桿貝克曼梁光束檢測的撓度是一種靜態(tài)數(shù)據(jù)曲線，路面確實對汽車的運動和振動方式有反應(yīng)，主要表現(xiàn)出動態(tài)抗壓強度特性。不僅如此，貝克曼梁光束法所有操作程序的自動化技術(shù)水平不高，基本依靠人工實際操作和讀數(shù)，檢查速度明顯過慢，精度不高，檢查人員的主觀危險性較高。因此，為了更好地去除貝克曼梁上方的缺陷，促進(jìn)撓度檢測結(jié)果高效、準(zhǔn)確地反映路面的真實情況，近年來逐漸發(fā)展為動態(tài)落錘顯示和快速便捷的激光彎沉儀。

落錘撓度計可模擬車輛在沖擊作用下的撓度值，速度更快、精度高、路面質(zhì)量好，可以根據(jù)電子計算機的智能數(shù)據(jù)，通過研究，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，根據(jù)落錘撓度儀器的動態(tài)撓度數(shù)據(jù)信息和韌性薄片管理系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)理論。瀝青路面各實心層的回彈模量可反算，落錘撓度試驗機有一套完整的設(shè)備，包括試驗車、電子計算機、落錘液壓傳動系統(tǒng)等，在進(jìn)行檢驗時，當(dāng)達(dá)到特定的測試用例時，落錘由計算機系統(tǒng)運行液壓傳動系統(tǒng)，隨機下降。重錘式在直徑30cm的承重板上施加一定的沖擊力（50kN），根據(jù)承重板將沖擊力傳遞到路面，路面工作壓力為0.7MPa，與標(biāo)準(zhǔn)軸載輪壓一致，當(dāng)路面產(chǎn)生縱向變形，即動態(tài)撓度時，與貝克曼光束點射檢測不同的是，落錘偏轉(zhuǎn)儀在落錘中心線附近的2.5m區(qū)域內(nèi)布置了多個位移計，可以測量偏轉(zhuǎn)盆的形狀。激光偏轉(zhuǎn)儀的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)包括5個部分，激光發(fā)生器、光轉(zhuǎn)換探頭、放大器、電橋電路和指示頭，與傳統(tǒng)的貝克曼光束不同，激光偏轉(zhuǎn)儀采用透射光源作為臂長，可以有更大的檢測距離。由于激光光源精度高、透射視角窄、呈鮮紅色，因此在遠(yuǎn)處仍能清晰可見，操作簡單，攜帶方便，可自動采集數(shù)據(jù)信息。激光撓度儀的基本原理是可以根據(jù)光電流的大小即時測量瀝青路面的回彈撓度值。硅光電池探針的不同間距同時對光電流水平造成影響，當(dāng)光電流較低時，落入小圓孔的激光量相應(yīng)較少，匹配的路面回彈模量較小，反之，路面回彈模量大。

4.2路表抗滑功能及相關(guān)指標(biāo)

瀝青路面的防滑特性是關(guān)鍵內(nèi)容，直接影響行車安全，當(dāng)行駛時間較低時，一般是瀝青混合料表面的表面粗糙度，即精細(xì)結(jié)構(gòu)有決定作用，可根據(jù)原料拋光值的指標(biāo)值進(jìn)行試驗，當(dāng)行車時間較長時，一般是瀝青路面的宏觀經(jīng)濟粗糙度。該結(jié)構(gòu)具有關(guān)鍵功能，作用是根據(jù)表面的紋理推動輪子下降，水力下有溢流式安全通道，防止水沖刷。材料檢測粗大組織的關(guān)鍵方法有擺錘法、打磨法和摩擦阻力測量法三種，擺錘法是以具有一定縱橫比的擺錘為基礎(chǔ)的。壓路機與路面的摩擦消耗動能，使擺無法進(jìn)入先前的相對高度，回擺得相對高度越小，路面摩擦阻力越大，評價指標(biāo)體系為摩擦擺值BPN。鋪沙法是在被測點上鋪裝固定尺寸的標(biāo)準(zhǔn)砂，根據(jù)被測砂的平均覆蓋率計算鋪裝厚度，是評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)的深層，與前兩種方法相比，摩擦阻力測量法測試速度更快，且對測量點沒有限制。根據(jù)在車輛試運行過程中具有一定偏移方向的標(biāo)準(zhǔn)車輛輪胎，將側(cè)向摩擦阻力和試驗車輪的摩擦阻力與試驗車輪的側(cè)向摩擦阻力進(jìn)行比較，對自重比進(jìn)行評述，指標(biāo)值為側(cè)向力系數(shù)SFC。

4.3路面雷達(dá)測試技術(shù)

在我國，工程施工后對瀝青路面實心層的厚度、實附著力、路面的錯位等檢測，大多采用打孔取芯的方法，這種技術(shù)會對路面造成一定破壞。有降水時很容易引起其他病害，路面雷達(dá)測試系統(tǒng)不必對路面進(jìn)行采樣，檢測速度較快，自動化技術(shù)水平高，精度高，是一種新型的路面無損檢測技術(shù)。測試的基本原理是路面原材料的電解介質(zhì)參數(shù)差異，電解介質(zhì)參數(shù)的變化可以看作是不同固體層的子頁面，因此雷達(dá)發(fā)射的電磁波返回不同層次的時間不同，使用這種類型的時差來區(qū)分差異。道路雷達(dá)檢測系統(tǒng)檢測時間可達(dá)80km/h以上，較大檢測深度可達(dá)60cm，達(dá)到基礎(chǔ)路面實心層全厚度。所有雷達(dá)監(jiān)控系統(tǒng)的智能化系統(tǒng)都非常高，可以實時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲、計算和分析，全自動分析道路各層厚度、縫隙位置等，其精度表現(xiàn)出隨著深度的提高而緩慢縮小的特點，但一般不超過深度的5%。道路雷達(dá)檢測系統(tǒng)軟件還可以將檢測的大數(shù)據(jù)可視化為彩色的路面立體圖、雷達(dá)波形等，極大地方便了其使用。

