淺談瀝青路面鉆芯馬歇爾試驗的必要性和可行性

淺談瀝青路面鉆芯馬歇爾試驗的必要性和可行性
微試驗
  摘要：通過瀝青路面芯樣做馬歇爾穩(wěn)定度、流值及密度的試驗，可以真實地體現(xiàn)路面的質(zhì)量狀況，正確地評價瀝青路面的質(zhì)量品質(zhì)。
　　瀝青路面是我國公路路面的主要類型。近年來，隨著交通量的飛速增長和軸載的不斷提高，瀝青路面出現(xiàn)早期病害，經(jīng)過查找施工時的檢測資料發(fā)現(xiàn)，施工時的檢測資料都符合設計要求，那么瀝青路面出現(xiàn)損壞的原因究竟是什么呢？分析路面產(chǎn)生損壞的原因有很多，產(chǎn)生的方式也不盡相同，但是正確判斷和識別原因，對消除瀝青路面質(zhì)量事故隱患，改善和提高瀝青路面質(zhì)量，延長瀝青路面的使用壽命，無疑是非常重要的。馬歇爾穩(wěn)定度、流值和密度是目前瀝青路面zui重要的控制指標，嚴格控制上述指標的檢測，對于提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性、抗塑性變形及密實度、空隙率等具有非常重要的意義。同時，只有真正、客觀地反映瀝青路面馬歇爾穩(wěn)定度、流值和密度等指標，才能正確地評價瀝青路面的質(zhì)量品質(zhì)。
　　1、目前我國現(xiàn)行試驗方法的有關規(guī)定
　　我國現(xiàn)行的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定：熱拌瀝青混合料路面馬歇爾穩(wěn)定度、流值、密度、空隙率采用拌和廠取樣成型的試驗方法。通過大量的試驗證明：在原材料和配合比一定的情況下，瀝青混合料的馬歇爾穩(wěn)定度與試件的密實度成直線密切正相關，與空隙率成直線密切相關。由于空隙率是密度的不同表征形式，因此，密度對馬歇爾穩(wěn)定度有著至關重要的影響。根據(jù)試驗結(jié)果，室內(nèi)成型試件密度的大小，除與材料的配合比有關外，很大程度上取決于擊實次數(shù)（擊實功）的多少和擊實溫度的高低，擊實次數(shù)越多，瀝青混合料單位體積得到的擊實功越大，試件越容易被壓密。同樣，由于瀝青材料自身的特點，在一定范圍內(nèi)，溫度越高，其粘滯力越低，抗塑性變形的能力越差，在外力的作用下，試件越容易被壓密。因此，通過這種方法得到的試驗結(jié)果不能真實體現(xiàn)瀝青路面的實際質(zhì)量。
　　2、利用現(xiàn)場芯樣做馬歇爾試驗的必要性
　　用室內(nèi)成型的試件做馬歇爾試驗、密度試驗及計算得到的空隙率、瀝青飽和度、瀝青體積百分率、礦料間隙率等指標，并不能代表路面的真實質(zhì)量情況。不難分析，影響瀝青路面質(zhì)量的因素主要有原材料質(zhì)量、材料的配合比（含礦料的級配情況）和瀝青混合料的壓實密度等。如果采用拌和廠取樣成型的試件代表路面實際情況進行檢驗，必須至少具備以下兩個必要條件：
　　2.1原材料質(zhì)量及配合比與路面實際使用的材料和配合比一致；
　　2.2試件的密實度與路面的密實度一致。
　　但是在實際施工中，由于運輸、攤鋪過程中拌和料出現(xiàn)離析，會使路面材料局部產(chǎn)生配合比改變。更為嚴重的是，室內(nèi)試驗的擊實功是試驗規(guī)程規(guī)定的標準擊實功，而壓實功則取決于壓路機的噸位、碾壓遍數(shù)和壓實機械的組合情況，因此擊實功并不一定等同于路面壓實功，且施工碾壓溫度也很難和室內(nèi)試驗溫度取得一致，甚至有很大出入。從以上原因不難看出，用拌和廠取樣成型試件所獲取的馬歇爾穩(wěn)定度、流值、密度等指標，很難真實地代表現(xiàn)場瀝青路面的質(zhì)量情況。如果利用取芯機鉆取的芯樣作為檢測樣本，進行穩(wěn)定度、流值、密度等指標的檢驗，更能代表瀝青路面的質(zhì)量情況。
　　3、利用現(xiàn)場芯樣取代拌和廠成型試件做馬歇爾試驗的可行性
　　《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》中規(guī)定了瀝青路面鉆芯馬歇爾試驗方法，但條文說明同時指出：“由于鉆頭直徑往往是100mm及150mm的，所以試件直徑必然小101.6mm或152mm的要求，可直徑太小，不能與馬歇爾試驗儀的壓頭吻合，這是矛盾的，因此，本方法的試驗結(jié)果并不能作為檢驗瀝青路面是否合格的依據(jù)。”這說明瀝青路面芯樣馬歇爾試驗不能作為檢驗瀝青路面是否合格的依據(jù)，主要是芯樣的直徑偏小，與馬歇爾試驗儀的壓頭曲率不符，因此容易產(chǎn)生試驗誤差。如于此，我們*有可能改變芯樣與馬歇爾試件壓頭的吻合程度，從而消除由此帶來的試驗誤差。
