胡濤

摘 要：文章基于間斷半開級(jí)配瀝青混合料的特點(diǎn)，介紹了一些半開級(jí)配瀝青混合料密度檢測(cè)方法，用體積法檢測(cè)半開級(jí)配試件密度誤差分析并進(jìn)行鉆芯修正，以滿足該級(jí)配瀝青混合料大規(guī)模施工檢測(cè)需要。

關(guān)鍵詞：半開級(jí)配 瀝青混合料 毛體積密度

1.間斷半開級(jí)配瀝青混合料特點(diǎn)

我國目前大部分新建高等級(jí)重載道路，尤其是南方氣候特點(diǎn)為高溫多雨地區(qū)，路基頂面需具備一定的排水功能?；鶎幼鳛橹饕某休d結(jié)構(gòu)層，考慮到強(qiáng)度因素，現(xiàn)今多采用水泥穩(wěn)定碎石材料。在不采用柔性基層的情況下，同時(shí)兼顧抗裂、排水功能的間斷半開級(jí)配瀝青砼下面層在工程上已有成功應(yīng)用實(shí)例。

目前廣東地區(qū)部分高速公路在瀝青下面層施工過程中，采用以ATB為基礎(chǔ)經(jīng)改良后的GAC-25C級(jí)配，其具有顯著的間斷半開級(jí)配特性[1]，空隙率設(shè)計(jì)在采用體積法檢測(cè)時(shí)一般控制在8～12%。在該級(jí)配基礎(chǔ)上采用橡膠改性瀝青膠結(jié)料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，同時(shí)具有較強(qiáng)的高溫性能、吸收反射裂縫能力以及排水功能。間斷半開級(jí)配GAC-25C級(jí)配范圍見表1。間斷半開級(jí)配GAC-25C級(jí)配曲線見圖1。

2.半開級(jí)配瀝青混合料密度檢測(cè)方法

在施工過程中，工地試驗(yàn)室需要對(duì)每日的拌合樓熱料取樣成型試件獲得馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度，施工后還需對(duì)路面按規(guī)范頻率鉆芯取樣檢測(cè)壓實(shí)度。這些工作都需要涉及到瀝青混合料試件的密度試驗(yàn)方法。根據(jù)現(xiàn)行試驗(yàn)規(guī)范，空隙率>2%的瀝青混合料一般采用以下方法檢測(cè)：

2.1蠟封法

該方法是將試件置于石蠟之中進(jìn)行浸泡處理，由此在試樣外形成一個(gè)蠟外殼，確保試樣的形狀，以此為基礎(chǔ)將試件分別置于空氣以及水體兩大環(huán)境中，由此得出各自所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量，綜合考慮浮力原理，從而得出試樣體積以及對(duì)應(yīng)的試件密度值。該方法的問題在于當(dāng)蠟的溫度較高時(shí)，在試件浸泡過程中，蠟可能會(huì)較多的滲入試件的開口孔隙當(dāng)中，導(dǎo)致試件的密度檢測(cè)值偏高。并且該方法所需時(shí)間較長(zhǎng)，試驗(yàn)過程中人為因素影響也較大。由此可見該方法不利于工地試驗(yàn)室日常的大批量檢測(cè)。

2.2真空塑封法

美國Superpave研究成果中提出，可采用真空塑封法檢測(cè)大孔隙瀝青混合料試件密度，真空塑封儀和塑封試件見圖2。就原理層面而言，真空塑封法與蠟封法具有很多共通之處，不同之處在于塑封法是通過真空塑封設(shè)備通過負(fù)壓將塑封薄膜吸入瀝青砼試件表面的構(gòu)造深度（表面凹陷）中，形成毛體積界面?？傮w來說，該方法相比蠟封法，影響密度檢測(cè)準(zhǔn)確性的因素更少，試件毛體積密度結(jié)果更為精確。但該方法的設(shè)備及塑封薄膜耗材價(jià)格較貴，出于經(jīng)濟(jì)性因素考慮，亦不利于工地試驗(yàn)室的普及推廣。

2.3體積法

當(dāng)采用體積法進(jìn)行測(cè)量時(shí)，并未將存在于試件表面的凹陷等問題考慮在內(nèi)，最終所帶來的體積結(jié)果顯然偏大，而所得到的毛體積密度便會(huì)減小，受此影響空隙率也會(huì)表現(xiàn)出偏大的趨勢(shì)。體積法固然存在上述缺點(diǎn)，但是優(yōu)勢(shì)在于僅需要游標(biāo)卡尺等便攜設(shè)備即可，且檢測(cè)速度快，對(duì)于半開級(jí)配混合料來說適用于日常施工過程大批量檢測(cè)。

