陳寧
(中犇檢測(cè)認(rèn)證有限公司,河南鄭州450000)
公路工程施工環(huán)節(jié),瀝青混合料試驗(yàn)檢測(cè)必不可少,在保證檢測(cè)科學(xué)性、合理性、有效性的同時(shí),質(zhì)量達(dá)標(biāo)才會(huì)成為可能。通過檢測(cè)的方法可及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工問題,采取針對(duì)性的措施,將問題帶來的損失降到最低。所以要想保障工程質(zhì)量,瀝青混合料檢測(cè)是關(guān)鍵,對(duì)于公路工程后續(xù)建設(shè)、使用都具有非常重要的作用。
瀝青混合料屬于復(fù)合式材料,由瀝青、粗細(xì)骨料、聚合物、礦物質(zhì)粉等多種材料組合而成,所以成分較多也使得施工時(shí)質(zhì)量影響的因素更多[1]。不同結(jié)構(gòu)的瀝青混合料在使用時(shí)同樣也會(huì)對(duì)施工質(zhì)量產(chǎn)生不同影響。在瀝青混合料中,常用結(jié)構(gòu)有懸浮、骨架兩種形式,而骨架又劃分為空隙與密實(shí)結(jié)構(gòu),以下重點(diǎn)針對(duì)具體分類及特性進(jìn)行分析。
此類型材料也就是常說的AC 型瀝青混合料,多在城鎮(zhèn)道路中使用。此類型材料便是典型的懸浮式密實(shí)結(jié)構(gòu),內(nèi)部摩擦角很小,黏聚力大,高溫狀態(tài)下不具備較好穩(wěn)定性。
通常情況下在使用瀝青混合料時(shí)會(huì)將橡膠、聚合物等填料加入,形成改性劑,這樣可以有效改善瀝青混合料不同的性能。與AC 型瀝青混合料比較,此類型材料具備了較好的耐高溫性、高溫抗車轍性能、低溫抗開裂性,多在城市快車道使用。
此類型材料也被稱之為SMA,屬于骨架密實(shí)結(jié)構(gòu),主要成分是瀝青、礦粉、纖維穩(wěn)定劑,主要是對(duì)間斷性骨架進(jìn)行填充。此類型材料應(yīng)用范圍較廣,既可以在快車道使用,又常用于主干路,有利于路面抗變形力以及耐久性提高,內(nèi)部摩擦角較大,高溫穩(wěn)定性較好。
此類型材料與改性瀝青結(jié)合使用,功能性增強(qiáng),不僅使路面高溫抗車轍性、水穩(wěn)性、低溫抗變形性增強(qiáng),而且加大了構(gòu)造深度,提高了路面的耐久性、耐老性,從而延長(zhǎng)其使用壽命。熱拌瀝青混合料與冷拌瀝青混合料相比較而言,前者成型時(shí)間短,具備了較好的穩(wěn)定性,提高了路面的抗裂性、抗滑性。
在公路路面施工過程中,瀝青是常用材料,既要具備較好的強(qiáng)度,同時(shí)還要有較強(qiáng)的承載力,只有將公路質(zhì)量提高,才能夠確保公路上行車的安全。若瀝青材料不具備較好的強(qiáng)度,那么極易造成路面開裂,不僅會(huì)縮短公路使用壽命,而且影響交通運(yùn)行,后期維修難度加大。若不具備良好承載力,那么極易出現(xiàn)路面坍塌事件,在很大程度上帶來了行車安全問題[2]。所以不論是施工人員,還是檢測(cè)人員,都應(yīng)該給予瀝青材料強(qiáng)度、承載力檢測(cè)以高度重視,保證瀝青材料性能與工程要求相符。
瀝青路面耐久性是指即使在氣候、行車荷載影響下,瀝青路面依然能夠具備較好的性能。公路工程建設(shè)結(jié)束投入使用以后,便會(huì)面臨著較重的交通運(yùn)輸壓力,而此時(shí)路面結(jié)構(gòu)荷載便成為重點(diǎn),車輛自身的重量,再加之行使過程中產(chǎn)生的摩擦力,都會(huì)在很大程度上損傷到路面,為降低路面質(zhì)量病害發(fā)生的概率,減少維修保養(yǎng)成本,瀝青材料需符合要求,經(jīng)久耐用。