4.4路面密度結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)

路面密度結(jié)構(gòu)狀態(tài)在很大程度上影響了路面的承重能力，在工程中，施工者為確保路面使用性能，需要對其進(jìn)行密度結(jié)構(gòu)測試。在密度結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)中，操作者要充分考慮到瀝青混合料在施工中可能會發(fā)生的離析現(xiàn)象，來針對性進(jìn)行密度結(jié)構(gòu)試驗，明確當(dāng)前瀝青混合料所處的密度結(jié)構(gòu)狀態(tài)，避免交付使用后出現(xiàn)質(zhì)量問題。根據(jù)瀝青混合料的性質(zhì)特點可以得出，當(dāng)其密度出現(xiàn)變化時，其介電常數(shù)也會產(chǎn)生波動，基于此，操作者可以采用探底雷達(dá)檢測方式，來判斷瀝青混合料是否存在離析問題。在檢測中，施工者需要在碾壓操作結(jié)束后選擇路面測試點，再使用探底雷達(dá)進(jìn)行檢測，同時，還要結(jié)合鋪砂試驗、鉆孔取芯試驗，來獲取各項指標(biāo)，然后使用各項指標(biāo)進(jìn)行計算得出介電常數(shù)的變化狀態(tài)，從中得出當(dāng)前路面的結(jié)構(gòu)密度情況，最后評估該路面的使用性能。9AD4D60A-5422-4593-85AF-B82A4E2257F3

4.5明確瀝青路面試驗檢測流程

在瀝青路面質(zhì)量檢測與評估的過程中，則需要從檢驗驗收以及性能評估的角度，對瀝青路面的混合比例、自檢結(jié)果等進(jìn)行統(tǒng)計與分析。按照規(guī)定對瀝青路面的全過程進(jìn)行檢查與分析，對提高瀝青路面的質(zhì)量檢驗水平有積極作用。在過程檢驗以及質(zhì)量評估分析中，明確質(zhì)量評估流程。

瀝青路面試驗檢測分析中，可結(jié)合現(xiàn)場施工需求，對瀝青路面的混合比、溫度、荷載作用等進(jìn)行檢測與分析，結(jié)合檢驗結(jié)果，對瀝青路面的質(zhì)量檢驗過程、性能評估等進(jìn)行優(yōu)化，在瀝青路面混合料質(zhì)量控制以及施工質(zhì)量工藝分析的基礎(chǔ)上，提高瀝青路面的質(zhì)量控制可以滿足項目施工需求。瀝青混合料礦料級配以及配合比檢測分析，則需要從松鋪厚度、壓實處理過程的角度進(jìn)行分析，在混合料穩(wěn)定性檢驗與評估的基礎(chǔ)上，提高瀝青路面的路用性能。從平整度檢測的角度進(jìn)行分析，路面平整度檢測與分析，則需要從數(shù)據(jù)檢測以及信息處理的角度，對瀝青混合料的平整度進(jìn)行控制，提高瀝青路面施工管控水平。

5、瀝青路面施工現(xiàn)場試驗檢測技術(shù)所需注意事項

瀝青路面使用的原材料決定施工質(zhì)量，在項目施工過程中，需要針對瀝青地坪的原材料方案制定合理設(shè)計方案，瀝青公路工程建設(shè)中使用的原材料很多，測試時，沙子和瀝青的混合物是最重要的原材料。瀝青地層中的砂石和瀝青混合料只要符合規(guī)定的質(zhì)量規(guī)定，所有道路質(zhì)量都可以得到相對保證，在瀝青地面作業(yè)過程中，關(guān)鍵質(zhì)量是砂石和瀝青混合料，在控制瀝青配制精度時，可以依靠相對優(yōu)秀、專業(yè)的密度計來檢測瀝青配料得流量，使瀝青配制更加準(zhǔn)確。在瀝青配料中加入瀝青前后對整體質(zhì)量進(jìn)行測試，并根據(jù)每組數(shù)據(jù)信息，應(yīng)用計算機，根據(jù)測試結(jié)果最終計算出瀝青配料得流量。在瀝青配料檢測環(huán)節(jié)中，可根據(jù)壓力機測試配料的壓碎值，從而在一定程度上保證標(biāo)注值的準(zhǔn)確性，瀝青配料的抗壓能力被準(zhǔn)確計算。當(dāng)對瀝青配料的抗壓值檢測完成后，接下來就要對瀝青配料的磨光值進(jìn)行計算，擺式儀和磨光機是此過程所使用的設(shè)備，主要目的是科學(xué)精準(zhǔn)的測量瀝青配料的摩擦系數(shù)，檢測完成所需數(shù)值后，將所檢測的信息進(jìn)行匯總，對其進(jìn)行分析，總結(jié)有效數(shù)值，最后以科學(xué)有效的手段對瀝青配料的安全、可靠、性能做評估。

結(jié)語：

在瀝青公路運營過程中，瀝青混合料的質(zhì)量及其自身的理化性能會直接危及公路施工質(zhì)量和使用時間，因此，在瀝青檢驗過程中，為確保瀝青合格，日常工作最重要的就是做好檢驗前的統(tǒng)籌規(guī)劃，還需要對瀝青熱塑性塑料的配比進(jìn)行一次檢驗。在設(shè)計瀝青原料配比時，可以對瀝青原料進(jìn)行多次試驗，選擇最佳的瀝青混合料配比，從而延長瀝青面層的使用壽命。

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