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沥青路面试验检测技术及质量控制分析
摘要: 在公路工程沥青路面的施工过程中,试验检测技术合理的应用在保障路面施工质量与施工安全、提升路面使用寿命起到非常重要的作用。所以在具体的施工过程中,应加强对检测技术的研究,使其在路面质量检测中得以合理应用。通过这样的方式,采集到真实、有效、可靠的数据,才可以让该技术的应用价值得以充分发挥,以此来保障整体公路沥青路面的施工质量,满足实际工程需求。
关键词: 公路工程; 沥青路面; 施工现场
1、概述
在进行公路工程的施工过程中,对于沥青路面的要求十分严格,所以在具体施工中,应通过以下方面来做好沥青路面的施工质量控制: 第一,路面应具有足够的承载力,因为现今的公路正面临着越来越大的车辆荷载,所以为有效保障路面足够稳定,就一定要保障沥青路面在施工过程中充分压实,具有足够的承载力。第二,路面应具备良好的抗疲劳性能,因为无论是大型还是小型车辆的反复通行,都会对沥青路面造成磨损,所以在具体施工中,为了让路面使用寿命得到进一步的保障,就应该设计最优的混合料配合比提高沥青路面的抗疲劳性能。第三,应保障沥青路面施工中的原材料符合质量标准,因为原材料是决定施工质量的一个大前提,所以,在具体施工中,只有保障原材料质量与标准相符,才可以有效保障沥青路面的施工质量。因此,施工过程中应加大力度做好原材料的质量控制,严格按照实际施工需求来进行各种材料选择,并做好混合料配比控制,以此来保障沥青路面施工质量,提升公路的整体使用性能;首先是稳定性,若沥青路面在施工阶段的结构就不稳定,则在运营过程中必然产生裂缝、坑槽、车辙等病害。这不仅会影响公路工程的使用寿命,还会对使用效果产生影响。其次是路面的抗疲劳性,在国民经济不断提升的过程当中,人们生活水平的提升是最明显的,汽车几乎成为了每个家庭都必备的交通工具,这种背景下,沥青路面的承载力和抗疲劳性都需要相对的提升。在车流量大路段,沥青路面损坏会更加严重,因此在施工设计的过程中就要注意优化,需要具备一定的前瞻性,尤其是要考虑到后续车流量增大的问题,尽可能延长沥青路面的使用寿命。
2、公路沥青路面试验检测技术分析
原材料质量检测。沥青路面施工所应用的原材料主要有沥青、粗集料、细集料、矿粉等。而在对沥青路面原材料质量控制中,最主要的内容就是对沥青、集料质量进行检测,因为集料是沥青路面中最关键的结构骨架支撑部分,沥青作为胶结材料、矿粉等填料有效结合才能形成质量稳定的混合料;所以只有在控制好原材料质量的前提下,才可以有效保障沥青路面的质量。在沥青原材料质量检测中,工地试验室主要针对沥青三大指标(针入度、延度、软化点)进行检测,同时对进场的每车沥青进行红外光谱识别,与标准图谱相似度≥98%方可入罐;另外定期(每两周或每月)对沥青60℃旋转粘度、溶解度、闪点、含蜡量、PG分级等非常规指标进行委托甲级试验室检测,及时掌握沥青全套检测指标数据及稳定性,以确保沥青原材料质量的稳定可靠;在集料检测中,主要对粗集料的颗粒级配、压碎值、针片状含量、表观相对密度、吸水率、对沥青的粘附性、<0.075mm颗粒含量、细集料的砂当量等技术指标进行检测,其中颗粒级配主要影响拌和楼冷、热料仓的供料平衡,从而影响拌和楼的生产稳定及产量;压碎值与针片状含量主要影响沥青路面的承载能力,如果集料针片状含量偏高,必然会引起压碎值偏大,混合料在摊铺碾压过程中容易被压碎,铺面破头率较高,从而降低沥青路面的整体使用寿命,另外粗集料的高温压碎值需要引起重视,有些粗集料经过拌和楼加热后,压碎值会增大很多,对于这种材料坚决不能使用;<0.075mm颗粒含量、细集料的砂当量指标主要是衡量集料的洁净程度,同样粘附等级的材料越干净与沥青的粘附性越好,对沥青混合料的性能越优;集料的吸水率与沥青的粘附性、混合料水稳定性有较大关系,如果集料表面孔隙过小,过于光滑,吸水率过小,沥青不能有效吸入矿料,粘附性降低、集料表面沥青膜偏少,降低沥青混合料强度。