沥青混合料试验检测技术在公路工程中的应用

潘跃满    

安徽省高速公路试验检测科研中心有限公司   230031

摘要：我国交通基础设施建设日新月异，公路工程质量也成了全社会普遍关注的重点问题。沥青混合料是路面结构的重要组成部分，它的好坏直接影响到道路的耐久性、安全性、舒适性。此时提高沥青混合料试验检测技术的水平和精确度，就是保证工程质量的重要部分。该领域依靠系统的实验手段，在原材料特性剖析，最佳配合比挑选和施工进程管控等地方展开深入探究，给设计改良，工艺革新和竣工验收给予了关键的数据支撑和技术保证，明显改善了公路总体性能，削减了建设耗费并延长了使用寿命。

关键词：沥青混合料;试验检测技术;公路工程;应用

引言

沥青混合料是公路路面主要组成成分，它的好坏直接影响到道路的使用寿命以及行车舒适性。在交通流量不断增加、重载运输越来越多的情况下，传统的沥青路面已经不能满足现代交通对于高耐久性、强抗压性路面的要求了。在这种情况下，深入研究沥青混合料试验检测技术有着十分重大的现实意义，并且可以明显地改善公路建设质量以及总体性能。

1公路工程沥青混合料概述

1.1沥青混合料材料组成及特性

公路基础设施的建设，沥青混合料所含有的成分以及它所具有的协同效应都会影响到路面的性能参数以及耐久性。从材料学角度来讲，沥青混合料是由沥青基体胶结剂、不同粒径的集料（粗骨料和细骨料）、聚合物改性剂和矿粉填充料等组成。各个组分的物理化学性质以及配比关系不单影响混合料内部微观结构是否稳定，还会对它力学表现及实际工况下的适用性产生影响。沥青作为体系的重要粘结介质，在所有的体系里起到无法取代的作用，其各项技术指标（针入度、软化点、延展性等）直接决定着混合料在极端温湿度环境中是否具有较好的适应性以及持久性。按照目前我国国家标准，所用石油沥青产品按质量等级分为高等级70号、90号沥青和低等级30号、50号沥青两种，其中高等级70号、90号沥青具有较高黏度，能较好地避免低温时裂缝产生的风险，低等级30号、50号沥青由于具有较好的热稳定性，适于承受重载的交通荷载。关于集料部分，根据颗粒大小分为粗集料（粒径≥2.36mm）和细集料（粒径＜2.36mm），二者除了来源多样化外，在矿物组成、级配比例、表面形态等各方面都存在差别，这些特征对于提高混合料的整体强度有重要的作用。粗集料依靠骨架嵌锁作用形成稳定的支撑体系，细集料配合少量矿粉填充空隙，可以提高混合料密度和抗疲劳性能。

1.2沥青混合料内部结构及特性

沥青混合料是多组分复合体系，由沥青、粗细骨料、填料等很多种物质组成。内部结构越复杂，材料的宏观性能表现形式就越复杂，实际工程应用的影响也就越大。从微观角度看，沥青在骨料表面形成的吸附膜就成为关键的界面过渡层，这一区域的粘结强度就是评定混合料整体稳定的又一个重要参数。当此界面的结合力不够强的时候，在反复荷载的作用下就会造成骨料的剥离，从而引起路面产生裂缝或者受损的现象。从微观上来看，沥青混合料一般有两种典型的微观结构特点，第一种是用粗骨料相互嵌合来构成的骨架型结构，空隙率较高、抗压性能强，被广泛地用于重载交通道路建设；第二种则是依靠细骨料和填料高效填充空隙而形成的密实型结构，具有较好的密度、防水性和耐久性，在湿润气候下尤其合适。混合料中空隙的空间分布情况（数量占比、连通性、孔径大小等），对它的吸水性、老化性以及低温环境下的防裂性有重要的调节影响。研究显示，空隙率过多或者过少都会对路面使用品质造成不良影响，空隙率过高容易导致冻融损害加重，空隙率过低容易造成高温软化造成的内部应力集中现象，加快材料的老化速度。对上述微观构造机理以及它同配方设计、制备工艺之间的联系规律加以深入探究，既有利于改善产品质量的水平，又给改进道路工程技术方案赋予了科学依循和技术支持。

2公路工程沥青路面常见病害

2.1车辙是沥青路面最常见的病害

车辙属于典型的沥青路面病害种类，在车辆多次碾压的影响下，由行车方向出现的带有形状的凹陷区。其成因主要是由于沥青混合料在高温条件下力学性质所引起的；环境温度越高，沥青材料的黏度就越大，抗剪强度就越小，在重载车辆频繁经过的轮迹区就会出现塑性变形，并慢慢发展成为明显的沟槽。这种现象既破坏了路面整体平整度，又给行车舒适性、安全性造成不良影响，还会使车辆行驶阻力增大，由于轮胎和路面的接触状态发生变化而产生一定的安全隐患。另外，深部裂缝的出现容易造成积水问题，进而加快路基水损害的发展速度。车辙的发生一般是由许多方面因素共同造成的，即混合料级配设计不合理（细集料比例过大或配合比失调），选择的沥青材料高温性能差，施工过程中压实工艺不达标，以及实际交通荷载超出了预期等许多因素共同造成。

