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1、旧沥青路面混合料检测及其性能评价沥青路面厂拌热再生技术系列之一王欣 何文锋 刘先淼（广东冠粤路桥有限公司，广州 510600）摘 要：根据美国沥青协会推荐的沥青路面厂拌热再生技术的旧混合料检测和分析方法，针对广佛高速公路旧沥青路面特点进行了系统的取样、检测和全面的统计分析，为广佛路面大修是否适用厂拌热再生技术问题提供了理论依据，并对旧沥青混合料性能的离散性问题提出了相应的技术措施。关键词：厂拌热再生，旧沥青混合料，检测，性能评价1 概述广佛高速公路于 1989 年建成通车，全长 13833.19 米。路面结构为 4cm 细粒式沥青砼上面层+ 5cm 中粒式沥青砼中面层+6cm 沥青碎石下面层+
2、25cm 水泥稳定碎石+28cm 水泥稳定土。运营四年后即 1993 年加铺了 4cm 改性沥青面层。由于车流量迅速增长，1997 年又进行了加宽扩建，从四车道扩宽至双向六车道或八车道。根据有关单位全面的路况调查，广佛高速公路路面的破坏主要为结构性破坏，出现了大面积的龟裂、网裂、沉陷等病害。在路面大修方案设计中，大面积开挖产生的大量旧沥青路面废料的处置问题受到了高度关注。沥青再生技术具有环境保护和节约资源的重要作用，是解决这一问题的有效途径。旧沥青混合料的变异性问题是沥青路面厂拌热再生技术应首先解决的关键技术问题。我们基于广佛路面主要为结构性破坏的工程特点，根据厂拌热再生的技术要求和美国沥青协
3、会推荐的分析方法，对旧路面混合料性能进行了全面检测和系统评价，为是否适用厂拌热再生技术问题提供了理论依据，并对旧沥青混合料性能的离散性问题提出了相应的技术措施。2 美国沥青协会推荐的旧混合料检测和分析方法2.1 旧沥青混合料的取样、检测程序和方法美国沥青协会编制的取样、检测基本程序是：（1）将用于再生的沥青路面划分为相等长度的段落，一般对双车道的公路可以分成6 到 8 段，使得取样时能获得适宜的样品总数。（2）从每段落每车道用钻芯或其它方法随机抽取一个样品。以每一个小段落起点和车道的一侧作为原点，通过随机过程取得 2 个 0 到 1 之间的随机数，并分别乘与相应的段落长度和车道宽度，就得到该路
4、段相对原点的随机取样坐标。（3）进行试验检验。试验项目包括集料级配、沥青含量、沥青 60和 135粘度、沥青 25针入度。（4）对试验结果进行统计分析。2.2 检测结果统计分析方法检测结果的统计。对试验结果的各项指标，一般进行了均值和均方差的计算。另外为了评价旧路某一指标的不均匀程度，还可进行了差异显著性分析。计算同一路段内差异显著性的参量和基本公式见表 1：表 1 统计分析公式df SS MS F段落数（i=1k) k-1 SSS MSS MSS/MSe车道数(j=1l) l-1 SSl MSl MSl/MSe误差 n-k-l+1 SSe MSe总数 (n) n-1 SSt 其中： 2)/1
5、ijynCT（ CTlS(kjil/jt2)lStedfM/以上各式子中，df 表示随机变量的自由度， SS 为方差，F 为 F 分布的计算值。通过以上公式的计算得到 MSS/MSe 及 MSl/MSe值，并同 F 的分位数作比较。例如：对沥青含量的统计时，车道数为 2，段落数为 6，计算的 F 值（段落）为 6.56， F 值（车道）为 3.80，在置信度 95%的情况下， 查 F 分布分位数表得 F5，5 （1-=0.95）为 5.05，F 1，5 （1-=0.95）为 6.61，因为 6.565.05，3.806.61，那么可以得出结论：各段落间在 95%置信度下存在差异显著性，而各车道
