高速公路路面取芯试验及病害探析

明 亮

(安徽省公路工程检测中心，安徽 合肥 230000)

1 试验目的、方案

1.1 试验目的

高速公路路面取芯试验属于本文研究的核心，试验以研究对象路段路面上面层芯样为对象，分别开展面层试验与基层试验，以此明确告诉公路路面裂缝病害的成因。

1.2 试验方法

从混合料层面考虑，可能造成告诉公路路面裂缝的原因包括沥青材料配合比不合理、沥青混合料集料级配不佳、沥青混合材料过细、基层或路基结构强度不足、沥青过度老化，因此研究确定了混合料性能试验、沥青老化性能检测、基层芯样抗压强度试验三方面内容。

2 沥青混凝料性能试验

为明确沥青混凝料性能，研究开展了沥青混合料矿料级配试验、沥青混合料低温小梁弯曲试验、沥青混合料动态模量试验。

2.1 沥青混合料矿料级配试验

考虑到裂缝类病害属于本文研究高速公路路段的主要病害类型，且高速公路路面裂缝病害可细分为表层疲劳裂缝和基层反射裂缝两类，因此试验前首先进行了裂缝类病害断面的取芯，并结合取芯开展了针对性试验，试验围绕疲劳横缝的上面层、中面层、下面层展开，分别进行了AC-13C、AC-20C、AC-25抽提级配试验。试验结果表明，表层横向疲劳裂缝处的各层级配基本满足规范要求，但总体存在细集料偏多问题，这一问题在上中面层级配中的表现较为明显，这就使得细集料比表面积加大因此大幅增加，更多的沥青用于裹覆细集料，密级配混合料细集料的影响可见一斑。在行车荷载、温度的影响下，沥青的老化速度出现了一定加快。受老化因素影响，沥青混合料的沥青粘结力不断减弱、延度也因此不断下降，表层开始的细小裂缝因此得以出现。同时围绕疲劳纵缝上面层、中面层、下面层分别开展AC-13C、AC-20C、AC-25抽提级配试验，对比纵向疲劳裂缝处级配可以发现，其级配曲线与横向疲劳裂缝类似，上述分析由此得到了佐证。

2.2 沥青混合料低温小梁弯曲试验

为反映沥青混合料的低温性能，研究采用了低温小梁弯曲试验，该试验围绕-10 ℃情况下的混合料加载展开，表1为该试验的结果，现场取芯范围为K116+80～K116+700下行。结合表1不难发现，沥青混合料的破坏应变未能满足规范要求，这种情况的出现表明沥青混合料的低温抗裂性能大幅衰减并逐渐无法满足高速公路运行需要。

表1 低温小梁弯曲试验结果

2.3 沥青混合料动态模量试验

沥青混合料动态模量试验的开展是为了评价高速公路沥青混合料高温抗车辙性能，因此研究采用了SPT性能试验仪，为保证试验的针对性和结果应用价值，应变范围在试验过程中控制在85 με～115 με区间，比较试验结果中动态模量值在各温度条件下的变化，可得出路面取芯与室内成型试样对比试验结果。

结合图1进行分析，相较于AC-13混合料，试验室内混合料在5 ℃、25 ℃、55 ℃情况下的动态模量较为优秀，这种情况的出现是由于研究对象高速公路路段路面在经过一段时间使用后，轻质芳香分挥发、胶质老化成沥青，老化变硬现象的一定程度出现使得沥青混合料与新料在动态模量上存在较大差距。

图1 路面取芯与室内成型试样对比试验结果

3 沥青老化性能检测试验

为明确沥青老化程度，试验用芯样取自主车道，由此围绕沥青胶结料开展了针对性试验，主要包括回收沥青三大指标试验、回收沥青四组分试验。

3.1 回收沥青三大指标试验

沥青老化程度的评价多采用回收沥青的三大指标确定，因此本文研究重点开展了回收沥青的三大指标试验，回收沥青的针入度、软化点、延度分别用于评价其感温性能、高温性能以及低温性能。通过收集资料，研究获得了交通组成相似、通车年限相近的高速公路路面回收沥青三大指标数据。本文研究高速公路路段回收沥青的针入度(25 ℃)、软化点、延度(5 ℃)分别为18、68.5、3，收集资料同类高速公路路面回收沥青的针入度(25 ℃)、软化点、延度(5 ℃)分别为20、66.0、5，具体对比如图2所示。结合回收沥青三大指标试验不难发现，研究对象高速公路路段沥青材料的延度、针入度均已经无法满足规范要求，而相较于同类工程，其沥青老化程度更高、低温抗裂性能衰减更为严重，这种情况的出现与自然环境、重交通荷载存在较为紧密联系。

图2 回收沥青三大指标对比

3.2 回收沥青四组分试验

为明确回收沥青成分，研究基于回收沥青开展了四组分试验，由此可确定回收沥青的沥青质、芳香分、胶质、饱和分的占比分别为42.6%、27.9%、14.9%、29.9%，参考值分别为20.0%、40.0%、25.0%、10.0%，图3直观展示了回收沥青四组分试验结果。

图3 回收沥青四组分试验结果对比

结合图3不难发现，受长时间的老化影响，研究对象高速公路路段回收沥青的沥青质和饱和分含量实现了成倍增长，而芳香分和胶质含量则出现了明显降低，这种变化便属于沥青老化的典型表现，沥青的抗疲劳性能和低温抗裂性能必然会因此出现大幅下降。

基层芯样抗压强度试验及总结

4.1 基层芯样抗压强度试验

开展基层芯样抗压强度试验，可得出表2所示的试验结果，结合表2所示的水稳基层抗压强度数据不难发现，从研究对象高速公路路段现场取出的完整芯样在基层强度方面的表现较为出色，因此路段尚能满足高速公路的正常运行需要。

表2 基层芯样抗压强度试验结果

4.2 试验总结

结合上述试验结果分析，可得出以下试验结论：(1)结论一。结合疲劳裂缝处的面层抽提试验，可发现该处存在细集料偏多、级配相对偏细不足，沥青老化速度因此大幅提升，最终引发了表层的细小裂缝。(2)结论二。结合动态模量试验，可确定沥青原材料在长时间使用后出现了一定程度的老化变硬，其动态模量因此受到了较为负面影响。(3)结论三。结合低温小梁弯曲试验，可确定高速公路路面沥青混合料低温抗裂性能出现了大幅下降。(4)结论四。结合三大指标试验，可确定高速公路路面面层沥青材料出现了较为严重的老化，其延度和针入度无法满足使用需求。(5)结论五。结合四组分试验，可确定沥青材料的抗疲劳性能和低温抗裂性能出现了显著下降，老化程度较为严重。(6)结论六。完整芯样基层强度可满足正常使用需求。

5 结 论

综上所述，高速公路路面取芯试验的开展能够较好为病害的明确及处理提供支持，在此基础上，本文涉及的矿料级配试验、低温小梁弯曲试验、动态模量试验、三大指标试验、四组分试验、抗压强度试验等内容，则提供了可行性较高的路面取芯试验开展路径，而为了更好处理高速公路路面病害，基于实际的试验方法选择必须得到重视。