3.體積法檢測(cè)半開級(jí)配試件密度誤差分析及鉆芯修正

3.1鉆芯試件壓實(shí)度超100%原因分析

從廣東省某新建高速公路工程實(shí)施的間斷半開級(jí)配下面層試驗(yàn)段情況看，路面芯樣與室內(nèi)馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度試件分別采用體積法測(cè)量密度后計(jì)算壓實(shí)度，發(fā)現(xiàn)結(jié)果普遍超過100%的現(xiàn)象，最大的達(dá)到106%（GAC-25C下面層芯樣毛體積密度2.268～2.330g/cm3，當(dāng)日室內(nèi)馬歇爾試件標(biāo)準(zhǔn)密度2.181 g/cm3。壓實(shí)度最低104.6%，最高106.1%，平均壓實(shí)度105.5%。路面芯樣試件空隙率5.2～7.6%，馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度試件空隙率11.5%）。

GAC-25C型級(jí)配為間斷半開級(jí)配，為控制芯樣數(shù)據(jù)離散性采用Φ152.4mm的大型馬歇爾擊實(shí)進(jìn)行混合料設(shè)計(jì)和質(zhì)量控制，相比于Φ101.6mm的標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾擊實(shí)試件，組間體積參數(shù)的變異性有顯著的減小。施工過程中，壓路機(jī)僅按照常規(guī)次數(shù)碾壓，根據(jù)圖3現(xiàn)場(chǎng)取芯試件剖面來看，集料間骨架嵌擠狀態(tài)良好，因此并非超壓因素導(dǎo)致空隙率過小。

在此基礎(chǔ)上，分析施工路面芯樣空隙率小于標(biāo)準(zhǔn)密度試件，壓實(shí)度“超100%”的原因出在體積法測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件和現(xiàn)場(chǎng)取芯試件的差異上。從混合料毛體積密度概念出發(fā)，密度測(cè)試的關(guān)鍵在于如何有效區(qū)分混合料試件內(nèi)部和表面的各種“孔隙”，其中包括閉口孔隙、開口孔隙及試件表面的構(gòu)造深度。其中開口孔隙與構(gòu)造深度的區(qū)別在密級(jí)配瀝青混凝土密度檢測(cè)中一般容易被忽視。兩者差異在于開口孔隙屬于瀝青砼物理孔隙的一部分，影響的是力學(xué)及路用性能。而構(gòu)造深度則為瀝青砼路用性能中的抗滑性能，起到行車安全作用。圖4為瀝青混合料表面孔隙示意圖，其中I區(qū)為表面構(gòu)造深度，（Ⅱ+Ⅲ）區(qū)為開口孔隙。能否分清兩者區(qū)別是準(zhǔn)確測(cè)量混合料毛體積密度的關(guān)鍵。

在GAC-25C半開級(jí)配混合料密度檢測(cè)時(shí)，采用Φ100mm鉆芯試件測(cè)試毛體積密度。以往經(jīng)驗(yàn)一般是將室內(nèi)擊實(shí)馬歇爾試件密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度，這種做法用在連續(xù)密級(jí)配問題不大，因?yàn)檫B續(xù)密級(jí)配馬歇爾擊實(shí)試件的底部和側(cè)面的外表通常比較密實(shí)，與切割后的鉆芯試件情況接近。采用表干法檢測(cè)時(shí)雖未將試件表面的構(gòu)造深度與開口孔隙分開，但對(duì)最終結(jié)果影響不大。

但GAC-25C級(jí)配是骨架大孔隙結(jié)構(gòu)，室內(nèi)馬歇爾擊實(shí)試件側(cè)面和底部的構(gòu)造深度較大，而路面鉆芯試件的表面光滑，構(gòu)造深度幾乎消失。問題的焦點(diǎn)越來越多地集中到了兩者試件的差異上。之所以出現(xiàn)這一差異性問題，其原因在于：在大型馬歇爾試件成型過程中，試件是通過擊實(shí)儀單向沖擊的方式成型，試件側(cè)面和表面均存在較大構(gòu)造深度。而鉆芯機(jī)現(xiàn)場(chǎng)切削試件后，芯樣側(cè)面被打磨光滑，構(gòu)造深度消失。因此如果僅僅用體積法檢測(cè)馬歇爾試件密度，則將試件構(gòu)造深度和開口孔隙一并算為試件體積，所得結(jié)果偏小。而路面芯樣排除了構(gòu)造深度的影響，試件體積計(jì)算時(shí)并不包括該部分，故鉆芯試樣毛體積較馬歇爾擊實(shí)試件偏大。