6、间不存在差异显著性。也就是说段落之间的沥青含量有明显的差异性，而车道之间没有差异性。有时需要检测两组按某种方式分类的数据，评价两者之间的差异，例如特定两个段落的检测数据，这时计算的方法与上文有所不同，这种差异性检验的步骤为：（1） 计算 SP 2112NS）（）（式中： 、 、 、 分别表示两组数据各自的数据点数及数据的方121差。（2） 计算 T 值21NSXTP式中 、 分别为两组检测数据的平均值。（3） 比较。通过以上公式计算出 T 值，再同 t 分布的分位数作比较。例如，有两组筛分 2.36mm 筛孔通过率的数据，数据点分别为 12 个和 6 个，按以上公式计算得T=8.29，查 t
7、分布自由度为 12+6-2=16 的分位数，假如置信度为 95%，那么可查得，8.291.746，可以得出结论，两组筛分数据的 2.36mm 筛孔通746.195.016）（ t过率间存在差异显著性，相反假如计算的 T 值小于 1.746，则两组数据间不存在差异显著性。在统计中，由平均值和方差可以反映出总体数据的分布情况，应用于旧料评价时可以得出某一指标是否适宜，离散性是否超出许可范围；而差异性分析可以判断各组成部分之间的差别。例如，检验发现车道间检测数据存在着差异显著性就可考虑在再生时分车道进行再生处理，因为每车道各自材料的离散程度会比总体的小一些；相反，如果没有差异显著性，那么即使分车道处
8、理也不能降低其离散性，是没有意义的。当然，对统计数据应综合考虑分析，例如，在段落或车道间存在差异显著性时，但它们总体的均方差很小，这时就没有必要对不同车道或段落分别处理。3 现场取样和试验检测3.1 取样试验广佛高速公路旧路曾经进行了多次的改建和维修，并且施工期比较早，路面使用年限长，具有自身的特殊性，为此广佛的取样结合了实际情况并参考了美国沥青协会的方法。（1） 段落划分和取样点数。考虑到广佛高速公路车道数多、路况复杂。为了获得足够的数据，按照每公里每车道一个样品进行取样，最后实际获得样品数 86 个。（2） 取样位置和方法。采用电脑产生随机数来确定取样点的桩号和横向位置。取样时，考虑到取芯
9、机会对旧路面骨料造成破坏，影响级配检验，所以采用人工挖掘的方法。取样时，先刨除上面层的改性沥青层，再把上面层以下部分直到基层顶面的沥青砼一起挖除取回，试验前先把每个取样点除上面层外取回的材料混合均匀，再通过四分法获取试验的样品。（3） 试验项目。由于我国不采用粘度对沥青分级，所以主要进行回收料中的沥青含量、回收料的集料级配、回收沥青针入度三项试验。另外还对旧料的粗集料性能做了检测。3.2 沥青含量试验沥青用量采用燃烧法进行检测，仪器为美国生产的沥青含量测定仪。试验的原理是把沥青混合料放入高温的炉膛，使得混合料中的沥青燃烧成气体排除，仪器通过称量燃烧前后混合料的质量损失自动计算出沥青含量。燃烧法
10、试验时，温度为 500左右，最高时可以达到 600，由于石料在高温环境下可能失去部分结晶水，并且可能发生其他化学反应，特别是石灰岩类的碳酸钙在高温下会分解出二氧化碳，使得质量损失与沥青质量不相等，从而导致试验的误差。为保证沥青含量测定数据的可靠性，试验过程进行了标定试验，以获得修正数。标定试验是把试验室配置的已知沥青含量的混合料放到仪器中燃烧，由仪器测定沥青含量，通过对比得到修正数。标定用试样级配采用路面上十个样品级配的平均值。实际得到的标定修正数为-0.12%。3.3 针入度试验进行针入度试验前首先要对混合料中的沥青进行回收。回收方法有阿布森法和旋转蒸发器法，由于国内没有厂家生产专门用于回收
11、沥青的旋转蒸发器，所以调查试验采用了阿布森法。沥青回收试验的难点在于抽提过程中不使沥青进一步老化，又必须把其中的溶剂全部除去。影响回收试验的主要因素有：抽提液清除矿粉的干净程度、加热过程控制、通入 CO2 流量的控制等因素。为了控制好加热速度、保证加热均匀，试验改装使用了油浴加热装置。正式试验前必须先进行评价试验，也就是用检测过针入度的新沥青溶解到三氯乙烯后再按规定的操作方法进行回收，然后检测回收沥青的针入度，通过比较回收前后针入度的差异，来确认试验方法的可靠性。试验室采用 70#沥青进行了多次对比试验，回收前后针入度的差值均在 4.5 以内，满足了规范对重现性的要求。针入度试验方法与常规方法