当集料的吸水率较大时,集料会吸入部分沥青加强粘附性反而会有较好的水稳定性;但是当集料的吸水率超过一定范围时,会造成被吸入集料的沥青过多,沥青路面会产生早期泛油、车辙等病害;因此,规范对集料的吸水率也有严格的要求,高速、一级公路沥青路面表面层集料吸水率不宜大于2%。
混合料配合比设计及性能检测。沥青混合料配合比设计分为:目标配合比设计、生产配合比设计、生产配合比验证三个阶段,以Superpave25沥青配合比为例:①目标配合比设计首先应根据道路石油沥青 Superpave25 级配要求,初选粗中细三个级配,计算各级 配的沥青用量,用旋转压实仪成型试件,求出各级配的沥青用量。初选的三个级配中至少有 2 个级配其沥 青混合料的体积性质指标应满足设计的规定。根据经验从上述 2 个级配中选择一个作为目标级配,按计 算沥青用量,计算沥青用量的±0.5%、+1%分别成型四组试件计算出最佳沥青用量。②用 Superpave 方法设计出的沥青混合料应采用马歇尔试验方法检验,其最佳沥青用量的马歇尔体积性质应满足设计的要求。③从各热料仓取样筛分,根据筛分结果,调整生产配合比级配曲线接近目标配合比,从而确定各热 料仓和矿粉的用料比例。生产配合比合成级配符合性要求的规定。④取目标配合比设计的最佳沥青用量 OAC 和 OAC±0.3%三个沥青用量,进行旋转压实试验,检验沥 青混合料体积性质,确定最佳沥青用量。生产配合比确定的最佳沥青用量与目标配合比确定的最佳沥青用 量之差应不超过 0.2 个百分点。⑤采用生产配合比进行试拌,设置拌和机各项参数,如矿料加热温度、沥青加热温度、冷料仓进料比例及进料速度。⑥试拌后的沥青混合料应进行旋转压实试验,并进行沥青用量、筛分试验,混合料级配与生产配合比之差应符合设计规定。试拌混合料的 0.075mm、2.36mm、4.75mm 及公称最大粒径筛孔的通过率应接近生产配合比级配 值,并避免在 0.3mm~0.6mm 处出现驼峰。整个配合比的设计过程主要还是围绕混合料关键性的体积指标进行的,级配的优化调整、最佳沥青用量的选取都是为了得到理想的空隙率。
沥青路面现场检测。一般情况下,沥青路面现场检测指标主要包括:压实度、厚度、渗水系数、平整度、摩擦系数、构造深度、弯沉。在对公路工程中的沥青路面进行试验检测的过程中,主要借助于钻心取样的方式来进行厚度的检测及压实度芯样获取,现场沥青混合料铺面碾压并冷却之后,就可以通过钻心取样的方法来进行检测,芯样需要带回试验室进行压实度检测,压实度则通过芯样的毛体积密度与室内旋转试件、马歇尔试件的毛体积密度和最大理论密度之比计算出3个压实度。虽然试验操作费时、费力,而且对于沥青路面起到破坏性作用比较大,但是这是目前最直观的检测厚度的方法,所以还是被广泛采用的;国内某些地区的现场试验检测过程中,也采用核子密度仪来直接进行压实度、厚度检测,这种检测方法不仅更加便捷有效,而且也可以直接在混合料压实施工结束之后就直接实现压实度的准确获取,并不会给沥青路面造成任何的损伤,但该方法的检测结果的准确性、可靠性一直存在较大争议,在江苏地区公路检测中很少采用。
