淺談路面芯樣馬歇爾試驗的必要性論文

　　摘要：采用瀝青路面芯樣做馬歇爾穩定度、流值及密度的試驗，可以真實地體現路面的質量狀況，正確地評價瀝青路面質量品質。

　　關鍵詞：路面芯樣；馬歇爾試驗；必要性

　　前言 瀝青路面是我國公路路面的主要類型。近年來，隨著交通量的飛速增長和軸載的不斷提高，瀝青路面出現的質量問題也越來越多，有些路段使用周期已遠遠達不到設計年限，即出現各種路面病害，嚴重降低了路面的服務功能，造成不良的社會影響。經過查找施工時的檢測資料發現，施工時的檢測資料都符合設計要求，那么瀝青路面出現損壞的原因究竟是什么呢?分析路面產生損壞的原因有很多，產生的方式也不盡相同，但是正確判斷和識別原因，對消除瀝青路面質量事故隱患，改善和提高瀝青路面質量，延長瀝青路面的使用壽命，無疑是非常重要的。馬歇爾穩定度、流值和密度是目前瀝青路面最重要的控制指標，嚴格控制上述指標的檢測，對于提高瀝青路面高溫穩定性、抗塑性變形及密實度、空隙率等具有非常重要的意義。同時，只有真正、客觀地反映瀝青路面馬歇爾穩定度、流值和密度等指標，才能正確地評價瀝青路面的質量品質。

　　1目前我國現行試驗方法的有關規定

　　我國現行的《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ032-94)中規定：熱拌瀝青混合料路面馬歇爾穩定度、流值、密度、空隙率采用拌和廠取樣成型的試驗方法。通過大量的試驗證明：在原材料和配合比一定的情況下，瀝青混合料的馬歇爾穩定度與試件的密實度成直線密切正相關，與空隙率成直線密切負相關。由于空隙率是密度的不同表征形式，因此，密度對馬歇爾穩定度有著至關重要的影響。根據試驗結果，室內成型試件密度的大小，除與材料的配合比有關外，很大程度上取決于擊實次數(擊實功)的多少和擊實溫度的高低，擊實次數越多，瀝青混合料單位體積得到的擊實功越大，試件越容易被壓密。同樣，由于瀝青材料自身的特點，在一定范圍內，溫度越高，其粘滯力越低，抗塑性變形的能力越差，在外力的作用下，試件越容易被壓密。因此，通過這種方法得到的試驗結果不能真實體現瀝青路面的實際質量。

　　2利用現場芯樣做馬歇爾試驗的必要性

　　用室內成型的試件做馬歇爾試驗、密度試驗及計算得到的空隙率、瀝青飽和度、瀝青體積百分率、礦料間隙率等指標，并不能代表路面的真實質量情況。不難分析，影響瀝青路面質量的因素主要有原材料質量、材料的配合比(含礦料的級配情況)和瀝青混合料的壓實密度等。如果采用拌和廠取樣成型的試件代表路面真實情況進行檢驗，必須至少具備以下兩個必要條件：

　　（1）原材料質量及配合比與路面實際使用的材料和配合比一致；

　　（2）試件的密實度與路面的密實度一致。

　　但是在實際施工中，由于運輸、攤鋪過程中拌和料出現離析，會使路面材料局部產生配合比改變。更為嚴重的是，室內試驗的擊實功是試驗規程規定的標準擊實功，而壓實功則取決于壓路機的噸位、碾壓遍數和壓實機械的組合情況，因此擊實功并不一定等同于路面壓實功，且施工碾壓溫度也很難和室內試驗溫度取得一致，甚至有很大出入。從以上原因不難看出，用拌和廠取樣成型試件所獲取的馬歇爾穩定度、流值、密度等指標，很難真實地代表現場瀝青路面的質量情況。如果利用取芯機鉆取的芯樣作為檢測樣本，進行穩定度、流值、密度等指標的檢驗，更能代表瀝青路面的真實質量情況。

　　3利用現場芯樣取代拌和廠成型試件做馬歇爾試驗的可行性

　　《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》JTJ052-2000中T0710-2000規定了瀝青路面鉆芯馬歇爾試驗方法，但條文說明同時指出：“由于鉆頭直徑往往是100mm及150mm的，所以試件直徑必然小于101．6mm或152mm的要求，可直徑太小，不能與馬歇爾試驗儀的壓頭吻合，這是矛盾的，因此，本方法的試驗結果并不能作為檢驗瀝青路面是否合格的依據。”這說明瀝青路面芯樣馬歇爾試驗不能作為檢驗瀝青路面是否合格的依據，主要是芯樣的直徑偏小，與馬歇爾試驗儀的壓頭曲率不符，因此容易產生試驗誤差。如僅限于此，我們完全有可能改變芯樣與馬歇爾試件壓頭的吻合程度，從而消除由此帶來的試驗誤差。

