基于室内试验的旧沥青路面评价技术探讨

郭 涛

(山西省晋中路桥建设集团有限公司 晋中 030600)

JTG D50-2017 《公路沥青路面设计规范》[1]中规定可采用钻芯、探坑取样、路面雷达、切割等方式，调查分析既有路面厚度、层间结合及病害程度等情况，并取样测定试件模量、强度等，分析路面材料组成与退化情况。但是目前相关规范的试验方法都是针对新鲜的沥青混合料，对于已经投入使用的沥青路面，并无相应的试验方法。

本文对某运营期高速公路沥青路面进行了取样室内试验，以探讨运营期沥青路面工作性能的检测方法。

1 沥青路面主要病害类型

某高速公路沥青路面状况总体较好，但不同程度地出现了一些病害，如车辙、坑槽、松散、桥面白斑、网裂等，其中桥梁路段病害所占比例较大。

车辙病害是其主要病害，主要发生在桥面行车道上，在桥面弯道、桥梁伸缩缝两侧的车辙则更为严重，部分路段车辙深度达6 cm，并已形成壅包，严重影响了路面行车安全性。部分行车道轮迹上的车辙部位同时也出现了网裂、白斑等病害。

坑槽、松散病害在2个方向均存在，其中下行方向更为严重；从发生的路段上来看，该病害主要发生在桥面上，部分路基段的匝道进出口位置也发生了坑槽、松散等病害。并且从现场情况来看，大部分坑槽、松散病害与车辙、网裂等病害同时存在，主要发生在行车道轮迹带上，部分坑槽、松散已连成一片。

桥面白斑情况在全线桥面普遍存在，其中硬路肩、超车道更为明显。据调查，该情况在路面通车后不久就出现，部分行车道上的白斑后期发展成了坑槽等病害。

横向裂缝在路段的路基段普遍存在，部分间距不足10 m，裂缝大多贯穿半幅路面，裂缝宽度不等，目前均已进行灌缝处理。

其他病害如网裂、修补破坏、表层剥落、纵向推移等在部分路段存在。其中网裂主要发生在桥面行车道轮迹上，大多与车辙病害、坑槽、松散同时存在，同时伴有推移现象，是后期发生大面积破坏的前兆；修补破坏主要表现在沿已修补部位边缘发生松散、白斑等病害，导致出现重复修补现象。

2 路面取芯及试验方案

本次试验试样均随机选取自K118+482-K192+775路段。在典型路段病害处取芯，每种病害取芯不少于3处，每处病害要求至少取2个芯样，并在对应的硬路肩未发生病害处取不少于2个芯样，路面取芯采用直径150 mm的钻头。取芯过程中，要详细记录芯样的完整性、厚度、层间联结情况等，并与弯沉测试结果、雷达测试结果进行对比。取芯结束后，分层(上、中、下面层)将芯样进行切割以备室内试验。

对于桥面路段，芯样厚度为沥青铺装层厚度；对于非桥面路段，芯样厚度应为沥青层总厚度。芯样试验项目包括：①芯样高温稳定性检测。采用SPT性能试验机，通过测试芯样流变次数进行高温稳定性评价[2]；②芯样压实度、现场空隙率试验。通过测试芯样密度和混合料的最大理论密度测试其现场空隙率和压实度；③芯样级配筛分试验。对芯样二次加热后对其混合料进行抽提试验，对集料进行级配分析；④芯样的劈裂强度试验。采用冻融劈裂试验进行评价；⑤芯样水稳定性试验。采用浸水马歇尔试验进行评价[3-5]。

拟通过室内试验对路面现场空隙率、压实度，混合料级配组成和油石比、高温稳定性、水稳定性试验等进行评价，具体试验内容见表1。

表1 路面芯样试验方案表

3 路面现场空隙率试验

1) 上面层芯样。上行方向上面层芯样的密度、上行方向空隙率的检测数据见表2。由表2可见，芯样空隙率离散性较大，其中路肩空隙率普遍偏高，行车道由于受到重复车辆荷载的不断压实作用，空隙率普遍偏低。出现白斑的地方空隙率普遍偏高，在壅包附近空隙率偏低。