渗水系数检测是一种常规的沥青路面检测指标,仅1台渗水检测仪及辅助封水材料即可进行,操作简单方便,对路面基本没有损伤,该指标主要衡量水对沥青路面的渗透能力,可综合评价沥青路面的压实质量和混合料的体积指标,通常情况下渗水系数与压实度、空隙率、构造深度、摩擦系数等指标存在一定的关联关系,比如:渗水系数检测结果偏大,那么该部位的压实效果不好,相应的压实度也会偏小,对应的芯样的空隙率也偏大,产生这种问题的原因有以下几种可能:①摊铺碾压温度偏低,混合料未能在高温状态下完成碾压;②混合料级配不合理,粉料或填料用量偏低,沥青含量偏小,导致混合料空隙偏大;③现场摊铺速度过快,压路机数量不足,碾压速度过快,碾压遍数不足,导致压实功欠缺。
平整度、弯沉检测在施工过程中主要以连续式平整度仪(八轮仪)和贝克曼梁检测方法为主,该指标主要衡量路面行车舒适度及路面整体承载能力,随着检测设备的更新,现在在公路工程交竣工检测中多采用多功能一体车进行检测,可以同时采集平整度、弯沉、构造深度等检测指标,大大提高了检测效率和准确度。
3、公路沥青路面试验检测中存在的常见问题
检测结果存在较大偏差。在对公路沥青路面进行试验检测时,一旦检测工作人员在检测水平方面存在不足、采用的检测方式存在差异,都容易造成检测结果存在较大偏差,对于同样的公路区段来说试验检测结果会产生较大偏差,从而造成检测结果不一致,无法对公路沥青路面质量控制提供必要的参考和指导,不能明确根本性处理方案。
室内检测存在一定不足。从目前来看,在进行公路沥青路面试验检测时往往采取的都是室外路面外观质量检测的方式,对于很多关键点(例如:沥青路面压实度、密度、渗水情况等)的检测很难获取直观的检测结果,需要采取更加深入的室内检测方式来进行。但是某些室内检测的整个过程过于理想化,往往都是在标准化的条件下进行指标检测,并不能真实的反应实际路面的情况,一定程度上降低了检测的有效性。通过此种方式所获得的数据结果无法充分体现路面的实际质量,检测的效果不佳,无法作为路面检测的关键点进行应用。
试验检测工作人员的专业能力不足,影响到检测质量。有关路面试验检测工作开展时间较短,很多试验检测工作人员并没有经过系统性培训,造成其专业能力不足,在很大程度上影响到检测质量,会造成检测结果出现较大偏差。现阶段的公路沥青路面工作人员中很少具有专业水平较高的试验检测人员,很多试验检测工作主要是通过质量检测人员来负责,但是检测员缺少专业的检测技能,很多很难提供专业性的检测服务,从而容易造成检测结果准确度交底、离散性偏大。
4、提高公路沥青路面试验检测质量及施工过程质量控制的对策
进一步完善公路沥青路面试验检测的制度建设。现代公路所承受的交通流量越来越高,车辆的通行频次不断增加,有些重要公路长期承受着大型车辆的载荷。对于某些重点公路地段来说,长期存在着多次维修、多次损坏的情况,特别是对于沥青路面来说其质量问题更加严重。所以要严格加强公路施工过程的质量控制,全方位、全过程开展现场的质量检测。业主委托的第三方检测机构、监理机构、施工单位各方均按照各自的检测频率独立进行试验检测工作,对各自检测数据的真实性、准确性负责,对采集到的数据进行分析,及时发现问题,解决问题;保证所建设的沥青路面质量受控,满足国家相应标准规定。对于公路沥青路面的施工单位来说,一定要不断优化完善沥青路面施工质量检查和质量控制程序,在正式进行路面大面积施工之前,每一个施工区域都要事先做好相应准备工作,重点确保工作班组人员质量、所用设备的调试验证、相应技术的交底、材料的配合比验证等等。在路面摊铺时需要对关键性“温度”(包括出场温度、到场温度、摊铺温度、碾压温度等) 进行严格管控,同时也要严格控制施工现场摊铺的宽度、厚度、高程、碾压遍数等指标。要对每一道工序都安排专门人员管控,要进行准确测量并如实记录,要严格遵照标准及试验段确定的工艺参数进行沥青路面的摊铺、碾压。