　　3．1改造現有壓頭，提高芯樣與壓頭的吻合程度，根據現行試驗規程，馬歇爾試件壓頭被做成了固定的曲率內徑，標準壓頭為101．6mm，大型馬歇爾試件壓頭為152．4mm。在此，以標準馬歇爾試件壓頭為例，如果芯樣的直徑為99．8mm，與標準試件直徑101．6mm的差值為1．8mm。在實際操作中為了消除1．8mm的偏差，利用0．9mm厚的金屬板材，裁制成長度為壓頭與試件接觸線同長，與壓頭同寬的兩塊墊片，并將墊片彎曲成與壓頭一致的曲率。試驗時，分別將兩塊墊片墊在上下壓頭內，使壓頭的曲率內徑減少1．8mm，前面提到的試驗偏差即可消除。應當指出的是，由于受鉆頭內徑的加工精度、鉆機的偏心程度及鉆機固定的牢固程度等方面的影響，芯樣直徑和壓頭內徑的偏差并不是一個常數，在選取墊片的厚度時，可對已經鉆取的芯樣直徑進行統計，取芯樣直徑的上限值(最大值)與馬歇爾試件的規定值之差的二分之一作為所選墊片的厚度值。如果所選鉆頭是標準鉆頭，則各個試件直徑之間的差別一般不會很大，可以忽略不計。

　　3.2加工專用鉆頭。

　　對于標準馬歇爾試件，我們現在普遍使用的是內徑100mm和150mm的鉆頭，在鉆機固定良好的情況下，芯樣直徑與鉆頭內徑之間的差距一般不會超過0．5mm。以1‰鉆頭為例，如果鉆頭內徑為100Inm，芯樣直徑一般可以達到99．5～100mm，這對于馬歇爾試件標準直徑101．6mm而言，其吻合程度顯然不夠。由馬歇爾試驗的受力情況可知，如果試件與壓頭的吻合程度不夠，就會引起初壓階段試件受力集中，致使試件過早破壞并進入流變狀態，從而導致馬歇爾穩定度減小，流值增大，這種情況不適宜作為評價瀝青路面質量的依據。然而，我們可以發現鉆頭的內徑與鉆件直徑的誤差并不大，這就使得設定標準鉆頭內徑成為可能。事實上，目前使用的鉆機，都不是專用鉆機，它既用于鉆取瀝青路面芯樣，也用于鉆取半剛性路面基層材料芯樣，同時也用于鉆取水泥混凝土芯樣。在這些用途中，只有瀝青路面對芯樣直徑有嚴格的要求。因此，在滿足瀝青路面取芯的同時，并不影響做其他鉆件的使用，這樣一來，就可以將鉆頭內徑加工成101．6mm，以滿足瀝青路面鉆芯做馬歇爾試驗的要求。即使不與其他鉆件共用鉆頭，為瀝青路面專門設計、制造101．6mm和152．4mm的鉆頭也是非常必要的。

　　4實例分析

　　幾年來，我們采用在馬歇爾試驗儀壓頭內墊墊片的方法，對所鉆取的瀝青混凝土芯樣做了大量的馬歇爾試驗，從試驗結果看具有較好的規律性和可行性。對室內成型的馬歇爾試件所做的目標配合比試驗結果與工程實體鉆取的芯樣所做的馬歇爾試驗，及其相關試驗項目的試驗結果進行對比分析，不難發現：空隙率、密度與穩定性具有密切相關性，也可以證明工程實體芯樣馬歇爾驗結果的規律性和鉆芯取樣試驗方法的穩定性。同時還提醒我們，應爭取盡可能小的空隙率和盡可大的密實度，以取得較大的路面穩定度，提高路的使用品質。只要工程實體鉆取的芯樣與馬歇爾壓頭具有相當的吻合程度，在材料和配合比都相同的條件下，其試驗結果就能達到或接近室內成型試件的試驗效果。當然，由于芯樣直徑偏小，即使芯樣與壓頭有很好的吻合程度，其試驗結果仍會受到一定的影響，但這種影響并不顯著。

　　5結論

　　（1）為了使鉆取的芯樣直徑和標準馬歇爾試件相一致，建議生產101．6±0．2mm和152．4±0．2mm的瀝青混凝土專用鉆頭，并納入專用試驗儀器管理中。

　　（2）建議對路面實體鉆芯馬歇爾試驗按照每一分項工程為一單元，用數理統計的方法進行評價。

　　（3）實踐證明，由于馬歇爾穩定度與試件的密實程度呈增函數關系，即：試件密實度越大，其馬歇爾穩定度越大。由于瀝青路面存在一個壓實度百分率問題，因此工程實體馬歇爾穩定度也同樣存在一個百分率問題。建議在標準配合比馬歇爾穩定度(壓實度為100％)的基礎上規定路面鉆芯馬歇爾穩定度下置信限值。

　　（4）由于施工階段工程實體密度一般達不到目標配合比密度，相應的空隙率會產生同樣的差別，為與設計空隙率相區別，建議對路面實體鉆芯試件制定施工容許空隙率指標。

　　（5）為追求更高的路面工程實體穩定度和更小的塑性變形，建議提高各級瀝青路面的壓實標準，如二級路可提高至馬歇爾試驗最大值的96％，高、一級公路可提高至97％或98％。通過工程實例證明，在材料和配合比相同的條件下，用鉆芯取樣的方法對工程實體進行馬歇爾試驗與室內成型試件進行馬歇爾試驗相比具有良好的關系，并且能夠準確、客觀地評價路面質量的實質信息，為參建各方真正掌握和了解瀝青路面質量品質提供了一種切實可行的檢測方法。

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