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淺談路面芯樣馬歇爾試驗(yàn)的必要性論文
摘要：采用瀝青路面芯樣做馬歇爾穩(wěn)定度、流值及密度的試驗(yàn)，可以真實(shí)地體現(xiàn)路面的質(zhì)量狀況，正確地評(píng)價(jià)瀝青路面質(zhì)量品質(zhì)。
關(guān)鍵詞：路面芯樣；馬歇爾試驗(yàn)；必要性
前言 瀝青路面是我國(guó)公路路面的主要類型。近年來(lái)，隨著交通量的飛速增長(zhǎng)和軸載的不斷提高，瀝青路面出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題也越來(lái)越多，有些路段使用周期已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)年限，即出現(xiàn)各種路面病害，嚴(yán)重降低了路面的服務(wù)功能，造成不良的社會(huì)影響。經(jīng)過(guò)查找施工時(shí)的檢測(cè)資料發(fā)現(xiàn)，施工時(shí)的檢測(cè)資料都符合設(shè)計(jì)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(shí)別原因，對(duì)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(zhǎng)瀝青路面的使用壽命，無(wú)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最重要的控制指標(biāo)，嚴(yán)格控制上述指標(biāo)的檢測(cè)，對(duì)于提高瀝青路面高溫穩(wěn)定性、抗塑性變形及密實(shí)度、空隙率等具有非常重要的意義。同時(shí)，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(biāo)，才能正確地評(píng)價(jià)瀝青路面的質(zhì)量品質(zhì)。
1目前我國(guó)現(xiàn)行試驗(yàn)方法的有關(guān)規(guī)定
我國(guó)現(xiàn)行的《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ032-94)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(yàn)方法。通過(guò)大量的試驗(yàn)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(shí)度成直線密切正相關(guān)，與空隙率成直線密切負(fù)相關(guān)。由于空隙率是密度的不同表征形式，因此，密度對(duì)馬歇爾穩(wěn)定度有著至關(guān)重要的影響。根據(jù)試驗(yàn)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(guān)外，很大程度上取決于擊實(shí)次數(shù)(擊實(shí)功)的多少和擊實(shí)溫度的高低，擊實(shí)次數(shù)越多，瀝青混合料單位體積得到的擊實(shí)功越大，試件越容易被壓密。同樣，由于瀝青材料自身的特點(diǎn)，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(guò)這種方法得到的試驗(yàn)結(jié)果不能真實(shí)體現(xiàn)瀝青路面的實(shí)際質(zhì)量。
2利用現(xiàn)場(chǎng)芯樣做馬歇爾試驗(yàn)的必要性
用室內(nèi)成型的試件做馬歇爾試驗(yàn)、密度試驗(yàn)及計(jì)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(biāo)，并不能代表路面的真實(shí)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(jí)配情況)和瀝青混合料的壓實(shí)密度等。如果采用拌和廠取樣成型的試件代表路面真實(shí)情況進(jìn)行檢驗(yàn)，必須至少具備以下兩個(gè)必要條件：
�。�1）原材料質(zhì)量及配合比與路面實(shí)際使用的材料和配合比一致；
�。�2）試件的密實(shí)度與路面的密實(shí)度一致。