加强沥青施工前、后场全方位、全过程质量控制。在沥青路面摊铺前及时将摊铺基层杂物清除,为提高整体摊铺的质量应进行基层路面强度、厚度,以及密实度等方面测定处理,以此防止出现基层路面松散、坑槽的现象,如果观察到问题,需在第一时间进行处理。建议实行透层沥青、下封层沥青洒布,达到沥青面层、基层黏结的效果;面层沥青摊铺前3h及时将下承层洒布粘层沥青,将洒布量控制在1kg/m²左右,针对多层沥青混合料需将摊铺各层接缝错开处理,保证横向接缝错开1m以上、纵向接缝错开15cm以上。路面主要面层接缝部位应及时加以处理,从而达到平整度的要求。沥青混合料拌和使用全自动间歇式拌和设备,要求配置相应的除尘装置;对相关数据分析、核对后进行拌和质量方面分析。在此之后,对沥青加热、矿粉外加剂添加、装载机等设备进行检查,保证其在施工中不会出现任何问题。对于原材料质量的控制,要在其加工、存放等过程进行控制。尤其是粗集料,应严格控制颗粒尺寸、颗粒形状及质地等,需将相关粗集料的含量控制在相关标准范围内。应严格控制细集料的等级、分仓并封闭处理。沥青混凝土拌和阶段,要合理设置筛网孔径、控制热料仓供料比例,使各仓供料量保持平衡。另外,应严格控制温度、拌制时间,使得沥青、集料及混合料等在拌和、储存、出厂时的温度达到要求。为促使运输车辆载重达到施工相关标准,需将车辆载重量控制在20t以上,运输前充分清除车槽中的杂物,按照水油比1∶2制成隔离液涂刷车厢内壁,并对料车覆盖保温措施进行全面检查,在车厢中部位置布设温度检查孔,检测孔距车厢底面约300mm,混合料装车阶段实行“前、后、中”匀速移动、分多次装料,目的为有效防范离析情况的发生。沥青混凝土摊铺时需将运输车辆在摊铺机前10-30cm处停住,防止运输车辆碰撞摊铺机。初压时,需使用钢轮压路机进行碾压施工,碾压期间确保压实效果,遵循高频、低幅、少水、紧跟碾压的方式碾压。除此之外,在碾压前应编制相应的路线规划,主要目的是为防止在实际操作时压路机随意变道影响施工质量,完成初压后进行复压,这个过程需保证碾压均匀、稳定。为确保碾压效果,应将碾压段面距离控制在80m左右,还应合理运用胶轮压路机进行组合碾压,胶轮压路机自动间隔喷洒适量的隔离剂,避免压路机轮胎直接接触沥青混合料造成粘轮现象。待复压完成后认真检查路面压实的整体效果,达到相应参数后进行终压,使用双钢轮压路机,静压2遍后,看是否达到最佳的压实效果,以路面无明显车痕为准。
5、结语
综上所述,在进行公路工程的建设施工过程中,沥青路面的现场施工试验检测是一项关键的质量控制内容。因此,施工单位一定要全面明确公路工程施工中对于沥青路面的实际质量要求,对沥青路面的现场施工试验检测技术加以合理应用。通过原材料质量检测技术的应用、混合料级配检测技术的应用、压实度检测技术的应用以及路面性能检测技术的应用来进行沥青路面现场施工情况的合理检测。这样才可以及时发现沥青路面的质量问题,并使其得到及时有效的解决,以此来全面提升沥青路面的施工质量,满足当今社会对于公路工程的实际需求,促进我国公路工程行业与社会经济的良好发展。
参考文献
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