沥青路面钻芯马歇尔试验的必要性和可行性?
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发布时间：2023-05-16 20:04
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时间：2023-05-28 23:13
沥青路面是我国公路路面的主要类型。近年来，随着交通量的飞速增长和轴载的不断提高，沥青路面出现早期病害，经过查找施工时的检测资料发现，施工时的检测资料都符合设计要求，那么沥青路面出现损坏的原因究竟是什么呢?分析路面产生损坏的原因有很多，产生的方式也不尽相同，但是正确判断和识别原因，对消除沥青路面质量事故隐患，改善和提高沥青路面质量，延长沥青路面的使用寿命，无疑是非常重要的。马歇尔稳定度、流值和密度是目前沥青路面最重要的控制指标，严格控制上述指标的检测，对于提高沥青路面高温稳定性、抗塑性变形及密实度、空隙率等具有非常重要的意义。同时，只有真正、客观地反映沥青路面马歇尔稳定度、流值和密度等指标，才能正确地评价沥青路面的质量品质。
1 目前我国现行试验方法的有关规定
我国现行的《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF-2004）中规定：热拌沥青混合料路面马歇尔稳定度、流值、密度、空隙率采用拌和厂取样成型的试验方法。通过大量的试验证明：在原材料和配合比一定的情况下，沥青混合料的马歇尔稳定度与试件的密实度成直线密切正相关，与空隙率成直线密切相关。由于空隙率是密度的不同表征形式，因此，密度对马歇尔稳定度有着至关重要的影响。根据试验结果，室内成型试件密度的大小，除与材料的配合比有关外，很大程度上取决于击实次数（击实功）的多少和击实温度的高低，击实次数越多，沥青混合料单位体积得到的击实功越大，试件越容易被压密。同样，由于沥青材料自身的特点，在一定范围内，温度越高，其粘滞力越低，抗塑性变形的能力越差，在外力的作用下，试件越容易被压密。因此，通过这种方法得到的试验结果不能真实体现沥青路面的实际质量。
2 利用现场芯样做马歇尔试验的必要性
用室内成型的试件做马歇尔试验、密度试验及计算得到的空隙率、沥青饱和度、沥青体积百分率、矿料间隙率等指标，并不能代表路面的真实质量情况。不难分析，影响沥青路面质量的因素主要有原材料质量、材料的配合比（含矿料的级配情况）和沥青混合料的压实密度等。如果采用拌和厂取样成型的试件代表路面真实情况进行检验，必须至少具备以下两个必要条件：
2.1原材料质量及配合比与路面实际使用的材料和配合比一致；
2.2试件的密实度与路面的密实度一致。
但是在实际施工中，由于运输、摊铺过程中拌和料出现离析，会使路面材料局部产生配合比改变。更为严重的是，室内试验的击实功是试验规程规定的标准击实功，而压实功则取决于压路机的吨位、碾压遍数和压实机械的组合情况，因此击实功并不一定等同于路面压实功，且施工碾压温度也很难和室内试验温度取得一致，甚至有很大出入。从以上原因不难看出，用拌和厂取样成型试件所获取的马歇尔稳定度、流值、密度等指标，很难真实地代表现场沥青路面的质量情况。如果利用取芯机钻取的芯样作为检测样本，进行稳定度、流值、密度等指标的检验，更能代表沥青路面的真实质量情况。
3 利用现场芯样取代拌和厂成型试件做马歇尔试验的可行性
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中T0710-2000规定了沥青路面钻芯马歇尔试验方法，但条文说明同时指出：“由于钻头直径往往是100mm及150mm的，所以试件直径必然小101.6mm或152mm的要求，可直径太小，不能与马歇尔试验仪的压头吻合，这是矛盾的，因此，本方法的试验结果并不能作为检验沥青路面是否合格的依据。”这说明沥青路面芯样马歇尔试验不能作为检验沥青路面是否合格的依据，主要是芯样的直径偏小，与马歇尔试验仪的压头曲率不符，因此容易产生试验误差。如仅限于此，我们完全有可能改变芯样与马歇尔试件压头的吻合程度，从而消除由此带来的试验误差。