取樣是公路瀝青混合料試驗(yàn)檢測(cè)前必做工作。為保證樣品更具代表性,一般情況下會(huì)選用施工現(xiàn)場(chǎng)的熱拌瀝青混合料為樣品。試驗(yàn)過程取樣充足,取樣量的選取是通過試驗(yàn)計(jì)算后獲得的,通常是計(jì)算量的2.5 倍,若是在仲裁試驗(yàn)中使用,則可以多取備樣,平行試驗(yàn)取樣要根據(jù)普通試驗(yàn)取樣,適當(dāng)加倍即可,具體見表1。
表1 瀝青混合料試驗(yàn)樣品量
公路路面瀝青混合料最佳使用量是經(jīng)過精確運(yùn)算得來的。但是往往因材料性質(zhì)不同,進(jìn)而常借助理論公式進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)算,從而得出結(jié)論,試驗(yàn)結(jié)束以后會(huì)做相應(yīng)調(diào)整,通過此方法得出的結(jié)果僅作為參考使用。目前借助試驗(yàn)來獲得瀝青最為準(zhǔn)確且最佳用量的方法有維姆法、馬歇爾法。當(dāng)前我國(guó)在此方面的技術(shù)規(guī)范中多使用馬歇爾法,在經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間鉆研后取得了不錯(cuò)的成效,確定瀝青用量最佳的具體步驟如下所示:
步驟一:試樣的制備。根據(jù)配合比例,計(jì)算不同類型礦質(zhì)材料具體的用量,可結(jié)合瀝青用量,以經(jīng)驗(yàn)為重要參考依據(jù),明確用量的具體范圍,估計(jì)用量,除此之外可明確油石比。
步驟二:測(cè)定物理及力學(xué)指標(biāo)。中值的選取以估計(jì)用量值為依據(jù),根據(jù)間隔變化,最少制備5 組試驗(yàn)樣件。溫度、時(shí)間明確的基礎(chǔ)之上,借助馬歇爾儀器檢測(cè)試件的穩(wěn)定性、流值,進(jìn)而依據(jù)測(cè)定結(jié)束以后的結(jié)果,通過計(jì)算得出具體的指標(biāo)數(shù)值。
步驟三:分析及整理試驗(yàn)結(jié)果。
第一,瀝青用量是基礎(chǔ),在對(duì)物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行分析以后,找出二者關(guān)系,形成直觀圖示,如圖1所示,標(biāo)明橫縱坐標(biāo),其中瀝青用量為橫坐標(biāo),縱坐標(biāo)包括密度、空隙率、飽和度等。
圖1 最佳瀝青用量的確定
第二,a1 表示穩(wěn)定度最大相應(yīng)瀝青用量;a2 表示密度最大值的時(shí)候?yàn)r青最佳的用量;a3 表示空隙率是中值的時(shí)候?yàn)r青最適宜的用量,取三者平均值,進(jìn)而計(jì)算出的結(jié)果便是初始瀝青最佳的用量數(shù)值,用OAC1 表示。
第三,對(duì)指標(biāo)達(dá)標(biāo)時(shí)瀝青用時(shí)范圍確定以后,為了方便分析,可以取中間值,作OAC2 表示。
第四,最佳用量的確定可結(jié)合OAC1、OAC2,對(duì)OAC1 關(guān)系圖進(jìn)行檢查,保證與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相符。另外,檢驗(yàn)VMA,如果與要求相符,表明OAC1、OAC2 基礎(chǔ)之上最佳用量的確定具備較強(qiáng)可操作性;若無法滿足要求,可適當(dāng)對(duì)粒徑進(jìn)行調(diào)整,再將試驗(yàn)進(jìn)行重新制作以后,保證每項(xiàng)指標(biāo)符合要求。
