舊路面檢測(cè)及評(píng)價(jià)

舊瀝青路面混合料檢測(cè)及其性能評(píng)價(jià)——瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)系列之一王欣何文鋒劉先淼

（廣東冠粵路橋有限公司，廣州510600）摘要：根據(jù)美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)推薦的瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)的舊混合料檢測(cè)和分析方法，針對(duì)廣佛高速公路舊瀝青路面特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的取樣、檢測(cè)和全面的統(tǒng)計(jì)分析，為廣佛路面大修是否適用廠拌熱再生技術(shù)問(wèn)題提供了理論依據(jù)，并對(duì)舊瀝青混合料性能的離散性問(wèn)題提出了相應(yīng)的技術(shù)措施。關(guān)鍵詞：廠拌熱再生，舊瀝青混合料，檢測(cè)，性能評(píng)價(jià)1概述廣佛高速公路于1989年建成通車，全長(zhǎng)13833.19米。路面結(jié)構(gòu)為4cm細(xì)粒式瀝青砼上面層+5cm中粒式瀝青砼中面層+6cm瀝青碎石下面層+25cm水泥穩(wěn)定碎石+28cm水泥穩(wěn)定土。運(yùn)營(yíng)四年后即1993年加鋪了4cm改性瀝青面層。由于車流量迅速增長(zhǎng)，1997年又進(jìn)行了加寬擴(kuò)建，從四車道擴(kuò)寬至雙向六車道或八車道。根據(jù)有關(guān)單位全面的路況調(diào)查，廣佛高速公路路面的破壞主要為結(jié)構(gòu)性破壞，出現(xiàn)了大面積的龜裂、網(wǎng)裂、沉陷等病害。在路面大修方案設(shè)計(jì)中，大面積開挖產(chǎn)生的大量舊瀝青路面廢料的處置問(wèn)題受到了高度關(guān)注。瀝青再生技術(shù)具有環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源的重要作用，是解決這一問(wèn)題的有效途徑。舊瀝青混合料的變異性問(wèn)題是瀝青路面廠拌熱再生技術(shù)應(yīng)首先解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。我們基于廣佛路面主要為結(jié)構(gòu)性破壞的工程特點(diǎn)，根據(jù)廠拌熱再生的技術(shù)要求和美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)推薦的分析方法，對(duì)舊路面混合料性能進(jìn)行了全面檢測(cè)和系統(tǒng)評(píng)價(jià)，為是否適用廠拌熱再生技術(shù)問(wèn)題提供了理論依據(jù)，并對(duì)舊瀝青混合料性能的離散性問(wèn)題提出了相應(yīng)的技術(shù)措施。美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)推薦的舊混合料檢測(cè)和分析方法2.1舊瀝青混合料的取樣、檢測(cè)程序和方法美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)編制的取樣、檢測(cè)基本程序是：（1） 將用于再生的瀝青路面劃分為相等長(zhǎng)度的段落，一般對(duì)雙車道的公路可以分成6到8段，使得取樣時(shí)能獲得適宜的樣品總數(shù)。（2） 從每段落每車道用鉆芯或其它方法隨機(jī)抽取一個(gè)樣品。以每一個(gè)小段落起點(diǎn)和車道的一側(cè)作為原點(diǎn)，通過(guò)隨機(jī)過(guò)程取得2個(gè)0到1之間的隨機(jī)數(shù)，并分別乘與相應(yīng)的段落長(zhǎng)度和車道寬度，就得到該路段相對(duì)原點(diǎn)的隨機(jī)取樣坐標(biāo)。（3） 進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)。試驗(yàn)項(xiàng)目包括集料級(jí)配、瀝青含量、瀝青60°C和135°C粘度、瀝青25C針入度。（4） 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。2.2檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析方法檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)，一般進(jìn)行了均值和均方差的計(jì)算。另外為了評(píng)價(jià)舊路某一指標(biāo)的不均勻程度，還可進(jìn)行了差異顯著性分析。