楊 威

（浙江浙交檢測(cè)技術(shù)有限公司,浙江 杭州 310000）

0 引言

瀝青混凝土路面具有良好的行車舒適性、平整度以及行車噪聲較小并且易于養(yǎng)護(hù)維修的優(yōu)點(diǎn)，因此，我國(guó)高等級(jí)公路大多采用的是瀝青混凝土路面。但是，瀝青混凝土路面在使用一定時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生幾種常見(jiàn)的病害，如：裂縫、坑槽、擁包、車轍、水損害等[1]。對(duì)于瀝青混凝土路面常見(jiàn)病害形成原因，主要可以從兩個(gè)方面來(lái)分析：一方面是日常行車過(guò)程中行車流量較大、部分車輛軸重較重；另一方面是施工過(guò)程中施工方對(duì)于路面結(jié)構(gòu)層質(zhì)量控制不到位，結(jié)構(gòu)層存在壓實(shí)遍數(shù)不足、壓實(shí)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求、殘留空隙率較大等問(wèn)題。瀝青混凝土路面壓實(shí)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的主要原因有：碾壓不到位、壓實(shí)機(jī)具配合不合理、室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾密度不準(zhǔn)確等。其中室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾密度不準(zhǔn)確是導(dǎo)致壓實(shí)度、殘留空隙率不滿足設(shè)計(jì)要求的重要原因。壓實(shí)度和殘留空隙率是瀝青路面施工質(zhì)量控制的兩大重要參數(shù)，但兩者并非越極端越好，而是應(yīng)該維持在一定范圍內(nèi)，才能真正發(fā)揮瀝青混凝土的應(yīng)有特點(diǎn)和功能。同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)兩個(gè)重要參數(shù)都需要馬歇爾密度來(lái)支撐，所以分析馬歇爾試件密度準(zhǔn)確性影響因素和相關(guān)處理建議是必要的，相關(guān)分析如下文。

1 影響馬歇爾密度準(zhǔn)確性的原因分析

1.1 馬歇爾試件配料過(guò)程

馬歇爾試驗(yàn)、旋轉(zhuǎn)壓實(shí)試驗(yàn)是進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中瀝青混合料質(zhì)量檢驗(yàn)的主流方法，在日常檢測(cè)中使用最多的是馬歇爾試驗(yàn)方法。在進(jìn)行瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)時(shí)，需要在試驗(yàn)室人工配制瀝青混合料，經(jīng)成型后再進(jìn)行各項(xiàng)試驗(yàn)，拌制過(guò)程需按規(guī)范要求進(jìn)行。將烘干分級(jí)的粗、細(xì)集料按每個(gè)試件摻配比例要求稱重，在一金屬盤中混合均勻，礦粉單獨(dú)放入小盆里，待加熱達(dá)到要求后混合攪拌，并特別強(qiáng)調(diào)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，宜對(duì)每個(gè)試件分別備料[2]。通過(guò)多次配合比設(shè)計(jì)和驗(yàn)證過(guò)程，發(fā)現(xiàn)按單個(gè)試件分別配料成型的馬歇爾試件數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。不準(zhǔn)確結(jié)果體現(xiàn)于：按相同的質(zhì)量成型的試件高度有一定的偏差，實(shí)測(cè)的試件密度也存在一定的離差。產(chǎn)生這些差異的主要原因是試件的組成級(jí)配與設(shè)計(jì)級(jí)配存在一定偏差，也就是說(shuō)：配料過(guò)程中各檔集料的稱樣存在離析現(xiàn)象。配制一個(gè)試件的混合料質(zhì)量一般在1 200 g 左右，根據(jù)配合比摻配比例稱料，每種規(guī)格的集料稱量質(zhì)量在100～500 g 不等；又因稱取每種規(guī)格集料都有自己的級(jí)配組成，在該稱量質(zhì)量下很難保證集料應(yīng)有的設(shè)計(jì)級(jí)配，故而此舉很難保證成型的馬歇爾試件密度的實(shí)測(cè)值為設(shè)計(jì)級(jí)配下的真實(shí)密度。以此實(shí)測(cè)密度作為標(biāo)準(zhǔn)密度控制現(xiàn)場(chǎng)施工壓實(shí)度和空隙率是不科學(xué)的，因?yàn)榇藭r(shí)的標(biāo)準(zhǔn)密度已經(jīng)偏離了設(shè)計(jì)級(jí)配下的標(biāo)準(zhǔn)密度，以此作為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)施工會(huì)出現(xiàn)壓實(shí)度和殘留空隙率不準(zhǔn)確，表征出來(lái)的結(jié)果是碾壓不足和過(guò)壓兩種情況。