3.1改造现有压头，提高芯样与压头的吻合程度
根据现行试验规程，马歇尔试件压头被做成了固定的曲率内径，标准压头为101.6mm，大型马歇尔试件压头为152.4mm。在此，以标准马歇尔试件压头为例，如果芯样的直径为99.8mm，与标准试件直径101. 6mm的差值为1.8mm。我们在实际操作中为了消除1.8mm的偏差，利用0.9mm厚的金属板材，裁制成长度为压头与试件接触线同长，与压头同宽的两块垫片，并将垫片弯曲成与压头一致的曲率。试验时，分别将两块垫片垫在上下压头内，使压头的曲率内径减少1.8mm，前面提到的试验偏差即可消除。应当指出的是，由于受钻头内径的加工精度、钻机的偏心程度及钻机固定的牢固程度等方面的影响，芯样直径和压头内径的偏差并不是一个常数，在选取垫片的厚度时，可对已经钻取的芯样直径进行统计，取芯样直径的上限值（最大值）与马歇尔试件的规定值之差的二分之一作为所选垫片的厚度值。如果所选钻头是标准钻头，则各个试件直径之间的差别一般不会很大，可以忽略不计。
3.2加工专用钻头
对于标准马歇尔试件，我们现在普遍使用的是内径100mm和150mm的钻头，在钻机固定良好的情况下，芯样直径与钻头内径之间的差距一般不会超过0.5mm。以1‰钻头为例，如果钻头内径为100mm，芯样直径一般可以达到99.5～100mm，这对于马歇尔试件标准直径101.6mm而言，其吻合程度显然不够。由马歇尔试验的受力情况可知，如果试件与压头的吻合程度不够，就会引起初压阶段试件受力集中，致使试件过早破坏并进入流变状态，从而导致马歇尔稳定度减小，流值增大，这种情况不适宜作为评价沥青路面质量的依据。为沥青路面专门设计、制造101.6mm和152.4mm的钻头也是非常必要的。
4 实例分析
几年来，我们采用在马歇尔试验仪压头内垫垫片的方法，对所钻取的沥青混凝土芯样做了大量的马歇尔试验，从试验结果看具有较好的规律性和可行性。对室内成型的马歇尔试件所做的目标配合比试验结果与工程实体钻取的芯样所做的马歇尔试验，及其相关试验项目的试验结果进行对比分析发现：空隙率、密度与稳定度具有密切相关性，同时还提醒我们，应争取尽可能小的空隙率和尽可能大的密实度，以取得较大的路面稳定度，提高路面的使用品质。
5 结论
5.1为了使钻取的芯样直径和标准马歇尔试件相一致，建议生产101.6±0.2mm和152.4±0.2mm的沥青混凝土专用钻头，并纳入专用试验仪器管理中。
5.2建议对路面实体钻芯马歇尔试验按照每一分项工程为一单元，用数理统计的方法进行评价。
5.3实践证明，由于马歇尔稳定度与试件的密实程度呈增函数关系，即：试件密实度越大，其马歇尔稳定度越大。由于沥青路面存在一个压实度百分率问题，因此工程实体马歇尔稳定度也同样存在一个百分率问题。建议在标准配合比马歇尔稳定度（压实度为100%）的基础上规定路面钻芯马歇尔稳定度下置信限值。
5.4由于施工阶段工程实体密度一般达不到目标配合比密度，相应的空隙率会产生同样的差别，为与设计空隙率相区别，建议对路面实体钻芯试件制定施工容许空隙率指标。
5.5为追求更高的路面工程实体稳定度和更小的塑性变形，建议提高各级沥青路面的压实标准，如二级路可提高至马歇尔试验最大值的96%，高、一级公路可提高至97%或98%。通过工程实例证明，在材料和配合比相同的条件下，用钻芯取样的方法对工程实体进行马歇尔试验与室内成型试件进行马歇尔试验相比具有良好的关系，并且能够准确、客观地评价路面质量的实质信息，为参建各方真正掌握和了解沥青路面质量品质提供了一种切实可行的检测方法。
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