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谈沥青路面混合料离析技术评价方法

时间:2011-04-23  作者:秩名

论文导读:我国的沥青路面相关规范中还没有沥青混合料离析的标准评价方法。沥青路面,谈沥青路面混合料离析技术评价方法。
关键词:沥青路面,混合料离析技术,评价方法

 

离析是指沥青混合料在生产和施工环节中发生了非均质性的变化,表现为级配粗细不均、沥青含量变化、路面空隙率变化等现象。由于离析的存在,实际的级配、沥青含量严重偏离设计值,从而使设计配合比成为虚设,路面质量处于失控状态。目前,我国的沥青路面相关规范中还没有沥青混合料离析的标准评价方法,在施工中主要依靠目测法和现场取样及钻芯取样来检测离析,施工后验收也没有相关的评价标准,与国外的先进技术间存在不小差距。

1 沥青混合料离析的三种形态

通常热拌沥青混合料的离析大致分为三种类型:级配离析、温度离析和集料与沥青的离析。

(1)级配离析:热拌沥青混合料粗、细集料动力特性存在差异,在生产、运输、摊铺过程操作不当会造成混合料中粗、细集料分布不均,形成级配离析。粗集料集中区域沥青路面的空隙率较大、沥青含量低,导致沥青路面加速产生水损害及耐久性降低;细集料较为集中区域沥青路面的空隙率小、沥青含量大,容易产生车辙、泛油等病害。毕业论文,沥青路面。

(2)温度离析:热拌沥青混合料在运输、摊铺的过程中,由于不同位置的混合料温度下降不一致,导致不同部位间混合料的温度发生差异,产生温度离析。严重的温度离析会造成路面压实不均,平整度差。

(3)集料与沥青离析:含油量较大的混合料温度高时容易发生这种离析,类似于沥青混合料的析漏,SMA混合料易产生这种离析[2]。

此外,美国NAPA根据沥青混合料的级配、空隙率及沥青含量等的变化,建立了评价离析程度的标准(见表1)。

表1 NAPA离析评价指标及其容许变化范围

 

检测指标 轻度离析 中等离析 严重离析
级配偏差 1个筛孔>5% 2个筛孔>10% 4个筛孔>15%
空隙率偏差 2.5%~4.5% 4.5%~6.5% >6.5%
沥青含量偏差 0.3%~0.75% 0.75%~1.3% >1.3%

2 离析评价方法分类

2.1 根据级配或用油量变化来判断离析

根据级配或用油量变化来判断离析的方法,有摊铺现场取样法及取芯法。

(1)摊铺现场取样是指在运输车辆上或摊铺机后取样,再分析混合料级配、沥青用量的变化来判定离析程度的方法。此法虽能反映混合料在拌合、运输、摊铺整个动态过程中的均匀性,但试验所消耗的时间较长,对现场施工控制不利。

(2)取芯法是通过在离析区域钻芯,分析芯样的沥青含量、级配组成及空隙率,通过与设计值的比较来判定路面离析的程度。取芯法能定量分析离析的程度,但取芯的同时会损坏较大颗粒集料,这样级配的分析可能并不能反映实际情况,而且费时费力。另外取芯法是一种破坏性的检测方法,会对路面的整体性能造成一定程度破坏,不是理想的评定离析的方法。

2.2 通过测定路面的密度或空隙率的变化来评价离析

施工良好的路面其密度或空隙率应该具有较小的变异性,因此可通过测定路面的密度或空隙率的变化来评价离析,方法包括核子密度仪法,现场渗水试验法,探地雷达法等。

(1)核子密度仪是通过描绘路面沿纵向的密度来识别离析区域的,通常是采用核子密度仪在路面上测几条纵向密度线,如果某点密度与均值间差异过大就认为路面可能存在离析。

核子密度仪能快速无损地测定出沥青路面离析区域,然而这项技术存在不足之处:(a)该法测定离析的前提是假设混合料的密度随着粗骨料离析加重而降低,这一假设没有考虑到级配和最大密实曲线的关系,若生产配合比级配曲线位于最大密实曲线之上,当级配曲线向最大密实曲线移动时,路面离析处的密度未必会小;(b)常用的石灰岩密度本身变异性较大,而砾石变异性不大,若混合料是由粗石灰石和细砾石组成,材料本身密度的变异性将使离析识别非常困难。另外,试验方法本身受路面湿度影响较大。毕业论文,沥青路面。