第五,氣候條件是基礎(chǔ),適當(dāng)調(diào)整最佳用量值。與此同時(shí),根據(jù)OAC1 與OAC2 而明確的最佳用量,以以往試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)為重要依據(jù),同時(shí)還要考慮道路技術(shù)等級(jí)等,進(jìn)而做出調(diào)整。
試驗(yàn)以后確定瀝青最佳用量,然后制備時(shí)采用的是馬歇爾試件,通過浸水試驗(yàn)的操作或者真空飽和水試驗(yàn),以確定殘留穩(wěn)定度是否達(dá)標(biāo)。
如果瀝青最佳用量、初始數(shù)值差異較明顯,要將瀝青最佳用量和某一初始瀝青最佳用量重新進(jìn)行試驗(yàn)操作,對(duì)殘留穩(wěn)定度進(jìn)行確定。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提要求,Ⅰ型混合料要想保證殘留穩(wěn)定度,就要維持在75%以上;Ⅱ型混合料要想保證殘留穩(wěn)定度,就要保持在70%以上。如果無法滿足以上要求,就要重新配比,可將適量抗剝劑融入,從而提高混合料水穩(wěn)定性。
獲得試驗(yàn)結(jié)果以后,得出了瀝青用量,此時(shí)便可進(jìn)行制備,主要運(yùn)用的是車轍試件,保持溫度在60oC時(shí)檢驗(yàn)瀝青用量穩(wěn)定度。
根據(jù)瀝青最佳用量,獲得的瀝青最佳用量初始數(shù)值,采用車轍試驗(yàn)制備試件,結(jié)合技術(shù)規(guī)范提出具體要求,上層、中層采用瀝青混合料,溫度60oC 左右時(shí),動(dòng)穩(wěn)定度應(yīng)超過800 次/mm。如果試驗(yàn)結(jié)束后無法滿足此要求,適當(dāng)調(diào)整礦料級(jí)配、瀝青用量,重新配比。
在經(jīng)過調(diào)整、試驗(yàn)后,分析試驗(yàn)結(jié)果及試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),確定好最佳瀝青用量、礦料級(jí)配以后,可有效開展現(xiàn)場(chǎng)施工活動(dòng)。
圓柱體是常用制備試件,經(jīng)過12h 放置后,表現(xiàn)密度檢測(cè)采用的是水中重法,結(jié)合相應(yīng)數(shù)據(jù),對(duì)瀝青飽和度、礦料間隙率等進(jìn)行計(jì)算[3]。
在開始做試驗(yàn)之前,首先要將不同類型儀器、工具準(zhǔn)備齊全,包含浸水天平或電子秤,其分度值要求見表2所示。其次,需要準(zhǔn)備好拴鉤及網(wǎng)籃。采用水位溢流裝置,將試件懸吊,需要保證吊線長(zhǎng)度符合要求,懸吊位置要標(biāo)準(zhǔn)。如果采用輪碾成型機(jī),可在懸掛時(shí)選用鐵絲。最后,還需準(zhǔn)備好秒表、電風(fēng)扇及烘箱,用于試件制冷和烘干。試驗(yàn)方法以下詳細(xì)說明。
表2 分度值要求
第一,以試驗(yàn)要求為依據(jù),天平選擇要與標(biāo)準(zhǔn)相符,天平的最大稱重應(yīng)至少超過試件重量的2 倍,同時(shí)不得超過所稱重量的5 倍,否則,稱重誤差較大,結(jié)果不精確。按照以上要求操作,才能保證稱量結(jié)果更加準(zhǔn)確。
第二,以具體要求為基礎(chǔ),完成試件制備后,清除干凈表面浮粒,對(duì)其進(jìn)行稱量。