1.2 馬歇爾試件裝料過(guò)程

因?yàn)檠b料過(guò)程是“人”進(jìn)行手動(dòng)裝料、整形，所以結(jié)果的離差性就體現(xiàn)在不同裝料人員的熟練度以及裝料手法上。瀝青混合料路面日常施工中需要對(duì)混合料質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，通常是在瀝青混合料拌和站或施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行取樣，再在試驗(yàn)室中進(jìn)行試驗(yàn)。規(guī)范中介紹了裝料辦法，但是沒(méi)有明確規(guī)范裝料過(guò)程的細(xì)節(jié)，導(dǎo)致出現(xiàn)各種不同的裝料方法，各種裝料方法得出的結(jié)果各不相同。施工現(xiàn)場(chǎng)使用最多的方法是在測(cè)量保溫桶中混合料溫度滿足要求的情況下，用加熱過(guò)的小鏟將混合料裝入試模中經(jīng)過(guò)稱重、插搗、整平表面后進(jìn)行擊實(shí)，進(jìn)而成型馬歇爾試件。規(guī)范上提出裝料后需要在裝好的試件邊部插搗15次，中間插搗10 次，很多檢測(cè)人員也按此過(guò)程操作，但是插搗過(guò)程中粗細(xì)集料又重新排列了，粗集料上浮，細(xì)集料沉底，此舉成型的馬歇爾試件很有可能會(huì)出現(xiàn)棱角不分明，試件兩面出現(xiàn)一面離析和一面光滑的現(xiàn)象即裝料發(fā)生了離析。此種情況的馬歇爾試件會(huì)出現(xiàn)測(cè)得馬歇爾密度數(shù)據(jù)離差較大的情況，又因裝料過(guò)程中人的主觀因素比較大，所稱取的材料均勻性體現(xiàn)于檢測(cè)人員的熟練度和手法上，不利于控制馬歇爾試件質(zhì)量。

1.3 馬歇爾試件擊實(shí)過(guò)程

擊實(shí)過(guò)程是一個(gè)與試件賽跑的過(guò)程，試件在擊實(shí)過(guò)程中一直暴露在低于擊實(shí)溫度一百多度的空氣中，受環(huán)境因素的影響，試件溫度會(huì)急劇下降，倘若過(guò)程中檢測(cè)人員操作不熟練、手法不嫻熟，那就有可能出現(xiàn)擊實(shí)過(guò)程還未完成，試件溫度就已低于要求的擊實(shí)溫度，過(guò)低的擊實(shí)溫度下成型的馬歇爾試件不能準(zhǔn)確表達(dá)混合料的實(shí)際性能。例如在擊實(shí)過(guò)程中，馬歇爾試件的實(shí)測(cè)高度是擊實(shí)完成后通過(guò)游標(biāo)卡尺測(cè)量，需要在成型完成后才能測(cè)量，而且普遍出現(xiàn)由于檢測(cè)面不平整所導(dǎo)致檢測(cè)的精度較差，使得量取的高度不準(zhǔn)確，最后致使后續(xù)試件高度調(diào)整出現(xiàn)問(wèn)題，在一定程度上影響檢測(cè)的效率，從而延長(zhǎng)擊實(shí)過(guò)程。擊實(shí)過(guò)程中溫度的影響亦較大，其中包括裝料完成的溫度以及擊實(shí)過(guò)程中的溫度。通常檢測(cè)人員為圖方便，未將裝料完成的待擊實(shí)試件放入烘箱中以擊實(shí)溫度進(jìn)行保溫，而是在裝料完成后直接進(jìn)行擊實(shí)。該過(guò)程可能未考慮到擊實(shí)溫度，或者雖然進(jìn)行了保溫，卻未關(guān)注烘箱的加熱機(jī)制，而是將試件分散于烘箱中，未考慮烘箱中不同位置的溫差問(wèn)題。此兩種情況，前者會(huì)導(dǎo)致實(shí)際成型的馬歇爾試件密度偏離真實(shí)馬歇爾密度，后者則導(dǎo)致每個(gè)試件內(nèi)部溫度不一致，以至于產(chǎn)生密度數(shù)據(jù)的離差情況，偏離真實(shí)數(shù)據(jù)的馬歇爾密度是不能作為標(biāo)準(zhǔn)密度正確指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的，而離差較大的一組馬歇爾試件其數(shù)據(jù)是無(wú)效的。