3.2鉆芯體積法消除影響因素

基于上述原因的分析，為了消除兩種試件的表面構(gòu)造差異，在每天拌合樓取樣成型的Φ150mm的大型馬歇爾擊實(shí)試件基礎(chǔ)上，采用鉆芯機(jī)將其切削成規(guī)格為Φ100mm試件，并再次用體積法檢測(cè)。大馬歇爾擊實(shí)試件鉆芯修正示意圖如圖5所示。結(jié)果表明，當(dāng)排除表面構(gòu)造深度差異現(xiàn)象的干擾后，馬歇爾擊實(shí)試件鉆芯后真實(shí)的空隙率較之前降低了約5%，處于5～7.5%之間，且毛體積密度增大，最終所得到的壓實(shí)度介于98～100%范圍內(nèi)。由此解決了半開級(jí)配瀝青混合料壓實(shí)度超百現(xiàn)象的問題。對(duì)此，在進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)時(shí)，必須要將大型馬歇爾試件經(jīng)過鉆芯修正環(huán)節(jié)后，其檢測(cè)值方可作為標(biāo)準(zhǔn)密度值。此方法是在體積法基礎(chǔ)上改良而成的，亦稱為鉆芯體積法。

3.3采用體積法檢測(cè)密度的修正方法

雖然改良后的鉆芯體積法可準(zhǔn)確有效地檢測(cè)半開級(jí)配瀝青混合料芯樣壓實(shí)度，但因每日需將馬歇爾擊實(shí)試件鉆芯修正，該工作工序繁瑣耗時(shí)長(zhǎng)，增加了檢測(cè)人員的工作量，因此希望通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析找出鉆芯前后的試件變化規(guī)律，找出修正公式。在大規(guī)模施工階段使用修正公式，可節(jié)約大量人力物力，提升工地試驗(yàn)室工作效率。該修正公式是具有指導(dǎo)性的修正方法，應(yīng)具有高度的準(zhǔn)確性。因目前國內(nèi)暫無相關(guān)規(guī)范及參考文獻(xiàn)，結(jié)合工程實(shí)例大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，參照瀝青混合料動(dòng)態(tài)模量和疲勞試驗(yàn)的要求，成型有效試件數(shù)量為10個(gè)。當(dāng)某一測(cè)定值與平均值之差>標(biāo)準(zhǔn)差的k倍時(shí)，將該值舍棄。有效試件數(shù)目n為1 0時(shí)，k值為2.18，對(duì)高速公路及一級(jí)公路的保證率可達(dá)95%。有效試件數(shù)與t值的關(guān)系見表2。

表3數(shù)據(jù)中單個(gè)測(cè)值與平均值之差均<標(biāo)準(zhǔn)差的k倍，因此無需舍棄。

大馬歇爾擊實(shí)試件密度見圖6。

從圖6可以看出，馬歇爾試件密度直接采用體積法和鉆芯后體積法檢測(cè)相比較，密度差值是一固定值，只需在此基礎(chǔ)上對(duì)兩者進(jìn)行相減處理。因鉆芯后僅將試件表面構(gòu)造深度去除，而無其他影響因素，因此不適用于多元回歸方式修正。具體公式見式（1）～式（5）。

為驗(yàn)證此修正方法是否準(zhǔn)確，按照與表3中相同配合比成型大馬試件，體積法檢測(cè)后加上0.116的修正量得到密度修正值。然后檢測(cè)鉆芯后試件密度，與密度修正值相比較，檢查誤差范圍，具體數(shù)據(jù)見表5。

根據(jù)表5數(shù)據(jù)可以看出，鉆芯體積法與修正法相對(duì)誤差在±1%以內(nèi)，可以滿足工地日常大批量檢測(cè)需要。根據(jù)式（1）～式（5）對(duì)瀝青混合料密度計(jì)算修正后，避免了每天進(jìn)行大量鉆芯工作的繁瑣性，但這并不代表修正量是固定不變的。因?yàn)楸拘拚椒ㄊ墙⒃谂懦嚰砻鏄?gòu)造深度影響的前提下對(duì)密度進(jìn)行合理修正。工程經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)諸如級(jí)配曲線以及石料規(guī)格的變化波動(dòng)幅度過大，會(huì)導(dǎo)致試件表面構(gòu)造深度的變化，修正量也應(yīng)隨之不同。此時(shí)則需要再次組織修正試驗(yàn)。

4.結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)文章的研究可以得知，間斷半開級(jí)配瀝青混合料采用體積法檢測(cè)時(shí)，應(yīng)將馬歇爾標(biāo)準(zhǔn)密度試件鉆芯后，與現(xiàn)場(chǎng)鉆芯試件體積特征保持一致，消除構(gòu)造深度對(duì)密度檢測(cè)誤差影響，方可計(jì)算試件壓實(shí)度，以避免超百現(xiàn)象的發(fā)生。在級(jí)配及原材料穩(wěn)定的情況下，為了提高工作效率，也可根據(jù)文章的修正方法，在使用體積法檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)密度試件后對(duì)其修正，無需鉆芯即可將試件的毛體積密度誤差控制在±1%以內(nèi)，為現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量控制提供合理依據(jù)及便利性。

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