計(jì)算同一路段內(nèi)差異顯著性的參量和基本公式見(jiàn)表1：dfSSMSF段落數(shù)(i=1?k)k-1SSMSMS/MSS2.2檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析方法檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的各項(xiàng)指標(biāo)，一般進(jìn)行了均值和均方差的計(jì)算。另外為了評(píng)價(jià)舊路某一指標(biāo)的不均勻程度，還可進(jìn)行了差異顯著性分析。計(jì)算同一路段內(nèi)差異顯著性的參量和基本公式見(jiàn)表1：dfSSMSF段落數(shù)(i=1?k)k-1SSMSMS/MSSSSe車道數(shù)l-1SSMSMS/MS(j=1?l)llle誤差n-k-l+1SSeMSe總數(shù)(n)n-1SSt表1統(tǒng)計(jì)分析公式其中：CT=1/n(工y)2工(￡y)2—CT=1/k￡\￡y)2—CT￡ij(y)2—CTijij=SS—SS—SStSl=SS/dfSS=1/1SSSlSStSSeMS以上各式子中，df表示隨機(jī)變量的自由度，SS為方差，F(xiàn)為F分布的計(jì)算值。通過(guò)以上公式的計(jì)算得到MS/MS及MS/MS值，并同F(xiàn)的分位數(shù)作比較。例如：對(duì)瀝青含量的統(tǒng)計(jì)Se le時(shí)，車道數(shù)為2，段落數(shù)為6，計(jì)算的F值(段落)為6.56，F(xiàn)值(車道)為3.80，在置信度95%的情況下，查F分布分位數(shù)表得F(1-a=0.95)為5.05，F(xiàn) (1-a=0.95)為5，5 1，56.61,因?yàn)?.56>5.05,3.80V6.61,那么可以得出結(jié)論：各段落間在95%置信度下存在差異顯著性，而各車道間不存在差異顯著性。也就是說(shuō)段落之間的瀝青含量有明顯的差異性，而車道之間沒(méi)有差異性。有時(shí)需要檢測(cè)兩組按某種方式分類的數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)兩者之間的差異，例如特定兩個(gè)段落的檢測(cè)數(shù)據(jù)(1)這時(shí)計(jì)算的方法與上文有所不同，這種差異性檢驗(yàn)的步驟為計(jì)算SP(N—1)S2+(N—1)S2

112 2——2 1 N+N122)式中：N1、N2、S12、S2分別表示兩組數(shù)據(jù)各自的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)及數(shù)據(jù)的方差。2計(jì)算T值T= 「 二SviN+1NP 1 2式中X1、X2分別為兩組檢測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。比較。通過(guò)以上公式計(jì)算出T值，再同t分布的分位數(shù)作比較。例如，有兩組篩分2.36mm篩孔通過(guò)率的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點(diǎn)分別為12個(gè)和6個(gè)，按以上公式計(jì)算得T=8.29,查t分布自由度為12+6-2=16的分位數(shù)，假如置信度為95%，那么可查得t(1 =0.95)=1.746，8.29>1.746,可以得出結(jié)論，兩組篩分?jǐn)?shù)據(jù)的2.36mm篩孔通過(guò)率間存在差異顯著性，相反假如計(jì)算的T值小于1.746，則兩組數(shù)據(jù)間不存在差異顯著性。在統(tǒng)計(jì)中，由平均值和方差可以反映出總體數(shù)據(jù)的分布情況，應(yīng)用于舊料評(píng)價(jià)時(shí)可以得出某一指標(biāo)是否適宜，離散性是否超出許可范圍；而差異性分析可以判斷各組成部分之間的差別。例如，檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)車道間檢測(cè)數(shù)據(jù)存在著差異顯著性就可考慮在再生時(shí)分車道進(jìn)行再生處理，因?yàn)槊寇嚨栏髯圆牧系碾x散程度會(huì)比總體的小一些；相反，如果沒(méi)有差異顯著性，那么即使分車道處理也不能降低其離散性，是沒(méi)有意義的。當(dāng)然，對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)應(yīng)綜合考慮分析，例如，在段落或車道間存在差異顯著性時(shí)，但它們總體的均方差很小，這時(shí)就沒(méi)有必要對(duì)不同車道或段落分別處理?