1.4 馬歇爾試件密度檢測(cè)過(guò)程

馬歇爾試件密度檢測(cè)的方法有四種，分別是表干法、水中重法、蠟封法、體積法，其中表干法是日常檢測(cè)中使用較多的方法。表干法檢測(cè)過(guò)程中以水作為檢測(cè)介質(zhì)溶液，計(jì)算公式見(jiàn)公式（1）。表干法的原理是通過(guò)靜水天平稱量得到試件在水中的質(zhì)量，以試件表干質(zhì)量與試件水中質(zhì)量之差表示試件的體積，其原理來(lái)自浮力公式，見(jiàn)公式（2）：

式中，ρ液——液體的密度（kg/m3）；g——常數(shù)，是重力與質(zhì)量的比值，取g=9.8 N/kg，粗略計(jì)算時(shí)可取10 N/kg；V排——排開(kāi)液體的體積（m3）;rf——馬歇爾試件毛體積相對(duì)密度（g/cm3）；Ma、Mf、Mw——試件干燥質(zhì)量、試件表干質(zhì)量、試件水中質(zhì)量。根據(jù)牛頓第二定律可將公式（1）簡(jiǎn)化成M浮=ρ液×V排，從簡(jiǎn)化后的公式看，當(dāng)V排恒定時(shí)M浮與ρ液成正比，也就是當(dāng)體積一定時(shí)浮重和介質(zhì)溶液的密度成正比。所以此檢測(cè)過(guò)程中體積測(cè)量準(zhǔn)確性的關(guān)鍵是水中質(zhì)量，換而言之就是浮重測(cè)量的準(zhǔn)確性。眾所周知，水在20 ℃時(shí)的浮力與介質(zhì)溶液的密度息息相關(guān)，當(dāng)水的飽和程度不斷上升，其密度呈上升的趨勢(shì)。當(dāng)水的密度也不斷上升，表征出來(lái)的實(shí)際結(jié)果是實(shí)測(cè)水中重比實(shí)際水中重偏小，即實(shí)測(cè)體積較實(shí)際體積偏大，進(jìn)而導(dǎo)致實(shí)測(cè)馬歇爾密度偏小。以此檢測(cè)結(jié)果評(píng)定出來(lái)的瀝青路面空隙率、壓實(shí)度指標(biāo)偏離實(shí)際結(jié)果，導(dǎo)致該結(jié)果有誤，不能正確指導(dǎo)實(shí)際施工。

2 馬歇爾試件制作、密度檢測(cè)過(guò)程中的相關(guān)建議

2.1 加強(qiáng)人員培訓(xùn)

人員是試驗(yàn)檢測(cè)工作的主要對(duì)象，和試驗(yàn)檢測(cè)的總體質(zhì)量水平與施工質(zhì)量有著密切的關(guān)系。交通工程項(xiàng)目數(shù)量正在逐漸增加，對(duì)于交通工程施工的要求也更加嚴(yán)格。試驗(yàn)檢測(cè)工作人員要與時(shí)俱進(jìn)，不斷提高自身的綜合素質(zhì)和操作技能，以滿足當(dāng)前試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)的需求。同時(shí)，可以通過(guò)增加人員實(shí)踐培訓(xùn)的次數(shù)，投入更多的材料成本和資源，建立公司特色的專業(yè)培訓(xùn)體系，并建立切實(shí)的內(nèi)部管理制度，提高交通工程試驗(yàn)檢測(cè)的效率[3]。另外，在建立內(nèi)部管理體系時(shí)，應(yīng)充分考慮交通工程的具體情況，不要盲目跟風(fēng)，隨意建立，為提高檢查管理的效率和質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?！叭恕笔窃囼?yàn)檢測(cè)過(guò)程中對(duì)數(shù)據(jù)真實(shí)性影響最重要的因素，很多檢測(cè)數(shù)據(jù)往往存在著一定的主觀性，對(duì)于試驗(yàn)檢測(cè)活動(dòng)來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和提高人員檢測(cè)素養(yǎng)是保證試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)性的必要措施。

