陳 華

(攀枝花天譽(yù)工程檢測(cè)有限公司，四川攀枝花 617023)

對(duì)任意一種瀝青路面而言，壓實(shí)度都是施工工藝中最重要的施工質(zhì)量管理項(xiàng)目，在路面質(zhì)量評(píng)定中也是一個(gè)重要指標(biāo)?！豆仿坊访娆F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試規(guī)程》(JTG E060－2008)(以下簡(jiǎn)稱“測(cè)試規(guī)程”)給出其定義式為:

式中:K為瀝青面層某一測(cè)定部位的壓實(shí)度(%)，ρs為瀝青混合料芯樣試件的實(shí)際密度(g/cm3)，ρo為瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)密度(g/cm3)。

在《公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1－2004)(以下簡(jiǎn)稱“評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)”)中規(guī)定，瀝青混合料的標(biāo)準(zhǔn)密度為拌和廠當(dāng)天取樣的馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制件密度ρs或試驗(yàn)路段路面芯樣密度ρo或最大理論密度ρt，客觀上實(shí)際密度和標(biāo)準(zhǔn)密度在一定條件下都是定值，因此，壓實(shí)度也為定值。但由于標(biāo)準(zhǔn)密度取值方法、實(shí)際密度試驗(yàn)方法等不同，對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響是顯而易見(jiàn)的。

1 瀝青混合料標(biāo)準(zhǔn)密度

按照現(xiàn)行規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)密度可以有三種取值方法，我們結(jié)合今年檢測(cè)的情況著重論述兩種，即試驗(yàn)路段路面芯樣密度或當(dāng)天取樣的馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制件密度。結(jié)合多年的瀝青路面施工以及質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)此二種方法都存在一定的局限性，下面逐一進(jìn)行分析。

1.1 試驗(yàn)路段路面芯樣的密度

我們知道，在正式攤鋪之前都要鋪筑試驗(yàn)路段，其目的主要是:①確定生產(chǎn)采用的標(biāo)準(zhǔn)配合比;②確定松鋪系數(shù);③確定碾壓方法和碾壓遍數(shù)。只要確定了上述參數(shù)，瀝青混合料的生產(chǎn)即可正常進(jìn)行。在確定上述參數(shù)時(shí)，壓實(shí)度也是評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。當(dāng)然，如果實(shí)際施工過(guò)程中所有的因素如油石比、級(jí)配和施工條件等都不發(fā)生變化的話，以試驗(yàn)路段密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度也是可行的。但實(shí)際上，瀝青混合料的生產(chǎn)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，實(shí)際攤鋪的瀝青混凝土面層的密度是一個(gè)不斷變化的數(shù)值，它會(huì)因當(dāng)時(shí)瀝青混合料油石比以及施工條件的不同而變化。以某路段的實(shí)際生產(chǎn)為例，所使用的瀝青混合料型為AC－25I，最佳油石比為4.03%，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，每天的生產(chǎn)狀況與試驗(yàn)路的生產(chǎn)狀況很難保持一致，在一定范圍內(nèi)有著相對(duì)較大的變化。我們專門(mén)檢測(cè)了其熱拌場(chǎng)在同一批材料及相同配合比的情況下試驗(yàn)路段與施工路段的密度的變化情況(表1)。

表1 試驗(yàn)路段與施工路段的密度變化 單位:g/cm3

從上表可以看出試驗(yàn)路密度與實(shí)際生產(chǎn)的密度的離散性是相當(dāng)大的，因此以試驗(yàn)路段密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度在大多數(shù)情況下是不可取的。實(shí)際應(yīng)用中也很少以此作為標(biāo)準(zhǔn)密度。

1.2 當(dāng)天取樣的馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)制件密度

在工程實(shí)踐中，常用當(dāng)天取樣的馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度ρo來(lái)計(jì)算壓實(shí)度，當(dāng)天馬歇爾密度是從當(dāng)天生產(chǎn)的混合料中抽樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)得到的，它基本反映了混合料生產(chǎn)的變化情況。但當(dāng)天馬歇爾密度還是會(huì)受到以下幾個(gè)因素的影響。

1.2.1 制件溫度

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)制件的過(guò)程中，混合料制件的密度會(huì)隨著成型溫度的增高而增大，空隙率則降低;反之，降低溫度會(huì)導(dǎo)致密度減小，空隙率增大。在工程實(shí)際中，室內(nèi)馬歇爾試件空隙率是衡量瀝青混合料的一個(gè)重要指標(biāo)。在做馬歇爾試驗(yàn)時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，盡管上下變化了5個(gè)不同的瀝青用量，變化范圍達(dá)到了2%，穩(wěn)定度都能滿足要求，流值也大都滿足要求，穩(wěn)定度、密度有時(shí)連峰值都不出現(xiàn)，最后決定瀝青用量的往往只剩下空隙率一個(gè)指標(biāo)。在生產(chǎn)過(guò)程中也是如此，在大多數(shù)情況下，馬歇爾試驗(yàn)只有空隙率會(huì)超出要求。因此有不少施工單位為滿足空隙率要求在馬歇爾試件成型時(shí)人為改變擊實(shí)溫度或忽視對(duì)溫度的控制。鑒于諸如此類原因，認(rèn)為馬歇爾密度的可取性值得商榷。