，F(xiàn)場(chǎng)取樣和試驗(yàn)檢測(cè)取樣試驗(yàn)廣佛高速公路舊路曾經(jīng)進(jìn)行了多次的改建和維修，并且施工期比較早，路面使用年限長(zhǎng)，具有自身的特殊性，為此廣佛的取樣結(jié)合了實(shí)際情況并參考了美國(guó)瀝青協(xié)會(huì)的方法。段落劃分和取樣點(diǎn)數(shù)?？紤]到廣佛高速公路車道數(shù)多、路況復(fù)雜。為了獲得足夠的數(shù)據(jù)，按照每公里每車道一個(gè)樣品進(jìn)行取樣，最后實(shí)際獲得樣品數(shù)86個(gè)。取樣位置和方法。采用電腦產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)來(lái)確定取樣點(diǎn)的樁號(hào)和橫向位置。取樣時(shí)，考慮到取芯機(jī)會(huì)對(duì)舊路面骨料造成破壞，影響級(jí)配檢驗(yàn)，所以采用人工挖掘的方法。取樣時(shí)，先刨除上面層的改性瀝青層，再把上面層以下部分直到基層頂面的瀝青砼一起挖除取回，試驗(yàn)前先把每個(gè)取樣點(diǎn)除上面層外取回的材料混合均勻，再通過(guò)四分法獲取試驗(yàn)的樣品。試驗(yàn)項(xiàng)目。由于我國(guó)不采用粘度對(duì)瀝青分級(jí)，所以主要進(jìn)行回收料中的瀝青含量、回收料的集料級(jí)配、回收瀝青針入度三項(xiàng)試驗(yàn)。另外還對(duì)舊料的粗集料性能做了檢測(cè)。瀝青含量試驗(yàn)瀝青用量采用燃燒法進(jìn)行檢測(cè)，儀器為美國(guó)生產(chǎn)的瀝青含量測(cè)定儀。試驗(yàn)的原理是把瀝青混合料放入高溫的爐膛，使得混合料中的瀝青燃燒成氣體排除，儀器通過(guò)稱量燃燒前后混合料的質(zhì)量損失自動(dòng)計(jì)算出瀝青含量。燃燒法試驗(yàn)時(shí)，溫度為500r左右，最高時(shí)可以達(dá)到600r，由于石料在高溫環(huán)境下可能失去部分結(jié)晶水，并且可能發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng)，特別是石灰?guī)r類的碳酸鈣在高溫下會(huì)分解出二氧化碳，使得質(zhì)量損失與瀝青質(zhì)量不相等，從而導(dǎo)致試驗(yàn)的誤差。為保證瀝青含量測(cè)定數(shù)據(jù)的可靠性，試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行了標(biāo)定試驗(yàn)，以獲得修正數(shù)。標(biāo)定試驗(yàn)是把試驗(yàn)室配置的已知瀝青含量的混合料放到儀器中燃燒，由儀器測(cè)定瀝青含量，通過(guò)對(duì)比得到修正數(shù)。標(biāo)定用試樣級(jí)配采用路面上十個(gè)樣品級(jí)配的平均值。實(shí)際得到的標(biāo)定修正數(shù)為-0.12%。針入度試驗(yàn)進(jìn)行針入度試驗(yàn)前首先要對(duì)混合料中的瀝青進(jìn)行回收?；厥辗椒ㄓ邪⒉忌ê托D(zhuǎn)蒸發(fā)器法，由于國(guó)內(nèi)沒(méi)有廠家生產(chǎn)專門用于回收瀝青的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，所以調(diào)查試驗(yàn)采用了阿布森法。瀝青回收試驗(yàn)的難點(diǎn)在于抽提過(guò)程中不使瀝青進(jìn)一步老化，又必須把其中的溶劑全部除去。影響回收試驗(yàn)的主要因素有：抽提液清除礦粉的干凈程度、加熱過(guò)程控制、通入CO2流量的控制等因素。為了控制好加熱速度、保證加熱均勻，試驗(yàn)改裝使用了油浴加熱裝置。正式試驗(yàn)前必須先進(jìn)行評(píng)價(jià)試驗(yàn)，也就是用檢測(cè)過(guò)針入度的新瀝青溶解到三氯乙烯后再按規(guī)定的操作方法進(jìn)行回收，然后檢測(cè)回收瀝青的針入度，通過(guò)比較回收前后針入度的差異，來(lái)確認(rèn)試驗(yàn)方法的可靠性。試驗(yàn)室采用70#瀝青進(jìn)行了多次對(duì)比試驗(yàn)，回收前后針入度的差值均在4.5以內(nèi)，滿足了規(guī)范對(duì)重現(xiàn)性的要求。針入度試驗(yàn)方法與常規(guī)方法一致，但在準(zhǔn)備試樣時(shí)應(yīng)該注意：（1）要防止對(duì)試樣多次重復(fù)加熱而導(dǎo)致瀝青老化，影響試驗(yàn)結(jié)果。（2）回收后的瀝青含有大量的氣泡，應(yīng)通過(guò)加熱攪拌等措施進(jìn)行消除。級(jí)配試驗(yàn)篩分試驗(yàn)采用的樣品是經(jīng)燃燒法測(cè)定瀝青含量后殘留的骨料。