沥青混合料离析评价方法的探讨

马 强，张 哲

（1.西部机场集团有限公司，陕西 西安 710075；2.山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

沥青混合料离析评价方法的探讨

马 强1，张 哲2

（1.西部机场集团有限公司，陕西 西安 710075；2.山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

通过介绍沥青混合料离析的产生、机理以及评价方法，探讨了以目测法、最大理论密度、空隙率和图像分析技术判别混合料离析的可能性，并提出了判别沥青混合料离析的新方法。实践表明，该方法对路面施工具有一定的指导作用。

沥青混合料；离析；空隙率；图像分析技术

在沥青路面的多种早期损坏中，水损害是最为突出的一个病根。通常，水损坏是通过水的渗透来实现的。如果仅是表面层透水，则在路面的表层出现少许松散和坑槽；如果透水不仅发生在表面，则会引发更大面积和深度的松散及坑槽；当然，如果整个沥青层都发生透水，则基层发生软化，在动水压力的进一步作用下，很快造成沥青面层出现大量坑槽和下沉，进而降低路面预期的使用性能。造成沥青路面出现水损害的原因很多，而其中沥青混合料的离析及不均匀问题是其中最为重要的一个因素。

沥青混合料的不均匀主要是由于沥青混合料组分变异、施工温度离析和碾压工艺控制不当所致，在这些因素中，最为严重的影响因素是沥青混合料组分的变异。沥青混合料的组分变异主要体现为级配离析，是指热拌沥青混合料各组成部分在路面分布不均匀，从而偏离了设计级配，使沥青路面的质量失去了控制；进而出现粗集料聚集区空隙率过大，沥青含量偏低，导致路面出现水损害以及坑槽等早期损害现象；相反，细集料聚集区则往往沥青含量较高，空隙率过小，很容易导致路面的永久变形，并出现泛油等现象。

1 国内外研究现状

目前国内对沥青混合料离析的定量评价还较少，除同济大学孙立军教授等人的研究成果外，其他有关离析评价的文献资料主要集中在国外。

1997年，密歇根州立大学研究者完成了用离散的核子密度仪度量的方法判别线状离析的研究，并建议密歇根州交通运输部采纳其作为质量控制的程序。在此期间，这种方法在堪萨斯州交通运输部也得到了应用。

2000年，在NCHRP项目“热拌沥青路面离析”中，奥本大学国家沥青研究中心提出试验方法与规范，使用热成像和ROSAN激光表面平整度仪去识别离析，评价其严重程度。

2001年，Tashman等人发表文章，通过把水平截面和竖直截面划分成等面积的内外两区域来研究混合料中粒径大于2.36 mm的集料的离析状况，选择能够描述这些区域内集料平均粒径差异的参数来评价离析。

2003年的TRB上，Jay N Mwgoda,Geoffrey M.Rowe等人提出使用激光平整仪来识别沥青路面的离析。他们在用此法所得的数据和铺砂法所得的数据间建立相关的关系，并以此标定前者，来量化沥青路面的表面离析。

2004年的TRB上，吴军霞等人对用多元变量模型来评价沥青混合料路面的离析进行了分析。提出沥青混合料的离析程度能够从其主要成分（空隙率、沥青含量和级配）的变化上来预测，密实度的变化与离析的程度间有着很好的相关性。

上述离析评价方法相对于传统的目测方法，虽然是客观的、定量的，但是由于考虑问题的切入点不同，每一种测试方法也都有着其局限性，评价结果也多少会出现一些误差，仅能部分地反映沥青混合料离析的状况。例如:通过激光表面平整仪，仅能够评价沥青表面层的离析状况，而对路面在深度方向上的离析状况却无法获取；核子密度仪使用的前提假设是离析区域里的混合料密度小，但这并未包括级配和最大密实曲线的相互关系；多元变量模型仅能提供相对结果，而不能获得混合料中各成分具体的分布状况。

因此，本文针对以上沥青混合料离析分析方法的局限性，也为了能够更好地使用参数来定量描述沥青混合料的离析，提出了一种综合评价离析的新方法。此方法对离析进行分阶段考虑、分层次测试，能够对离析的评价有一个更全面的认识。

2 离析的评价方法

2.1 主观评价方法

沥青混合料的离析反映在面层上时是比较容易用眼睛观察到的，这是最直接的定性评价方法，通常根据粗细集料的集中程度进行判断。这种方法简单，易于操作，但是精度不高。尤其当公称最大粒径较小时，采用肉眼观测进行评价会存在困难，而且这种方法受测试人员主观意识的影响较大，因此在此方法很难实现时，可以采用测试沥青表面构造深度的方法辅助进行。

离析主要是指粗、细集料的分离，在细集料集中的路面区域构造深度会较小，而粗集料集中的路面区域表面构造深度会较大，根据粗集料集中的程度，可以把离析分为轻微离析、中度离析和严重离析3种不同的程度。