1.2.2 取樣的偶然性

試驗(yàn)室在取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)時(shí)，通常是上下午各取一組進(jìn)行試驗(yàn)以獲得當(dāng)天的馬歇爾密度。然而，以TITAN3000拌和樓為例，正常的生產(chǎn)能力是240 t/h，每天只取兩組，所以當(dāng)天馬歇爾密度取樣的偶然性較大。

試驗(yàn)室取樣進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都存在不可避免的人為因素的影響，而且這些影響對(duì)于馬歇爾密度的取值而言是較為明顯的。由于上述種種原因，在實(shí)際檢測(cè)中，很難有以馬歇爾密度為標(biāo)準(zhǔn)密度的壓實(shí)度不合格的問(wèn)題出現(xiàn)。

1.3 最大理論密度

最大理論密度可以通過(guò)計(jì)算法、真空法或溶劑法來(lái)取得，溶劑法和真空法對(duì)鉆孔取芯而言最能反映實(shí)際情況，但這兩種方法都不能保留芯樣，而且試驗(yàn)本身也比較繁瑣。而計(jì)算法對(duì)于施工過(guò)程中的質(zhì)量控制而言則最為簡(jiǎn)單明了、易于掌握。

在SMA 生產(chǎn)實(shí)踐中，我們已經(jīng)嘗試?yán)米畲罄碚撁芏茸鳛闃?biāo)準(zhǔn)密度的做法?？障堵实挠?jì)算式Vv=(1－ρa(bǔ)/ρb)×100%

式中:ρa(bǔ)為實(shí)際密度，ρb為理論密度

壓實(shí)度K=ρs/ρo×100%，以理論密度為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)，ρs=ρ?a，ρo=ρb

可以推出:Vv=(1－0.01K)×100%

使用最大理論密度可以直接地、相對(duì)真實(shí)地反映該路段的空隙率情況。

2 馬歇爾密度與理論密度的對(duì)比

2.1 理論密度的變化相對(duì)穩(wěn)定

以某中修工程上面層生產(chǎn)為例，其理論密度、馬歇爾密度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差以及變異系數(shù)列于表2，由表中數(shù)據(jù)可以看出理論密度的標(biāo)準(zhǔn)偏差及變異系數(shù)只有室內(nèi)馬歇爾密度的一半。因此理論密度的變化相對(duì)穩(wěn)定?？梢哉J(rèn)為最大理論密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度是比較合理的方式，計(jì)算出來(lái)的壓實(shí)度能夠反映現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況。

表2 理論密度、馬歇爾密度、標(biāo)準(zhǔn)偏差及變異系數(shù)

2.2 以馬歇爾密度和理論密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)，壓實(shí)度結(jié)果及路面物理性能分析

以某路段實(shí)際生產(chǎn)為例，其理論密度為2.669 g/cm3，當(dāng)室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)空隙率為3.0%時(shí)，馬歇爾密度為2.589 g/cm3;當(dāng)室內(nèi)馬歇爾試驗(yàn)空隙率為6% 時(shí)，馬歇爾密度為2.509 g/cm3。表3 列出當(dāng)以馬歇爾密度為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)不同的壓實(shí)度值所對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)密度和以理論密度為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的壓實(shí)度值，以及路面的實(shí)際空隙率(由于按“評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)”要求，該路段公路壓實(shí)度要求值為96%，故表中以96%為起始值，以理論密度為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)壓實(shí)度滿足92%)。

表3 馬歇爾密度、實(shí)測(cè)密度、理論密度的壓實(shí)度比較

從表3 的對(duì)比中可以看出，如果室內(nèi)空隙率在馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的低限，而壓實(shí)度滿足100%≥K≥96%的要求時(shí)，實(shí)際空隙率在3%～6.9%之間，且當(dāng)壓實(shí)度達(dá)到103%時(shí)，實(shí)際空隙率為0.07%。如果空隙率為馬歇爾試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的上限6%，當(dāng)壓實(shí)度滿足100%≥K≥96%時(shí)，其空隙率在6%～9.7%之間，且當(dāng)壓實(shí)度在103%時(shí)，空隙率才達(dá)到3.2%。

可以推斷，如果所有的試驗(yàn)都在規(guī)范操作下完成，且試驗(yàn)結(jié)果都滿足規(guī)范要求，其結(jié)果就基本真實(shí)地反映了路面的實(shí)際情況，而實(shí)際的情況是當(dāng)以馬歇爾密度為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)，壓實(shí)度滿足要求而空隙率則過(guò)大的情況時(shí)有發(fā)生。路面上空隙率過(guò)大的問(wèn)題不容忽視。研究表明，當(dāng)瀝青混凝土空隙率大于7%時(shí)，瀝青路面就處于滲水狀態(tài)，其水損害即不可避免。而室內(nèi)馬歇爾密度如果由于人為或偶然因素的影響變小，還以此標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)實(shí)際碾壓的效果，便會(huì)帶來(lái)錯(cuò)誤的判斷?？赡軐?shí)際沒(méi)有碾壓到位的認(rèn)為已經(jīng)合格了。