表2 上面层代表芯样的密度和空隙率

2) 中面层芯样。上行方向中面层芯样的密度、上行方向空隙率的检测数据见表3。

由表3可见，中面层空隙率离散性较大，且空隙率普遍偏高。

表3 中面层芯样的密度和空隙率

4 沥青混合料抽提试验

沿路选择病害严重路段对上、中、下面层沥青混合料进行了抽提试验，分析其混合料的油石比和集料的级配状况。

1) 上面层混合料抽提试验结果分析。从抽提结果来看，抽提级配中4.75，9.5 mm通过率超出控制上限，混合料级配明显偏细，且粉尘含量偏大，按近控制上限，混合料生产过程中级配控制较差。上面层混合料抽提级配结果见表4。

表4 上面层沥青混合料抽提级配结果

抽提级配中大部分筛网通过率不满足要求，级配整体偏细，且粉尘含量均偏大或超出控制上限，混合料生产过程中级配控制较差。

上面层油石比抽提结果见表5。

表5 上面层沥青混合料油石比抽提结果 %

由表5可见，实际油石比与设计油石比均有一定偏差，但偏差较小；粉胶比过大，不满足要求。

2) 中面层混合料抽提试验结果分析。中面层混合料级配抽提试验结果见表6。

表6 中面层沥青混合料抽提级配结果

由表6可见，部分芯样抽提级配远远偏离设计级配，级配波动性较大，级配严重偏细处与现场行车道发生严重车辙相对应。同时，从抽提结果来看，0.075 mm通过率偏大。

中面层沥青混合料油石比抽提结果见表7。

表7 中面层沥青混合料抽提油石比结果 %

由表7可见，所抽检芯样油石比偏低，这可能也是取芯过程中发生芯样脱落，集料外露的原因。从粉胶比指标来看，芯样的粉胶比过大，不满足要求。

3) 下面层混合料抽提试验结果分析。下面层混合料级配抽提试验结果见表8。

表8 下面层抽提级配结果

由表8可见，下面层沥青混合料级配波动性较大，级配严重偏细处与现场行车道发生严重车辙相对应。

综合分析，从芯样抽提试验结果来看，检测路段混合料生产过程中级配控制均较差，均存在混合料级配偏细和粉尘含量偏大的现象，级配偏细、粉尘含量高、粉胶比偏大是路面产生车辙、水损害的重要原因之一。

5 芯样SPT试验结果分析

通过SPT试验(简单性能试验)流动次数指标对混合料的高温性能进行评价。试件采用钻芯并切割出尺寸为100 mm×150 mm(直径×高度)的试件，切割过程中尽量保持上面层的完整。试验前，将试件放置于空气浴中保温5 h 以上，同时在试验过程中，保持腔内温度为试验温度。

由于试验条件的苛刻，本路段可做SPT试验的芯样受到很大的限制，最后挑选了5个符合试验条件的试件进行了该试验。试验结果见表9。

表9 SPT试验结果统计

从芯样的流动次数试验结果来看，K118+482处试件所反映出的高温性能最佳，而路面K151+850处的2组试件测试结果相差较大，其两者平均值与K192+775处相当，两者高温性能基本相当。

从试验数据上看，K118+482处混合料表现出了较好的高温性能，但根据以往试验资料，Fn大部分为2 000～3 000次，本次试验中，K118+482处2个试件的Fn达到了8 500次以上，初步分析认为该试验结果可能受芯样影响较大。

该试验受现场取芯条件限制，各芯样均存在较大的不同，故其试验结果仅供参考，高温性能评定时应结合其他试验共同进行。

6 水稳定性试验结果分析

按规范进行冻融劈裂试验，试验所用芯样均取自硬路肩白斑处，所用芯样为中面层芯样，试验结果见表10。

表10 冻融劈裂试验结果表

从试验结果来看，各芯样的冻融劈裂值均满足要求，说明发生白斑后，路面抗水损害性能并没有明显下降。

7 结语

旧路路面的检测结果是新路路面设计的重要依据，通过综合分析各种检测指标的结果，再结合最新的路面设计技术就可以确定新路路面方案。通过现场取样检测，可以看出旧路面实测油石比与设计油石比偏差较小，但粉胶比过大，不满足设计要求，结合芯样抽提试验结果，表明混合料生产过程中级配控制较差，级配偏细、粉尘含量高、粉胶比偏大是路面产生车辙、水损害的重要原因。各检测芯样的冻融劈裂值均满足要求，说明白斑病害对路面抗水损害性能没有明显影响。检测试件的高温性能结果偏离通常的试验结果较多，应当结合其他试验综合考虑新路面材料的高温性能指标。另外路肩空隙率普遍偏高，说明新路建设中需要加强施工工艺，进一步提高施工质量。