离析的评价方法是以没有发生离析的区域的构造深度为标准，求取其他区域的构造深度与它的比值，然后根据该比值来判断离析的严重程度。没有发生离析的区域的构造深度可以称之为期望构造深度ETD，以此作为标准来判断路面其他区域是否发生离析以及确定离析的程度。

表1 NCHRP 441离析评价标准 /mm

2.2 客观评价方法

离析的直接后果是集料的空间分布不均匀，从而在一定局域内混合料的密度互不相同，因此很多资料显示：可以采用精度较高的测试混合料密度的方法来对沥青面层的离析进行定量描述。核子密度仪就是目前经常采用的仪器设备。通过核子密度仪测试不同位置混合料的密度，密度的波动范围越大，说明此处的混合料离析较为严重。这样可以根据密度测试结果的波动范围，把沥青混合料的离析划分为若干个等级，等级相近的区域可以认为混合料的离析程度基本接近。

其次，当沥青混合料发生离析时，集料以及沥青分布不均匀，从而使得混合料的空隙率不同，因此空隙率也可以作为一项备用参数或定量参数来对沥青混合料的离析进行较为客观的评价。混合料的密度或空隙率可以作为评价沥青混合料离析的一项指标，但是这样的做法也会同样碰到一些问题。即两处沥青混合料的密度及空隙率相同，也无法得出此两处的沥青混合料的离析程度一定相同。因为对于沥青混合料而言，影响其密度和空隙率的参数很多，因此，此方法可以作为判断离析程度的一项指标，而不能通过这项指标来完全得出离析的严重程度。

表2 离析评价指标及其容许变化范围

2.3 图像分析处理技术

离析主要是指集料或沥青在混合料中发生不均匀分布，从而影响混合料性能的一种现象。因此研究混合料的离析，就是研究集料在混合料中的分布情况。理论上，均匀分布的沥青混合料就是集料在空间上分布均匀，任意截面对称的区域里面各档集料的颗粒数目应该相同，其位置关于截面中心对称。

在研究沥青混合料中集料分布时，分别把各档集料进行单独考虑，其原因是如果把各档集料进行整体考虑，由于不同档集料在面积尺寸上相差过大，则计算结果误差会很大。

若沥青混合料是均匀的，则在该沥青混合料的竖立和平面任意截面内，任一档集料对平面中心点的转距是一定的。因此可以得出以下公式：

Ii=mi×∑kin2

式中：Ii：截面上第i档集料对中心点的转距；

mi：截面上第i档集料中单个集料颗粒的质量；

kin：第i档集料中的第n个集料颗粒的质心坐标。

为了使图像技术能够在分析沥青混合料离析中具有一定的可比性，在形式上更加直观，在不影响分析结果的前提下，可以人为地把某一个沥青层分为对称的2n个区域，用对称两个区域颗粒的相对转距差作为衡量沥青混合料离析的程度。

Differenceni=｜Ii-I2i｜/（Ii+I2i）

其中，Differenceni为第n个截面上第i档集料分布状态指标，以此类推，可以相应地得出其他层位以及各档料的集料分布状态指标。最后，通过对各档集料在空间不同位置的累计叠加，可以得出集料的总体分布状态Difference。

Difference=∑∑ki×Differenceni

式中，ki为第i档料的分布状态对总体集料分布状态的影响系数，在这里取其面积比。其次，第一个求和符号为对n个截面的集料分布状态指标求和，第二个求和符号为对第n个截面上的i档集料分布状态指标求和。

ki=areani/∑area

式中，areani：第n个截面第i档料的总面积；

∑area：第n个截面上各档集料的总面积。根据以上的分析，集料分布状态指标Differenc数值越小，则混合料离析就越小。理论上，无离析而绝对均匀的混合料的集料分布状态指标在数值上应该等于0。因此在以后沥青混合料离析的定量评价中，可以综合考虑混合料水平截面和竖直截面上集料的分布状态即可。

3 结论

考虑到沥青混合料的离析给路面带来的破坏作用，越来越多的分析技术和测试手段用于判断沥青混合料离析的严重程度。但截至目前为止，还没有一项技术可以很简单并准确地对混合料离析进行定量描述。

基于以上考虑，本文分别介绍了简单及复杂的测试及分析手段，分阶段、分层次地依次对沥青混合料的离析进行了定性及定量的描述。可以发现，经过逐步地对混合料离析进行评价，通过以上的测试方法及分析技术可以很好地对离析有了更深层次的认识。

Discusses the Bituminous Mixture Segregation Assessment Method

Ma Qiang，Zhang Zhe

PThe cause，mechanism and assessment method of asphalt mixture is introduced in this paper,and the Monocular Photogrammetry，Max Aggregate density，air content of specimen and image processing technology is used to analyzing the segregation of asphalt mixture，also a new method is discussed.The result shows that this method have provided a certain basis to the construction of the pavement.

asphalt mixture；segregation；air content of specimen；image processing technology

U462.7

A

1000-8136(2010)35-0064-02

马强，男，1983年出生，陕西商洛人，2008年毕业于长安大学，助理工程师。张哲，男，1983年出生，陕西渭南人，2008年毕业于长安大学，工程师。