2.2裂缝

裂缝是沥青路面常见的病害之一，按照形态可以分为横向裂缝、纵向裂缝、网状裂缝等，按成因可分为原生裂缝和次生裂缝。其中横向裂缝主要是由于沥青材料在低温下收缩变形或者温度变化引起的拉伸应力超过它的抗拉强度所造成；此种裂缝起初为细小分散，经由湿热气候或者高强度交通流的影响慢慢发展成贯穿整个路面的结构性损坏。纵向裂缝一般同施工工艺上的疏忽，比如接缝处理不妥等有关，尤其是摊铺接缝处由于压实不够而形成薄弱之处，容易造成早期开裂，再者，如果路基填筑密度不达标的话，就会加重纵向方向上的应力集中。网状裂缝又称龟纹裂缝，是由于基层或者面层长期受到重复荷载产生的累积疲劳破坏而形成的典型网格状分布形式。随着时间推移，裂缝不断地向上延伸直到到路面表面，并且互相连接形成了复杂的网络系统，说明出行道的功能严重受损，必须尽快实施修复工程来防止更加严重的危害出现。不管是什么类型的裂缝都会对路面的整体力学性能造成不良影响，一方面会降低结构的完整性、承载能力，另一方面也会给外界水分等介质提供渗透途径，加速基层的老化、退化过程，同时还会对行车的安全性、舒适度造成影响。

2.3坑槽

沥青路面中的坑槽病害是严重的结构性损害，它所表现出的特点就是路面局部出现大小不一、深浅不同的凹陷区。该类问题的成因机制比较复杂，牵涉到诸多因素相互作用。从力学的角度看，在反复荷载的作用下，一些区域的沥青混合料会因为老化而造成微观结构的退化，初期表现出来就是微裂缝或者松散，如果不能及时修复就会造成碎屑脱落，从而产生初始破损空洞。按照损伤累积理论，初始裂缝是主要的原因之一，水渗入到裂缝里面以后会渗透到基层当中去，时间久了就会导致基层变软从而降低了它的承载能力，当车辆经过的时候，如果遇到已经出现损害的基层部分，可能会引发塑性变形或者局部坍塌失稳，最终造成上覆的沥青表层出现沉陷和裂缝扩大现象，渐渐形成典型的坑槽状结构。材料科学领域的配方设计不合理也属于主要的影响因素之一，在聚合物添加比例失衡（过高或者过低）、骨料粒径级配不均等情况下，路面的抗剪强度和耐久性能会下降，进而增大该类病害的发生几率。此类病害不但会降低行车的安全性和舒适性，还会给安全带来隐患——极端情况下轮胎剧烈振动会造成悬挂系统失灵，时间久了周围承压范围不断扩大，原有的缺陷迅速蔓延开来，加重后期的养护负担并污染环境。

3沥青混合料试验检测技术在公路工程中的应用策略

3.1加强原材料进场质量检测

沥青混合料关键性能很大程度上取决于原材料质量的好坏，直接影响到沥青路面各项性能指标及长期使用可靠性。施工前阶段应针对进场的沥青、粗集料、细集料、矿粉等重要原材料进行全面系统的试验检测，按照有关规定对它们的技术参数进行评定。对沥青材料重点检测针入度、延展性、软化点、闪点和密度等主要指标来判定是否符合行业技术标准并排除老化或劣质沥青风险；对粗集料应注意压碎值、洛杉矶磨耗率、表观相对密度、吸水率、针片状含量等性质，保证有较好的力学强度和良好的耐久性以及合理的级配；对细集料应该做表观相对密度、坚固性、砂当量等测定工作，保证洁净度好、性能稳定可靠；作为填料的矿粉则要测定其密度、亲水系数、塑性指数等参数，以防出现质量问题造成混合物粘结力不强。严格的原料质量控制措施可以很大程度上降低不合格的材料进入生产环节的风险，提高工程质量，给后续工序提供可靠的保障。

3.2强化沥青混合料配合比设计阶段的试验检测

沥青混合料配合比设计属于工程质量控制的关键部分，科学与否直接影响到材料性能以及施工质量的好坏。在前期规划时，按照工程需要以及材料特性来决定目标配比方案，经由马歇尔试验全面考察不同油石比条件下的混合料力学性能参数（稳定度，流值，空隙率，饱和度）从而找出符合规范的技术指标区间。进入生产配比调整阶段以后，要针对拌合设备里的热料仓做分级筛分实验，准确调控各组分的比例，保证合成级配符合设计标准，还要用重复执行马歇尔试验来检验实验室数据和实际操作是否一致，以及能否重复。在研究过程中还要考虑区域气候条件、交通荷载等因素来增设特殊功能测试项目，即高温抗车辙能力检测(标准或者动态车辙试验)、低温开裂倾向分析(低温弯曲试验)、防水渗透性能评价(短期或者长期浸水及冻融循环试验)。综合性的评价不但可以评判混合料的各项主要指标是否满足要求，还可以给道路结构的安全可靠建设提供技术支撑和决策依据。