第三,網(wǎng)籃安裝好以后浸入流水箱內(nèi),適當(dāng)調(diào)節(jié)水位,調(diào)平天平。試件置于網(wǎng)籃內(nèi),需要注意的重點(diǎn)是保持水的穩(wěn)定性,不宜隨意晃動(dòng),在水中靜置1min 以后,稱取水中試件質(zhì)量。若天平讀數(shù)持續(xù)性的變化或者短時(shí)間穩(wěn)定性較差,說明試件存在嚴(yán)重吸水問題,不能使用此方法測(cè)定,要考慮其他方法,例如蠟封法等。
第四,試驗(yàn)完成以后,要將各項(xiàng)物理常數(shù)進(jìn)行運(yùn)算,獲得相應(yīng)結(jié)果,其中包含著表觀、理論密度、空隙率、瀝青體積百分率、礦料間隙率、瀝青飽和度。
Ⅰ型瀝青混合料試驗(yàn)多采用水中重法;表面有較粗顆粒,但密實(shí)度較高的混合料、集料具備強(qiáng)吸水性,測(cè)定時(shí)可以采用表干法?;旌狭衔试?%以上或者有很多碎石材料,不能采用表干法,可使用蠟封法。
試驗(yàn)需要在不斷優(yōu)化與調(diào)整中,進(jìn)而得出最終結(jié)論,所以只有冷料倉(cāng)供料在規(guī)定范圍內(nèi),才可對(duì)混合料進(jìn)行攪拌。以攪拌后混合料外觀以及溫度情況,明確集料、瀝青加熱溫度、最佳拌和時(shí)間。
第一,加熱溫度初步確定:根據(jù)瀝青種類的不同,結(jié)合具體的標(biāo)號(hào),以詳細(xì)的要求作為基礎(chǔ),確定加熱時(shí)需要的具體溫度,取中間數(shù)值,作為初始溫度,集料加熱的過程中要特別注意到的一點(diǎn)是,溫度一定不能比瀝青溫度低,最好高出大約15oC。
第二,攪拌時(shí)間初步確定:總結(jié)相應(yīng)經(jīng)驗(yàn),以此為基礎(chǔ),明確混合料攪拌最初的時(shí)間,最佳的時(shí)間控制在30~50s/鍋,在具體的試驗(yàn)拌和時(shí)可以將50s 作為初始拌和時(shí)間。
第三,拌和混合料:在確定好初步加熱溫度、拌和時(shí)間以后,以此為重要依據(jù),完成混合料的拌和。
第四,確定集料、瀝青實(shí)際加熱溫度:在拌和機(jī)出料口位置測(cè)量混合料的溫度,如果溫度數(shù)值處于規(guī)定范圍內(nèi),色澤均勻,表明加熱溫度的確定是具備可操作性的。如果溫度未在規(guī)定范圍內(nèi),通過目測(cè)以后混合料色澤、均勻度未達(dá)標(biāo),表明加熱溫度在設(shè)置的時(shí)候是有漏洞的,及時(shí)糾正,直到滿足具體規(guī)范及要求。
第五,確定拌和時(shí)間:混合料最佳的拌和時(shí)間指的是經(jīng)過拌和以后的混合料色澤勻稱,s 表示的是集料完全包裹在瀝青內(nèi)時(shí)所需最短攪拌時(shí)間單位?;旌狭铣隽虾?,采用目測(cè)法,分析混合料是不是有明顯的離析、花白料等情況,如果存在以上問題須進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,嚴(yán)重時(shí)要重新進(jìn)行以上操作,并延長(zhǎng)攪拌時(shí)間。
總而言之,在公路工程路面施工過程中,瀝青混合料是常用材料,為了能夠確保施工質(zhì)量,充分發(fā)揮此材料優(yōu)勢(shì),促進(jìn)整個(gè)路面施工質(zhì)量的提高,在進(jìn)行施工之前就要做好混合料試驗(yàn)檢測(cè)工作,結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求,把握好檢測(cè)要點(diǎn),提高瀝青混合料性能。