基于压实度与渗水系数相关关系的路面压实质量分析与控制

王 敏，何 岩，冯明林，尹曌星，殷卫永

(1. 许昌市公路管理局，河南 许昌 461099；2.河南省交通规划设计研究院股份有限公司，郑州 450018)

0 引言

沥青路面压实度是反映路面施工质量的重要指标，显著影响路面空隙率、渗水系数、抗车辙和使用寿命等性能[1-2]。压实度对路面性能的影响，实质上是碾压后路面空隙率对路面性能的影响。控制压实度实际上是控制压实后的空隙率，保证密级配混合料不会因空隙率过大而渗水，亦不会因空隙率过小而产生泛油、车辙等病害[3-4]。但评价路面压实度和空隙率，尤其是改性沥青路面空隙率，需要涉及到许多中间参数，测试结果易产生偏差。工程中有时出现压实度测试合格，但是路面仍不密实、渗水超标等问题。渗水系数是路面空隙率和压实质量的直接表征指标，测试过程简单，不受中间参数干扰[5-6]。因此，可将渗水系数与压实度综合考虑，评价路面压实质量。但由于路面施工过程中存在离析、压实不均匀等问题，不同测试点的压实度和渗水系数存在一定差异。实际检测中渗水系数和测试压实度钻芯，往往是在不同的测试点进行，由此导致不能在同一测试点建立压实度与渗水系数对应关系，造成测试数据割裂，不能综合分析[7]。

本文依托河南省某一级公路AC-16上面层试验段，进行前场与后场检测。在同一测试点测试渗水系数，然后钻芯测试压实度，研究压实度与渗水系数的对应关系，综合分析评价路面压实效果，并根据试验段情况，总结提高压实度措施，以期为相关工程提供借鉴。

1 生产配比

试验段采用两个比例，简称比例1和比例2。试验段的热料比例及油石比结果见表1，生产级配见表2。

表1 试验段的热料比例及油石比

表2 试验段两个比例的合成级配

2 试验段检测

2.1 后场检测

对燃烧后的矿料进行筛分试验，试验结果见表3。

表3 试验段两个不同比例的“黑料”筛分结果

对比表3的数据，筛分结果与生产级配误差均在规范允许范围内。但比例2筛分明显比比例1筛分粒径偏粗，这主要与比例2中5#、4#各增加2%有关，同时比例1取“黑料”偏细，取料的代表性需要进一步加强。

2.2 前场检测

技术服务组对前场路面的取芯进行厚度、压实度、渗水系数的检测。与以往检测不同的是，本次试验先进行渗水试验，渗水试验结束后在渗水点进行取芯测试压实度，研究渗水系数与压实度的关系。

2.2.1 比例1前场检测

比例1前场取芯的厚度、压实度和渗水系数见表4。马氏压实度是指以室内马歇尔试件密度为基准的压实度，理论压实度是以理论最大密度为基准的压实度。

表4 比例1的前场检测结果

由表4分析可知：以室内马歇尔密度为基准，马氏压实度平均为98.2%，满足≥98%的设计要求，最大压实度100.4%。理论压实度平均93.6%，略小于94%的设计要求，最大压实度95.7%。测试点中有一个点渗水系数大于200mL/min，对应的压实度最低。在K25+205同一断面上，两个测试点压实度及渗水系数差异均较大。出现同一断面的压实度存在较大差异，表明试验段施工过程中存在局部碾压离析，后续需要密切关注碾压的均匀性。

2.2.2 比例2前场检测

比例2前场的取芯厚度、压实度和渗水系数见表5。

表5 比例2前场检测结果

由表5分析可知，马氏压实度平均为96.5%，小于98%的设计要求；理论压实度平均为92.1%，小于94%的设计要求。在6个测试点中，4个点渗水系数大于200mL/min，对应的压实度均不满足要求。K23+500同一断面上，两个测试点压实度及渗水系数差异较大，表明渗水系数与压实度高度相关。同一纵断面的压实度存在较大差异，说明存在碾压离析，施工中应密切关注碾压的均匀性。

2.2.3 压实度与渗水系数相关性分析

为研究压实度与渗水系数的关系，将试验段比例1和比例2的压实度与渗水系数进行回归分析，研究两者之间的相关性。压实度与渗水系数的关系如图1所示。

图1 压实度与渗水系数的关系

由图1分析可知，从相同测试点压实度与渗水系数的对应关系看，压实度与渗水系数有较大的对应关系，比例1相关系数达80%以上，比例2相关系数达85%以上。压实度会显著影响到压实后的渗水系数，两者呈相反关系，压实度越大，渗水系数越小。根据比例1回归方程，当渗水系数要求小于200mL/min时，对应的理论压实度需要大于92.6%；根据比例2回归方程，当渗水系数要求小于200mL/min时，对应的理论压实度需要大于93.5%。施工中可按照最低理论压实度93%的要求控制，条件允许时，宜达到94%的要求。