3.3加强沥青混合料拌合过程中的试验检测

沥青混合料拌和工艺中温度参数的准确控制，对工程质量达到要求起着决定性的作用。本阶段需要考虑诸多主要指标，主要有原材料(沥青、集料)的初加热温度和终出料温度等。检测这些参数不是仅仅为了达到设计规范的具体要求，而更是在预防质量隐患的发生。如果沥青加热温度超过安全范围，就会造成沥青老化，从而降低混合料各项性能；反之，低温拌和会造成混合料内物质分布不均匀，进而影响其力学等其它指标，最终会对工程项目的安全、可靠造成不良影响。在生产全过程里保持各个工序的温度处在适宜范围内，成了保证产品品质的技术措施。拌和工序中关键环节质量控制有重要意义，按照行业规范设计试样采集方案。所选试样要全方位覆盖材料配比和性能指标检测的要求，在集料级配分析时可以采用筛分试验来准确评价其分布情况是否满足设计允差要求，在油石比测定上推荐使用燃烧法或者离心分离法等专业方法。采集到的数据要放到系统化的分析框架当中和目标进行比较，还要联系生产配合比的结果做综合评价。一旦实际数据与标准范围出现偏差，就应立即上报拌合设备控制系统并作出相应改变，以保证成品的各项技术指标符合质量标准。

3.4加强沥青混合料运输及摊铺过程中的试验检测

沥青混合料运输中温度控制的关键点就是准确掌握。为了保证摊铺工序技术规范的顺利执行，必须创建起完备的动态检测体系以及保温防护装置。普通沥青混合料的出厂温度应该保持在140℃以上，改性沥青的要求要高一些，不得低于160℃；如果出现降温速度快的情况，应该及时使用隔热遮蔽装置等措施来干预，防止由于低温引起的质量问题。并且要对运输工具的保温性能做定期的评价工作，即密封性和清洁程度等方面的检查，以防止外部环境因素所引起的异常影响。到达施工现场后要及时启动摊铺设备的预热程序，特别是熨平板部分的初始温度要高于100℃，通过现场测量来检测摊铺效率、层厚分布和幅宽一致性等主要参数，保证整个工艺过程稳定、均匀。还要在作业现场随机取样并用便携式仪器快速检测温度值、骨料组成比例及拌合均匀度等主要指标，发现不合格数据立即通知有关人员进行纠正，防止不合格料流到下一环节。

3.5加强沥青路面施工完成后的质量检测

沥青路面施工结束后要按规定的养护规范进行足够时间的休养期，方可开始进行全面的质量检测工作。按照现行技术规范和设计文件的规定，对主要的检测项目进行检测，主要有面层厚度、排水性能及防滑性等几个方面的指标。面层厚度检测一般用钻芯取样法，在设计测点范围内随机选取有代表性的试块，用精密测量方法得到试块的实际尺寸，来检验试块是否符合设计要求；每个200米长度范围内不少于1个测点（单向）。对渗水系数进行评定时使用专门仪器模拟降雨条件，记录下水分通过的数量，以此来评价混合料的密实程度以及防水性能，所得到的数值必须满足行业规范的限制。对于抗滑性能测试可以采用摆式仪或者铺砂板两种方法来获取宏观摩擦系数和微观粗糙度参数，进而判断道路行驶安全性并按一定频率采集样本统计平均值。同时还要通过人工巡视来检查表面有无破损，发现问题及时进行修复。本文建立完整的验收流程体系，用以客观评价工程实物质量水平，给以后的竣工验收打下坚实的基础，保证建成的公路设施具有较好的综合性能和长期稳定的发挥效果。

结语

公路工程建设全生命周期中一项重要的组成是沥青混合料试验检测技术，在保证沥青路面施工质量方面起着不可替代的作用。其技术体系包含原材料性能评价、配合比优化设计和施工过程实时监测等诸多方面，依靠系统的数据采集和科学的分析为工程品质提供技术支持。从原材料的选择到最后的产品验收、配方的确定以及现场工艺的监督等每一个环节都必须严格依照行业标准进行。尤其是拌合制备、运输存储、摊铺成型和压实养护等重要环节中使用高精度检测手段可以有效地防止质量问题的发生，也能明显改善道路的综合性能。随着现代筑路技术不断发展，从业主体要积极引进高新技术设备、先进的管理模式并加强技术人员的技术培训，从而不断提高技术水平，使标准化作业程序更加完善，智能化装备得到广泛应用，提高沥青路面的使用寿命及综合性能，适应社会对交通安全、高效出行的需求，促进交通基础设施向绿色低碳方向发展。

参考文献

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