3 標(biāo)準(zhǔn)密度的選擇和壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的確定

現(xiàn)在不少公路已在使用空隙率和壓實(shí)度雙控指標(biāo)，即以馬歇爾密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度來(lái)評(píng)價(jià)壓實(shí)度的同時(shí)，要求其空隙率也要達(dá)到要求。這樣做可從兩方面對(duì)瀝青面層的質(zhì)量進(jìn)行控制，但實(shí)際施工中會(huì)出現(xiàn)壓實(shí)度滿足要求而空隙率不滿足要求的情況(如表3 中所示)，這很難說(shuō)服施工單位其是不合格的。當(dāng)以理論密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)，如前所述由于空隙率和壓實(shí)度是兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)，即W=(1－0.01K)×100%。在這樣情況下控制了壓實(shí)度其實(shí)也就控制了路面的實(shí)際空隙率。

綜上所述，我們以為標(biāo)準(zhǔn)密度應(yīng)直接采用最大理論密度，這樣就可以直接判斷其空隙率的大小。

4 瀝青面層實(shí)際密度

按“測(cè)試規(guī)程”檢測(cè)瀝青面層實(shí)際密度有核子儀和鉆孔取芯兩種方法。核子儀法雖然有非破壞性的優(yōu)點(diǎn)，但由于各種型號(hào)瀝青混凝土表面的粗糙度不一，通過(guò)核子儀法測(cè)得的實(shí)際密度往往偏差較大，且缺乏相關(guān)性，因此“測(cè)試規(guī)程”明確指出不宜采用核子儀法作為仲裁試驗(yàn)和驗(yàn)收評(píng)定手段。鉆孔取芯的試驗(yàn)方法是在路面施工結(jié)束后從面層中取出芯樣，比較有代表性，也是現(xiàn)在最常用的方法。由于瀝青混合料密度測(cè)試方法較多，有表干法、水中重法、蠟封法和體積法等，究竟采用何種方法作為鉆孔取芯樣的密度測(cè)定方法，有必要在此作一探討。“測(cè)試規(guī)程”還規(guī)定“壓實(shí)瀝青混凝土面層的施工壓實(shí)度是指按規(guī)定方法采取的混合料試樣的毛體積密度與標(biāo)準(zhǔn)體積密度之比，以百分率表示。”《公路瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程(JTG E20－2011)》指出，當(dāng)瀝青混合料為不吸水時(shí)，可采用水中重法，因此在I 型瀝青混合料密度的測(cè)定中，試驗(yàn)人員仍習(xí)慣采用表觀密度作為實(shí)際密度Ps來(lái)計(jì)算壓實(shí)度，這樣其實(shí)是不妥的。

毛體積的定義式為:

式中:γf為毛體積密度，ma為瀝青混合料試件在空氣中的質(zhì)量(氣干質(zhì)量)，mf為試件的表干質(zhì)量，mw為試件的水中質(zhì)量。

由上式可知，該方法測(cè)定試件的體積包括礦料實(shí)體和瀝青的體積Vg+Va，以及外界連通的開(kāi)口孔隙V'。而表觀密度的表達(dá)式為:

式中:γa為表觀密度，ma為試件的表干密度，mw為試件的水中質(zhì)量，總體積中并未計(jì)入與外界連通的開(kāi)口孔隙的體積V'。

就室內(nèi)馬歇爾擊實(shí)試件而言，對(duì)I 型混合料采用表觀密度與采用毛體積密度并沒(méi)有太大的區(qū)別;而對(duì)于鉆孔取芯的芯樣而言，瀝青混合料內(nèi)部的部分孔隙集料的閉口孔隙均會(huì)因切割而變成了與外界連通的開(kāi)口孔隙，此時(shí)如果仍然采用水中重法測(cè)試則不能反映實(shí)際情況。顯然，以毛體積密度作為實(shí)際密度計(jì)算壓實(shí)度更客觀地反映了路面實(shí)際情況。

5 三種壓實(shí)度評(píng)價(jià)方法的比較

某路段工程為例繪制表格對(duì)比以三種不同密度為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)的壓實(shí)度情況(表4)。

表4 三種不同密度為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)的壓實(shí)度比較

從表4可以看出以馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度及最大理論密度為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)壓實(shí)度都可以滿足要求，而以試驗(yàn)路段密度為標(biāo)準(zhǔn)密度時(shí)壓實(shí)度存在不合格的情況。

6 結(jié)論

在瀝青面層壓實(shí)度檢測(cè)中，瀝青標(biāo)準(zhǔn)密度宜采用馬歇爾密度及最大理論密度，這樣既可以有效地控制壓實(shí)度，也可以控制其空隙率等體積指標(biāo)，不宜采用試驗(yàn)路段密度。

瀝青的鉆孔取芯芯樣密度只能采用毛體積密度，以表干法測(cè)定。

［1］JTG E20－2011 公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］

［2］JTG F80/1－2004 公路工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)［S］