2.3 芯样混合料离析分析

由于K25+205、K23+500和K23+350相同横断面处的渗水系数差别较大，钻取芯样的空隙率差别较大，初步考虑为混合料存在部分离析。为进一步确认混合料是否存在施工离析及离析的程度，对钻取的芯样抽提筛分，分析芯样的级配和油石比，以及与生产级配的差异，以此判断混合料的离析情况。不同芯样的抽提筛分结果见表7。

由表6分析可知，K23+500横断面处两个芯样的抽提油石比及筛分结果差别较大，K23+350横断面处两个芯样的抽提结果差别也较大，表明两个断面处存在明显的混合料离析现象。1#芯样和3#芯样的筛分结果比生产配比明显偏粗，4.75mm以上均有三个筛孔超出规范允许的偏差，9.5mm通过率偏差比生产配比小10%以上，2.36mm和0.075mm筛孔通过率也超出规范允许的偏差。混合料粒径明显偏粗，导致油石比比生产配比偏小。4#芯样虽然仅4.75mm通过率超出允许偏差范围，但2#芯样和4#芯样筛分结果比生产配比整体偏细，油石比比生产配比偏大。

表6 不同芯样的抽提油石比及筛分结果

从上述分析可知，比例2部分点渗水系数较大，一方面是由于混合料粒径比配比1整体偏大，另一方面是由于混合料离析较严重，导致部分点大料集中，粒径明显偏大，压实困难，压实度不足，空隙率偏大。

3 试验段总结

3.1 生产配比优选

在前场相同的碾压工艺情况下，比例2前场的压实度及渗水系数明显比比例1差，说明增加5号仓、4号仓后前场碾压难度加大，路面渗水风险增加。两个比例相比，后续施工中采用比例1。

3.2 碾压质量控制

3.2.1 胶轮碾压遍数

上面层除了抗车辙外，渗水系数至关重要，胶轮在4cm上面层的密水性方面作用较大。根据相关工程经验，后续施工中胶轮搓揉遍数增加至6遍，重叠1/3～1/2轮。路面压实度宜达到马氏压实度98%以上，理论压实度94%以上，确保路面渗水系数不大于200mL/min，最好控制在120mL/min以内。

3.2.2 碾压速度

碾压速度影响碾压轮对单位面积内材料的压实时间。碾压速度低时，单位面积内的作用次数比碾压速度高时要多，因而作用在被压材料上的能量，前者多于后者。传递到被压材料层内的能量与碾压速度成反比。假定使碾压材料层达到规定密实度所需的压实能量不变，则碾压速度加倍时，碾压的次数大致也要加倍。结合规范及工程经验，本项目的碾压速度控制见表7。

表7 压路机类型及碾压速度

3.3 防离析控制

施工过程中应防止混合料离析，主要措施：

(1)混合料生产装车过程中，运输车辆至少要前后移动三次，可采用“五步装料法”，即按照“车头1/2→车尾1/2→中间装至顶→剩余车头装满→剩余车尾装满”的顺序装料，防止装料过程中混合料离析。

(2)采用具有防离析功能的摊铺机，摊铺机螺旋桨绞龙长度应到达摊铺机两边挡板处，中间剩余间隙应小于20cm。

(3)摊铺过程中，摊铺机行驶速度、振动频率应恰当均匀，避免摊铺机等料停顿，保证摊铺作业连续不间断。

4 结语

(1)AC-16生产配比中，增加4#和5#仓热料比例后，混合料粒径变粗，在相同碾压工艺下，混合料碾压难度增加，路面渗水风险增加。

(2)路面压实度和渗水系数具有显著的相关性和对应关系，压实度越大，渗水系数越小。根据两者的回归方程，当渗水系数控制在200mL/min以下时，压实度要求达到理论压实度的93%以上，条件允许时，宜达到94%的要求。

(3)摊铺过程中混合料离析会导致大粒径集料集中，压实困难，压实度不足，空隙率偏大。

(4)路面压实质量宜采用双重控制指标，路面压实度宜达到马氏压实度98%以上，理论压实度94%以上，同时结合渗水系数综合评价。

(5)施工过程中应减少混合料离析，控制碾压遍数和质量，保证压实度满足要求。