因?yàn)樵谌紵^(guò)程中，燃燒爐的抽風(fēng)量很小，所以并不會(huì)引起粉料的損失，其它影響級(jí)配試驗(yàn)的因素是取樣過(guò)程對(duì)少量粗集料的破壞。級(jí)配檢驗(yàn)采用水篩法。舊路面集料試驗(yàn)對(duì)舊料的評(píng)價(jià)還包括舊料中集料的檢測(cè)指標(biāo)。因?yàn)楦邷厝紵龑?duì)石料性質(zhì)會(huì)有影響，所以在試驗(yàn)中采用三氯乙烯、洗滌劑、清水反復(fù)清洗的方法獲得試驗(yàn)用集料。試驗(yàn)結(jié)果如表2所列。試驗(yàn)結(jié)果除針片狀含量偏大外，均滿足要求。表2回收舊料粗集料的質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果匯總表指標(biāo)單位規(guī)范要求中、下面層1-2碎石0.5-1碎石壓碎值不大于%2821.5洛杉磯磨耗損失不大于%3022.6視密度不小于T/m2.52.6582.645吸水率不大于%21.781.9與瀝青的粘附性不小于級(jí)455細(xì)長(zhǎng)扁平顆粒含量不大于%1518.221.3檢測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析及廣佛舊路面評(píng)價(jià)4.1檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)首先進(jìn)行了數(shù)理統(tǒng)計(jì)。表3為瀝青含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表4為級(jí)配篩分0.075mm篩孔通過(guò)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，表5回收瀝青針入度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。表3瀝青含量分車道統(tǒng)計(jì)表統(tǒng)計(jì)段落樣本數(shù)量瀝青含量（％）偏差系數(shù)（％）平均值均方差廣佛方向超車道135.320.61811.6主一車道134.940.55711.3

主二車道125.480.5349.8主三車道54.290.2736.4半幅435.130.52910.3超車道134.880.4449.1主一車道135.040.52610.4主二車道124.800.61112.7主三車道54.660.0992.1半幅434.880.4849.9全幅865.000.50410.1佛廣方向表40?075mm篩孔通過(guò)率分車道統(tǒng)計(jì)表統(tǒng)計(jì)段落0.075mm篩孔通過(guò)率（％）偏差系數(shù)樣本數(shù)量平均值均方差廣佛方向超車道139.522.0540.216主一車道139.302.5650.276主一車道129.392.4380.260主三車道58.462.6660.315半幅439.292.3060.248佛廣方向超車道139.283.1970.345主一車道138.621.7860.207主一車道126.982.0190.289主三車道58.561.5710.184半幅438.352.2660.271全幅868.822.2730.258表5針入度分車道統(tǒng)計(jì)表統(tǒng)計(jì)段落針入度（0.1mm）偏差系數(shù)樣本數(shù)量平均值均方差廣佛方向超車道1329.628.930.302主一車道1332.7712.810.391主一車道1225.006.940.278主三車道532.4010.260.317半幅4329.609.610.325佛廣方向超車道1325.3110.600.419主一車道1326.858.790.328主一車道1228.5010.180.357主三車道536.809.980.271半幅4328.009.530.340全幅8628.809.510.330對(duì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)還進(jìn)行了總體的差異性分析，結(jié)果是在整段路中各統(tǒng)計(jì)量都存在段落間的差異顯著性。為了進(jìn)一步分析舊路的離散性情況，又采用了t檢驗(yàn)的方法分析特定段落或車道間的差異性，表6中為舊路瀝青含量車道相互之間差異性的分析。表中NS表示相互之間沒(méi)有差異性，“*”越多表示相互間存在差異的可能性越大，例如“***”表示對(duì)應(yīng)的車道間瀝青含量存在差異的可能性在99%以上。從表中可以看出，主三車道與其它車道間的瀝青含量存在著明顯的差異，而其它車道間沒(méi)有差異。因?yàn)橹魅嚨朗?997年加寬時(shí)修筑的，它同最早修筑的路不同，所以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)很好地反映了這一事實(shí)。