近年来,国外开发出新型的核子密度仪如无核密度仪(PQI)和核子沥青含量仪,仪器轻便,操作简单,深受用户欢迎。

(2)现场渗水试验实质上是间接测量路面空隙率,一般认为粗集料的离析会导致较高的空隙率,进而有较高的渗水系数。然而渗水试验仅能区分不同水平的粗集料离析,而对于细集料的离析,渗水试验结果则没有明显区别,而且其结果主要依靠混合料内部相互连通的空隙。另外,现场渗水试验不能区分水的渗流方向。

(3)探地雷达简称GPR技术,建立在测定沥青路面的介电常数基础之上。电磁波在介质中传播时,介质中有异物如气孔、夹杂、裂隙等存在时,均会使电磁波传播速度、方向、能量等受到影响,产生反射、散射、衰减等,从而在电磁波接收信号上反映出来。沥青路面的介电常数随空隙率不同而变化,沥青路面存在离析,则空隙率分布必然不均匀。因此,可以通过建立空隙率与介电常数的关系,测定空隙率分布来评价沥青路面的离析程度。

由于GPR设备是车载的,因此可以实现动态、快速地采集数据,大幅提高工作效率,可以用于施工过程控制。但GPR仅对空隙率变化比较敏感,而对路面中的沥青和集料含量的变化敏感性较差,这就意味着GPR难以检测出离析时沥青及集料含量变化,而且路面中的含水量对测定结果有很大影响。

2.3 通过测定路面的表面构造深度来评价离析

离析与非离析区域沥青路面表面纹理深度会明显变化,因此可通过测定路面的表面构造深度来评价离析,目前主要有目测法,铺砂法,激光构造深度仪,图像法。

(1)目测法一直是评价路面离析的最简便快捷的方法,但这是一种主观方法,不同的检测者可能会有不同的观点。有研究认为即使表面纹理均匀的路面,也有可能出现离析。原因可能是集料表面的缺陷,或者集料在压实过程中破损导致均匀的表面纹理结构。而且目测法只适用于大粒径及较粗的沥青混合料,对于小粒径和细级配的沥青混合料并不适用。

(2)铺砂法是常用的定量分析离析的方法,通常采用离析处路面的构造深度与非离析处路面构造深度的比值来判定离析的程度。良好的测试显示出砂铺法测定的构造深度和路表面的不均匀性之间有较好的相关性。铺砂法试验方法简单,容易操作,因此广受欢迎。毕业论文,沥青路面。

铺砂法的测定结果经常受测试者主观意志和测试方法本身的左右,明明看来已经有严重离析的部位,却可能测得相同的构造深度。毕业论文,沥青路面。毕业论文,沥青路面。而且当路面空隙率很大时,构造深度上的差异将难以测出。显然,铺砂法无法应用于施工现场控制。

(3)激光构造深度仪同铺砂法一样,也是通过测定路表面的构造深度来定量评价离析。利用激光器产生红外光投射到道路表面,由接收透镜将反射光线聚焦到线性布置的光电二极管上,接收光线最多的二极管位置给出了这一瞬间到路表的距离,再通过一系列计算可得出构造深度。研究表明,激光构造深度仪测定的路表构造深度与铺砂法测定结果具有良好的相关性。

激光构造深度仪的优势在于能被安装在任何车辆上,从而能快速进行构造深度的测定,同时能实时进行数据分析,使用方便,价格也比较适宜。激光构造深度仪不利的一面在于路面的潮湿程度会直接影响激光束的反射,从而影响检测结果。而且其测量精度与车速相关,为得到较好的分辨率,需要较慢的速度。

(4)数字图像技术是通过测量沥青混合料体积组成特性来评价沥青混合料离析的一种新技术。毕业论文,沥青路面。其先将沥青混合料的物理图像转化为对应的数字图像,再通过各种运算法则从数字图像中分析沥青混合料体积组成特性,最后根据沥青混合料的体积组成特性进行离析评价分析。近来,国内外有采用数码相机直接采拍成型后沥青路面表面图像,将数字图像转化成路表面的纹理构造来反映路面的均匀性。

数字图像技术的研究已引起广泛重视,科研人员采用了包括核磁共振、断层扫描等在内的数字图像处理技术对一些沥青混合料的三维体积特性进行了研究,但是由于沥青混合料的体积组成十分复杂,这些研究仍然处于探索阶段。

 

 

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