2.2 配料和裝料過(guò)程

針對(duì)配料過(guò)程中影響數(shù)據(jù)離差性的原因，建議在配制過(guò)程中以一組試件為單位進(jìn)行配料。即以6 個(gè)試件需要的量并考慮損耗配制，每種集料以四分法攤平成圓形于地面，稱料的時(shí)候以圓心為基準(zhǔn)，按扇形區(qū)域鏟料，直到達(dá)到要求的質(zhì)量，礦粉按一組的時(shí)間需要的質(zhì)量單獨(dú)稱量。室內(nèi)拌制的瀝青混合料和現(xiàn)場(chǎng)取的瀝青混合料均倒入準(zhǔn)備好的容器中充分?jǐn)嚢?，待攪拌均勻后在盆中攤平，待測(cè)量溫度滿足要求后同樣以圓心為基準(zhǔn)點(diǎn)，按扇形區(qū)域鏟料，直至達(dá)到要求稱量的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在裝料過(guò)程中可以擺脫常規(guī)方法，每一組試件準(zhǔn)備6 個(gè)小鐵盆，小鐵盆的底部直徑較馬歇爾試模外徑大20 mm 即可，將每個(gè)馬歇爾試模放于小鐵盆中，試模加熱的時(shí)候?qū)⒔M裝好的馬歇爾試模和鐵盆一起放入烘箱中加熱，試模加熱完成后將稱量好的瀝青混合料按規(guī)范要求裝入試模中。試件在插搗的過(guò)程中需要注意的是：在插搗邊部15 次的時(shí)候盡量插搗到底；插搗中部10 次的時(shí)候盡量插搗到距離底部5 mm 左右為宜；最后將試件表面整平成中間高兩邊低的錐形面，在整平的同時(shí)倘若有粗顆粒在表面，可以在整平過(guò)程中使粗顆粒盡量夾雜著細(xì)顆粒放置在試件靠中部的位置上。通過(guò)如此嚴(yán)格的過(guò)程控制可以使得擊實(shí)后的試件能準(zhǔn)確表達(dá)混合料的實(shí)際性能。在配料過(guò)程中亦采用四分法并按要求稱樣，以一組試件的總量配料，各檔材料的配制稱量重量大大提高。稱量的提高在一定程度上提高了稱量材料取樣的均勻性，從而使稱取的混合料級(jí)配盡可能接近設(shè)計(jì)級(jí)配，使設(shè)計(jì)級(jí)配能通過(guò)馬歇爾試件參數(shù)正確表達(dá)出來(lái)，進(jìn)而降低馬歇爾試件數(shù)據(jù)偏離實(shí)際值的可能性。在裝料過(guò)程中同樣按四分法均勻拌和混合料，以扇形區(qū)域稱料，而后整平試件表面并按要求在烘箱中保溫，如此成型的試件在一定程度上排除了人為因素的影響，從而降低了馬歇爾密度數(shù)據(jù)離差性。