但是在實(shí)際施工中，由于運(yùn)輸、攤鋪過(guò)程中拌和料出現(xiàn)離析，會(huì)使路面材料局部產(chǎn)生配合比改變。更為嚴(yán)重的是，室內(nèi)試驗(yàn)的擊實(shí)功是試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)擊實(shí)功，而壓實(shí)功則取決于壓路機(jī)的噸位、碾壓遍數(shù)和壓實(shí)機(jī)械的組合情況，因此擊實(shí)功并不一定等同于路面壓實(shí)功，且施工碾壓溫度也很難和室內(nèi)試驗(yàn)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(biāo)，很難真實(shí)地代表現(xiàn)場(chǎng)瀝青路面的質(zhì)量情況。如果利用取芯機(jī)鉆取的芯樣作為檢測(cè)樣本，進(jìn)行穩(wěn)定度、流值、密度等指標(biāo)的檢驗(yàn)，更能代表瀝青路面的真實(shí)質(zhì)量情況。
3利用現(xiàn)場(chǎng)芯樣取代拌和廠成型試件做馬歇爾試驗(yàn)的可行性
《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》JTJ052-2000中T0710-2000規(guī)定了瀝青路面鉆芯馬歇爾試驗(yàn)方法，但條文說(shuō)明同時(shí)指出：“由于鉆頭直徑往往是100mm及150mm的，所以試件直徑必然小于101．6mm或152mm的要求，可直徑太小，不能與馬歇爾試驗(yàn)儀的壓頭吻合，這是矛盾的，因此，本方法的試驗(yàn)結(jié)果并不能作為檢驗(yàn)瀝青路面是否合格的依據(jù)。”這說(shuō)明瀝青路面芯樣馬歇爾試驗(yàn)不能作為檢驗(yàn)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(yàn)儀的壓頭曲率不符，因此容易產(chǎn)生試驗(yàn)誤差。如僅限于此，我們完全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(lái)的試驗(yàn)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(yàn)規(guī)程，馬歇爾試件壓頭被做成了固定的曲率內(nèi)徑，標(biāo)準(zhǔn)壓頭為101．6mm，大型馬歇爾試件壓頭為152．4mm。在此，以標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件壓頭為例，如果芯樣的直徑為99．8mm，與標(biāo)準(zhǔn)試件直徑101．6mm的差值為1．8mm。在實(shí)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(zhǎng)度為壓頭與試件接觸線同長(zhǎng)，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(yàn)時(shí)，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(yàn)偏差即可消除。應(yīng)當(dāng)指出的是，由于受鉆頭內(nèi)徑的加工精度、鉆機(jī)的偏心程度及鉆機(jī)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(gè)常數(shù)，在選取墊片的厚度時(shí)，可對(duì)已經(jīng)鉆取的芯樣直徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，取芯樣直徑的上限值(最大值)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(biāo)準(zhǔn)鉆頭，則各個(gè)試件直徑之間的差別一般不會(huì)很大，可以忽略不計(jì)。
3.2加工專用鉆頭。
對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(huì)超過(guò)0．5mm。以1‰鉆頭為例，如果鉆頭內(nèi)徑為100Inm，芯樣直徑一般可以達(dá)到99．5～100mm，這對(duì)于馬歇爾試件標(biāo)準(zhǔn)直徑101．6mm而言，其吻合程度顯然不夠。由馬歇爾試驗(yàn)的受力情況可知，如果試件與壓頭的吻合程度不夠，就會(huì)引起初壓階段試件受力集中，致使試件過(guò)早破壞并進(jìn)入流變狀態(tài)，從而導(dǎo)致馬歇爾穩(wěn)定度減小，流值增大，這種情況不適宜作為評(píng)價(jià)瀝青路面質(zhì)量的依據(jù)。然而，我們可以發(fā)現(xiàn)鉆頭的內(nèi)徑與鉆件直徑的誤差并不大，這就使得設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)鉆頭內(nèi)徑成為可能。事實(shí)上，目前使用的鉆機(jī)，都不是專用鉆機(jī)，它既用于鉆取瀝青路面芯樣，也用于鉆取半剛性路面基層材料芯樣，同時(shí)也用于鉆取水泥混凝土芯樣。在這些用途中，只有瀝青路面對(duì)芯樣直徑有嚴(yán)格的要求。因此，在滿足瀝青路面取芯的同時(shí)，并不影響做其他鉆件的使用，這樣一來(lái)，就可以將鉆頭內(nèi)徑加工成101．6mm，以滿足瀝青路面鉆芯做馬歇爾試驗(yàn)的要求。即使不與其他鉆件共用鉆頭，為瀝青路面專門設(shè)計(jì)、制造101．6mm和152．4mm的鉆頭也是非常必要的。