　　3.1改造現(xiàn)有壓頭，提高芯樣與壓頭的吻合程度根據(jù)現(xiàn)行試驗規(guī)程，馬歇爾試件壓頭被做成了固定的曲率內(nèi)徑，標準壓頭為101.6mm，大型馬歇爾試件壓頭為152.4mm.在此，以標準馬歇爾試件壓頭為例，如果芯樣的直徑為99.8mm，與標準試件直徑101.6mm的差值為1.8mm.我們在實際操作中為了消除1.8mm的偏差，利用0.9mm厚的金屬板材，裁制成長度為壓頭與試件接觸線同長，與壓頭同寬的兩塊墊片，并將墊片彎曲成與壓頭一致的曲率。試驗時，分別將兩塊墊片墊在上下壓頭內(nèi)，使壓頭的曲率內(nèi)徑減少1.8mm，前面提到的試驗偏差即可消除。應當指出的是，由于受鉆頭內(nèi)徑的加工精度、鉆機的偏心程度及鉆機固定的牢固程度等方面的影響，芯樣直徑和壓頭內(nèi)徑的偏差并不是一個常數(shù)，在選取墊片的厚度時，可對已經(jīng)鉆取的芯樣直徑進行統(tǒng)計，取芯樣直徑的上限值（zui大值）與馬歇爾試件的規(guī)定值之差的二分之一作為所選墊片的厚度值。如果所選鉆頭是標準鉆頭，則各個試件直徑之間的差別一般不會很大，可以忽略不計。
　　3.2加工鉆頭對于標準馬歇爾試件，我們現(xiàn)在普遍使用的是內(nèi)徑100mm和150mm的鉆頭，在鉆機固定良好的情況下，芯樣直徑與鉆頭內(nèi)徑之間的差距一般不會超過0.5mm.以1‰鉆頭為例，如果鉆頭內(nèi)徑為100mm，芯樣直徑一般可以達到99.5～100mm，這對于馬歇爾試件標準直徑101.6mm而言，其吻合程度顯然不夠。由馬歇爾試驗的受力情況可知，如果試件與壓頭的吻合程度不夠，就會引起初壓階段試件受力集中，致使試件過早破壞并進入流變狀態(tài)，從而導致馬歇爾穩(wěn)定度減小，流值增大，這種情況不適宜作為評價瀝青路面質(zhì)量的依據(jù)。為瀝青路面專門設計、制造101.6mm和152.4mm的鉆頭也是非常必要的。
　　4、實例
　　分析幾年來，我們采用在馬歇爾試驗儀壓頭內(nèi)墊墊片的方法，對所鉆取的瀝青混凝土芯樣做了大量的馬歇爾試驗，從試驗結(jié)果看具有較好的規(guī)律性和可行性。對室內(nèi)成型的馬歇爾試件所做的目標配合比試驗結(jié)果與工程實體鉆取的芯樣所做的馬歇爾試驗，及其相關試驗項目的試驗結(jié)果進行對比分析發(fā)現(xiàn)：空隙率、密度與穩(wěn)定度具有密切相關性，同時還提醒我們，應爭取盡可能小的空隙率和盡可能大的密實度，以取得較大的路面穩(wěn)定度，提高路面的使用品質(zhì)。
　　5、結(jié)論
　　5.1為了使鉆取的芯樣直徑和標準馬歇爾試件相一致，建議生產(chǎn)101.6±0.2mm和152.4±0.2mm的瀝青混凝土鉆頭，并納入試驗儀器管理中。
　　5.2建議對路面實體鉆芯馬歇爾試驗按照每一分項工程為一單元，用數(shù)理統(tǒng)計的方法進行評價。
　　5.3實踐證明，由于馬歇爾穩(wěn)定度與試件的密實程度呈增函數(shù)關系，即：試件密實度越大，其馬歇爾穩(wěn)定度越大。由于瀝青路面存在一個壓實度百分率問題，因此工程實體馬歇爾穩(wěn)定度也同樣存在一個百分率問題。建議在標準配合比馬歇爾穩(wěn)定度（壓實度為100％）的基礎上規(guī)定路面鉆芯馬歇爾穩(wěn)定度下置信限值。
　　5.4由于施工階段工程實體密度一般達不到目標配合比密度，相應的空隙率會產(chǎn)生同樣的差別，為與設計空隙率相區(qū)別，建議對路面實體鉆芯試件制定施工容許空隙率指標。
　　5.5為追求更高的路面工程實體穩(wěn)定度和更小的塑性變形，建議提高各級瀝青路面的壓實標準，如二級路可提高至馬歇爾試驗zui大值的96％，高、一級公路可提高至97％或98％。通過工程實例證明，在材料和配合比相同的條件下，用鉆芯取樣的方法對工程實體進行馬歇爾試驗與室內(nèi)成型試件進行馬歇爾試驗相比具有良好的關系，并且能夠準確、客觀地評價路面質(zhì)量的實質(zhì)信息，為參建各方真正掌握和了解瀝青路面質(zhì)量品質(zhì)提供了一種切實可行的檢測方法。