基于ASTM標準的瀝青路表橫向離析評價

肖 航, 何繼坤, 曹 丹

(成都紡織高等專科學校智能建造與環境工程學院,四川成都 611731)

0 引言

瀝青混合料的離析是指粗細集料和瀝青在某一區域出現不均勻或偏離了原有設計[1]。瀝青路面出現離析后會加快其早期病害的形成,縮短56%～73%的設計壽命[2-4],而我國現有規范中的瀝青路面離析檢驗存在隨機性強和受人為因素影響較大的缺陷,因此尋找便捷、客觀、準確的無損檢測方法和評價標準有著重要意義[5]。其中,最為典型的就是利用數字圖像處理技術提取路表紋理的分布形態來評價離析情況,宋永朝、黃志福和Zhang K等[6-8]采用該方法進行了路表離析評價,但該方法在確定特征圖像二值化閾值時,存在主觀性較強的問題,易造成較大誤差。隨著激光紋理儀的出現,獲取數字化的路表信息并計算路表構造深度變得更為簡單高效,美國交通研究委員會(TRB)的“熱拌瀝青混合料路面的離析”[3]和國內包秀寧等[9-10]采用激光紋理儀采集構造深度值,并以離析處的構造深度與標準構造深度的比值作為評價離析的標準,雖然該法同鋪沙法的相關系數可達到0.89～0.94[11-12],但標準構造深度的確定與離析等級的評價方法不具有統一性。實際工程中,瀝青路面的離析既有由于攤鋪機撥料器設置不當等造成的縱向離析,也有攤鋪機收斗處和接縫處出現的橫向離析,文獻[13-15]借鑒ASTM標準對瀝青路表的縱向離析進行了評價,而該法不能表征出橫向區域的離析狀況。據此,本文從瀝青路表構造深度的均勻性出發,在借鑒縱向離析評價法的基礎上,結合道路橫斷面有定寬、數據采集點有限的特點,提出一種基于ASTM標準的瀝青路表橫向離析的評價方法,以此來評價瀝青路表的橫向離析情況。

1 橫向離析檢測道的劃分

對于縱向離析,文獻[13-15]借鑒ASTM標準將被檢測路段劃分為數個均等的縱向檢測道,得到了縱向區域的離析狀況,如圖1所示。但對于如圖2所示的橫向離析情況該法不能作出評價。因此,對于如圖2所示的橫向離析,本研究首先將被檢測區劃分為數個均等的橫向短檢測道,然后對各檢測道構造深度進行對比分析,以此表征出橫向區域的離析狀況,如圖3所示。

圖1 路面縱向檢測道劃分

圖2 路面橫向離析

圖3 路面橫向檢測道劃分

2 構造深度采集裝置及原理

LS-40路表紋理分析儀通過高分辨率照相機捕捉由自身照射到目標表面或物體上的激光束來完成數據的采集,構造深度值精度可達到0.01 mm,包含2 448×2 048個構造深度數據,數據處理符合ASTM標準E1845和E965,見圖4。

圖4 LS-40路表紋理分析儀

掃描后可計算得到路表的平均斷面構造深度(MPD)和計算構造深度(ETD)。MPD為單位斷面構造深度(MSD)在單位掃描區域的均值,MSD具體計算方法如式(1)和圖5所示。ETD為MPD經過相關方程轉化而得[16-17]。當用MPD來計算ETD時,將平均構造深度(MTD)稱為ETD。

圖5 MSD計算方法

MSD=[(Max1-Mean)+(Max2-Mean)]/2=

(Max1+Max2)/2-Mean

(1)

式中:Max1、Max2分別為橫斷面構造深度曲線第一分段、第二分段的最大高程;Mean為橫斷面構造深度曲線均值。

3 橫向離析評價方法

ASTM標準[18-20]是由美國材料與試驗協會所制定,該標準的比對分析法常被引入到瀝青路面的離析評定中。由于路面橫向尺寸遠小于路面的縱向長度,即橫向檢測道檢測點遠少于縱向檢測道的檢測點,過少的橫向檢測道樣本將使檢測道內與方差有關的參數失去統計意義。所以,本文提出的橫向離析區域評價方法的主要指標為橫向檢測道間數據一致性統計量h。h值越大,表明該檢測道相對其他檢測道表現出的偏差越大;反之,越小;當h超過hcrit時,認為該橫向檢測道橫向離析不符合要求,h、hcrit的計算見式(2)～式(5)。

(2)

(3)

式中:Sxave為檢測道間構造深度的標準偏差。

h=d/Sxave

(4)

式中:h為檢測道間數據一致性統計量。

(5)

式中:hcrit為h臨界值;t由t分布(學氏分布)表可知。

4 應用研究實例

表1 各檢測道構造深度平均值單位：mm

圖6 現場檢測及方案

結合式(2),得到各檢測道間構造深度的偏差d;結合式(3),計算得到檢測道間構造深度的標準偏差Sxave為0.032,再結合式(4)和式(5),計算得到h及hcrit。所測區域橫向離析評價主要參數的統計情況見表2和圖7。

表2 路面構造深度參數

圖7 h值統計

由圖7可知:檢測道4、5、10、12和15路面集料均勻性很好,不存在路面離析現象;檢測道8的h值超過臨界值hcrit,表明橫向離析嚴重,不符合ASTM標準要求,造成的原因可能為檢測道8位于攤鋪機收斗時的位置,料斗收合時粗集料容易聚集,導致該處瀝青混合料出現橫向離析。

5 結束語

在借鑒縱向離析評價法的基礎上,提出了一種基于ASTM標準的瀝青路表橫向離析的評價方法。鑒于路面橫向尺寸遠小于路面的縱向長度,即橫向檢測道檢測點遠少于縱向檢測道的檢測點,因此,在進行橫向離析評價時,僅采用橫向檢測道間數據一致性統計量h即可。結合應用實例,利用LS-40路表紋理分析儀采集試驗路段檢測點的構造深度,通過ASTM標準做對比分析,得出檢測道8的h值超過了臨界值hcrit,表明該檢測道橫向離析嚴重。

通過引入ASTM標準中的比對分析法來評價被檢路段的橫向離析狀況,彌補了當前研究僅考慮縱向離析而未考慮橫向離析的不足,該法具有較為客觀、高效和操作便捷的特點,能為今后研究提供借鑒參考。