4實(shí)例分析
幾年來(lái)，我們采用在馬歇爾試驗(yàn)儀壓頭內(nèi)墊墊片的方法，對(duì)所鉆取的瀝青混凝土芯樣做了大量的馬歇爾試驗(yàn)，從試驗(yàn)結(jié)果看具有較好的規(guī)律性和可行性。對(duì)室內(nèi)成型的馬歇爾試件所做的目標(biāo)配合比試驗(yàn)結(jié)果與工程實(shí)體鉆取的芯樣所做的馬歇爾試驗(yàn)，及其相關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，不難發(fā)現(xiàn)：空隙率、密度與穩(wěn)定性具有密切相關(guān)性，也可以證明工程實(shí)體芯樣馬歇爾驗(yàn)結(jié)果的規(guī)律性和鉆芯取樣試驗(yàn)方法的穩(wěn)定性。同時(shí)還提醒我們，應(yīng)爭(zhēng)取盡可能小的空隙率和盡可大的密實(shí)度，以取得較大的路面穩(wěn)定度，提高路的使用品質(zhì)。只要工程實(shí)體鉆取的芯樣與馬歇爾壓頭具有相當(dāng)?shù)奈呛铣潭�，在材料和配合比都相同的條件下，其試驗(yàn)結(jié)果就能達(dá)到或接近室內(nèi)成型試件的試驗(yàn)效果。當(dāng)然，由于芯樣直徑偏小，即使芯樣與壓頭有很好的吻合程度，其試驗(yàn)結(jié)果仍會(huì)受到一定的影響，但這種影響并不顯著。
5結(jié)論
（1）為了使鉆取的芯樣直徑和標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件相一致，建議生產(chǎn)101．6±0．2mm和152．4±0．2mm的瀝青混凝土專用鉆頭，并納入專用試驗(yàn)儀器管理中。
�。�2）建議對(duì)路面實(shí)體鉆芯馬歇爾試驗(yàn)按照每一分項(xiàng)工程為一單元，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。
�。�3）實(shí)踐證明，由于馬歇爾穩(wěn)定度與試件的密實(shí)程度呈增函數(shù)關(guān)系，即：試件密實(shí)度越大，其馬歇爾穩(wěn)定度越大。由于瀝青路面存在一個(gè)壓實(shí)度百分率問(wèn)題，因此工程實(shí)體馬歇爾穩(wěn)定度也同樣存在一個(gè)百分率問(wèn)題。建議在標(biāo)準(zhǔn)配合比馬歇爾穩(wěn)定度(壓實(shí)度為100％)的基礎(chǔ)上規(guī)定路面鉆芯馬歇爾穩(wěn)定度下置信限值。
�。�4）由于施工階段工程實(shí)體密度一般達(dá)不到目標(biāo)配合比密度，相應(yīng)的空隙率會(huì)產(chǎn)生同樣的差別，為與設(shè)計(jì)空隙率相區(qū)別，建議對(duì)路面實(shí)體鉆芯試件制定施工容許空隙率指標(biāo)。
（5）為追求更高的路面工程實(shí)體穩(wěn)定度和更小的塑性變形，建議提高各級(jí)瀝青路面的壓實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，如二級(jí)路可提高至馬歇爾試驗(yàn)最大值的96％，高、一級(jí)公路可提高至97％或98％。通過(guò)工程實(shí)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(duì)工程實(shí)體進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)與室內(nèi)成型試件進(jìn)行馬歇爾試驗(yàn)相比具有良好的關(guān)系，并且能夠準(zhǔn)確、客觀地評(píng)價(jià)路面質(zhì)量的實(shí)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(shí)可行的檢測(cè)方法。
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