2.3 擊實(shí)成型過(guò)程

在進(jìn)行馬歇爾試件擊實(shí)的過(guò)程中，馬歇爾試件高度達(dá)到（63.5±1.3）mm 的范圍是試件符合標(biāo)準(zhǔn)的初步要求，但往往首個(gè)試件在進(jìn)行擊實(shí)的時(shí)候很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而需要以第一個(gè)試件為標(biāo)準(zhǔn)來(lái)調(diào)整后續(xù)的試件。在此過(guò)程中需要擊實(shí)完成后再通過(guò)游標(biāo)卡尺進(jìn)一步測(cè)量試件的高度，然而游標(biāo)卡尺測(cè)量的高度數(shù)據(jù)僅代表一個(gè)點(diǎn)，是不能正確的表達(dá)馬歇爾試件的真實(shí)高度的。所以在擊實(shí)準(zhǔn)備工作中可以在擊實(shí)桿與馬歇爾擊實(shí)儀頂部交叉的位置做高度標(biāo)記，在擊實(shí)桿上部標(biāo)上試件62.2 mm 的標(biāo)記，再往下1.3 mm 標(biāo)記出試件高度達(dá)到64.8 mm 的標(biāo)記，標(biāo)記的精確度精確到0.1 mm，如此在擊實(shí)過(guò)程中就能夠掌握試件的真實(shí)高度，在后續(xù)擊實(shí)過(guò)程中也可以直接調(diào)整試件的質(zhì)量，使后續(xù)試件高度達(dá)到要求。同時(shí)試件擊實(shí)溫度是影響馬歇爾試件密度的重要因素，保證試件擊實(shí)溫度在一定程度上能保證試件密度數(shù)據(jù)的均勻性。建議一組待擊實(shí)的試件中選擇一個(gè)或者幾個(gè)試件插上玻璃溫度計(jì)，然后放入達(dá)到擊實(shí)溫度的烘箱中保溫。而放入烘箱保溫過(guò)程中試件放置位置也是有講究的，每一組試件盡量放置在烘箱中的同一層，并且同一組試件盡量放置在烘箱中同一排的相同位置，待擊實(shí)試件內(nèi)部溫度達(dá)到擊實(shí)溫度后開(kāi)始擊實(shí)。進(jìn)行保溫的烘箱不宜使用體積過(guò)大的，因?yàn)樵趽魧?shí)過(guò)程需要開(kāi)關(guān)烘箱多次，體積過(guò)大的烘箱在反復(fù)打開(kāi)門后溫度會(huì)急劇下降，而相比小體積的烘箱，大體積烘箱溫度降低后的升溫速度慢，從而會(huì)影響后續(xù)未擊實(shí)試件的擊實(shí)溫度，并在一定程度上影響到后續(xù)成型完成試件的質(zhì)量。

2.4 密度檢測(cè)過(guò)程

進(jìn)行馬歇爾密度檢測(cè)過(guò)程中，除了需要對(duì)檢測(cè)溫度密切關(guān)注，同時(shí)也要關(guān)注檢測(cè)介質(zhì)溶液的飽和度，在日常檢測(cè)活動(dòng)中通常以水為介質(zhì)，而規(guī)范中又未規(guī)定檢測(cè)用水的參數(shù)情況。建議加強(qiáng)對(duì)試件密度檢測(cè)用水溫度控制，現(xiàn)今很多工地試驗(yàn)室乃至檢測(cè)機(jī)構(gòu)仍配備的是不能控溫的靜水天平。該種靜水天平的溫度控制在一定程度上依賴于室內(nèi)環(huán)境的溫度，雖然室內(nèi)有空調(diào)，但是空調(diào)對(duì)于溫度控制只能起到輔助作用，故而建議使用可以控溫的靜水天平，以此排除溫度對(duì)水的密度影響。同時(shí)大部分檢測(cè)機(jī)構(gòu)以及工地試驗(yàn)室進(jìn)行馬歇爾密度、芯樣密度檢測(cè)所用的水大多更換頻率很低，在反復(fù)的試驗(yàn)中，檢測(cè)用水的飽和度是逐漸上升的，即水的密度是不斷變化的，而不同的密度的水會(huì)導(dǎo)致實(shí)測(cè)馬歇爾密度數(shù)據(jù)偏離。以此水溶液進(jìn)行檢測(cè)的馬歇爾密度乃至芯樣密度，檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果易偏離實(shí)際。故而建議加強(qiáng)對(duì)靜水天平的核查工作，并且配備一些已知質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)塊，以此標(biāo)準(zhǔn)塊對(duì)靜水天平進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)。并在每次檢測(cè)前進(jìn)行一次校準(zhǔn)，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)塊水中重發(fā)生重大變化時(shí)對(duì)檢測(cè)用水進(jìn)行更換，更換后再校準(zhǔn)一次，當(dāng)達(dá)到要求后方能開(kāi)始檢測(cè)。以此方法能避免水溶液的飽和度變化導(dǎo)致影響馬歇爾密度檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的情況，以此檢測(cè)出來(lái)的馬歇爾密度才能更接近其實(shí)際密度，并能以此結(jié)果有效指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工。

3 結(jié)束語(yǔ)

馬歇爾試件的制作和密度檢測(cè)過(guò)程原理較簡(jiǎn)單，但其中的每個(gè)步驟都應(yīng)認(rèn)真對(duì)待，深刻認(rèn)識(shí)每個(gè)步驟的重要性，只有如此才能保證所成型的馬歇爾試件密度數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和代表性，從而客觀地反映瀝青路面的施工質(zhì)量，為公路建設(shè)事業(yè)添磚加瓦。