表6瀝青含量車道間差異性分析表超車道主1車道主2車道主1車道NS——主2車道NSNS—主3車道*******注：NS沒(méi)有差異顯著性*1-a三0.75**1-a三0.95***1-a三0.994.2廣佛舊路面評(píng)價(jià)（1）廠拌熱再生的適用性廠拌熱再生是把路面的回收舊料銑刨取回到拌和樓后，通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚?，加入新瀝青、再生劑和新集料后，重新拌和生產(chǎn)出再生瀝青混合料，再攤鋪到原路或其它道路中。因?yàn)閺S拌熱再生可以選擇用于回收再生的舊料，可以調(diào)整舊料的使用比例，可以生產(chǎn)多種配合比的再生瀝青混合料，所以廠拌熱再生具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。（2）廣佛舊路評(píng)價(jià)及存在問(wèn)題從統(tǒng)計(jì)的結(jié)果看瀝青含量、級(jí)配篩分及針入度數(shù)據(jù)的離散性都比較大，這符合舊路的實(shí)際情況，針入度的離散性最大，但是它的離散性同試驗(yàn)誤差本身也有一定關(guān)系。從瀝青含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，其平均值比較大，舊料中瀝青含量大可以減少再生時(shí)新加瀝青的比例，從而節(jié)約了成本，但是另一方面也可能成為再生瀝青混合料設(shè)計(jì)的制約因素，特別是舊瀝青老化嚴(yán)重時(shí)，為了使再生后瀝青較軟只能限制舊料的摻配比例。從篩分試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，粉料的比例偏高，也不利于配合比設(shè)計(jì)。從針入度統(tǒng)計(jì)表看，針入度主要在20~40的范圍內(nèi)，美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)是舊瀝青的針入度在15以上就具備再生價(jià)值，所以對(duì)廣佛舊路進(jìn)行再生是可行的。從差異性分析結(jié)果看，不同段落間、車道間存在著差異，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆侄翁幚韥?lái)減少其離散性。從以上分析可以得知要對(duì)廣佛舊路進(jìn)行廠拌熱再生需要解決的技術(shù)問(wèn)題是舊料瀝青含量、瀝青針入度、級(jí)配離散性的問(wèn)題以及舊料中細(xì)、粉料偏多瀝青含量偏大的問(wèn)題。舊料骨料方面是針片狀含量偏大。針對(duì)檢測(cè)結(jié)果擬訂的針對(duì)性措施采取的措施針對(duì)取樣試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，施工中制訂了以下的措施：（1）分段落開挖銑刨。銑刨時(shí)逐段落，逐車道進(jìn)行，并把銑刨運(yùn)回的回收料分類堆放。（2）保持基本相同的銑刨方式。使銑刨機(jī)對(duì)舊料骨料的破壞程度基本相同，減少其級(jí)配差異性。（3） 對(duì)回收料通過(guò)專門訂制的破碎機(jī)進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理可以把混入其中的團(tuán)塊狀和板結(jié)的瀝青混凝土打散。通過(guò)預(yù)處理的回收料經(jīng)篩分系統(tǒng)篩分成6mm以下及6mm以上兩種料。由于回收料顆粒較細(xì)，粉料偏多，瀝青含量偏高，再生時(shí)主要利用篩分后6mm以上部分進(jìn)行再生，這部分材料相對(duì)較粗，粘附的粉料及瀝青也比較少，能有效地消除舊混合料本身的不足。（4） 經(jīng)過(guò)預(yù)處理的回收料，用裝載機(jī)鏟運(yùn)到回收料堆料場(chǎng)后均勻的鋪開，第二鏟再在其上鋪開，以此類推。而使用時(shí)則從料堆的一端開始在全高范圍內(nèi)鏟料，這樣就使來(lái)源不同的材料得到混合。由于在銑刨作業(yè)的裝卸料過(guò)程，在回收料的預(yù)處理過(guò)程，回收料都得到一定程度的混合，這樣在回收料使用前事實(shí)上已經(jīng)進(jìn)行了多次的拌和，這可使回收料的差異性進(jìn)一步減少。（5） 在生產(chǎn)過(guò)程中至少要求建立兩個(gè)回收料堆，一堆進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，另一堆用于檢驗(yàn)試驗(yàn)，兩者輪替進(jìn)行。根據(jù)料堆檢驗(yàn)結(jié)果及配合比設(shè)計(jì)結(jié)果調(diào)整回收料的使用比例，使得其離散性在再生瀝青混合