12、一致，但在准备试样时应该注意：（1）要防止对试样多次重复加热而导致沥青老化，影响试验结果。 （2）回收后的沥青含有大量的气泡，应通过加热搅拌等措施进行消除。3.4 级配试验筛分试验采用的样品是经燃烧法测定沥青含量后残留的骨料。因为在燃烧过程中，燃烧炉的抽风量很小，所以并不会引起粉料的损失，其它影响级配试验的因素是取样过程对少量粗集料的破坏。级配检验采用水筛法。3.5 旧路面集料试验对旧料的评价还包括旧料中集料的检测指标。因为高温燃烧对石料性质会有影响，所以在试验中采用三氯乙烯、洗涤剂、清水反复清洗的方法获得试验用集料。试验结果如表 2 所列。试验结果除针片状含量偏大外，均满足要求。表 2 回收
13、旧料粗集料的质量检验结果汇总表规范要求 指标 单位 中、下面层 1-2 碎石 0.5-1 碎石压碎值 不大于 % 28 21.5 洛杉矶磨耗损失 不大于 % 30 22.6视密度 不小于 T/m 2.5 2.658 2.645吸水率 不大于 % 2 1.78 1.9与沥青的粘附性 不小于 级 4 5 5细长扁平颗粒含量 不大于 % 15 18.2 21.34 检测结果统计分析及广佛旧路面评价4.1 检测结果的统计对试验数据首先进行了数理统计。表 3 为沥青含量的统计结果，表 4 为级配筛分0.075mm 筛孔通过量的统计结果，表 5 回收沥青针入度的统计结果。表 3 沥青含量分车道统计表沥青含
14、量（%）统计段落 样本数量平均值 均方差偏差系数（%）超车道 13 5.32 0.618 11.6主一车道 13 4.94 0.557 11.3主二车道 12 5.48 0.534 9.8主三车道 5 4.29 0.273 6.4广佛方向半幅 43 5.13 0.529 10.3超车道 13 4.88 0.444 9.1主一车道 13 5.04 0.526 10.4主二车道 12 4.80 0.611 12.7主三车道 5 4.66 0.099 2.1佛广方向半幅 43 4.88 0.484 9.9全幅 86 5.00 0.504 10.1表 4 0.075mm 筛孔通过率分车道统计表0.07
15、5mm 筛孔通过率（%）统计段落 样本数量平均值 均方差 偏差系数超车道 13 9.52 2.054 0.216 主一车道 13 9.30 2.565 0.276 主二车道 12 9.39 2.438 0.260 主三车道 5 8.46 2.666 0.315 广佛方向半幅 43 9.29 2.306 0.248 超车道 13 9.28 3.197 0.345 主一车道 13 8.62 1.786 0.207 主二车道 12 6.98 2.019 0.289 主三车道 5 8.56 1.571 0.184 佛广方向半幅 43 8.35 2.266 0.271 全幅 86 8.82 2.273
16、0.258 表 5 针入度分车道统计表针入度（0.1mm）统计段落 样本数量平均值 均方差 偏差系数超车道 13 29.62 8.93 0.302 主一车道 13 32.77 12.81 0.391 主二车道 12 25.00 6.94 0.278 主三车道 5 32.40 10.26 0.317 广佛方向半幅 43 29.60 9.61 0.325 超车道 13 25.31 10.60 0.419 主一车道 13 26.85 8.79 0.328 主二车道 12 28.50 10.18 0.357 主三车道 5 36.80 9.98 0.271 佛广方向半幅 43 28.00 9.53 0.340 全幅 86 28.80 9.51 0.330 对试验的数据还进行了总体的差异性分析，结果是在整段路中各统计量都存在段落间的差异显著性。为了进一步分析旧路的离散性情况，又采用了 t 检验的方法分析特定段落或车道间的差异性，表 6
