离析作为沥青路面施工质量评价指标的研究

离析作为沥青路面施工质量评价指标的研究华南理工大学交通学院王端宜教授/博士生导师主要内容•问题的提出•广义离析与狭义离析•施工过程离析评价与验收指标•路面综合强度均匀性评价问题的提出•沥青路面的破坏首先以局部小范围随机方式出现，然后再扩展成为大面积破坏，如松散、网裂、坑洞、局部车辙、局部泛油等。•这些与均匀性相关的破坏现象可以统称为离析。它们的识别、评价与控制与依赖于快速、连续的无损检测手段。广义离析与狭义离析•广义离析：由于不均匀性所导致的路面结构破坏；强度、密度、集料的颗粒分布、沥青或其它胶结材料含量等。•狭义离析：沥青路面表面离析。表面离析作为沥青路面施工质量评价指标的研究•近年来沥青路面技术研究的重要课题•定性分析和离析控制措施方面的研究较多•缺乏对离析控制效果的定量评价•作为施工质量评价和验收指标的研究还非常欠缺工程质量评价和验收指标的趋势•随着我国市场经济体制的不断完善，公路建设的政府行为模式已经被淘汰，并完全趋向于市场化（招投标模式）。•公路建设过程中的社会分工日趋明确，政府主管部门、业主、承包商、技术咨询机构在公路建设过程中扮演着不同的角色、发挥着不同的作用。•以“方法规范”为代表的，适应于旧的政府行为模式的路面施工质量保证体系已经不再适合新的路面施工的市场化模式。工程质量评价和验收指标的趋势•业主一般作为制定质量保证体系的主体，它所关注的最主要的问题应该是项目的风险和效益。•业主在施工过程中所关注的重点不再是过程，而应该是结果。验收就成为业主的主要工作。•验收不应该是单纯的定性判断项目质量的好坏，而应该是基于使用性能和统计原理的定量评价，以及在此基础上的支付调节系统。•国外近年来试行的以“最终产品规范”和“与性能相关的规范”为代表的路面施工质量保证系统的相关经验和研究成果值得我们借鉴。沥青路面表面离析的定义通常将沥青混合料离析定义为两种类型：级配离析和温度离析（温差）。级配离析是指沥青路面上一些区域粗料集中，另一些区域细料集中，使得表面颗粒分布变得非常不均匀，背离了混合料的设计（级配、沥青含量），导致路面的性能发生较大的变化。沥青路面表面离析判别•目测法（代表主观评价）•仪器设备检测法（代表客观评价）•现阶段国内外多数沥青路面施工项目采用目测方法确定路面发生离析的区域和程度•优点：简单快速、不需要专门的设备；•缺点：无法定量描述路面离析的程度、不同的检测人员对离析判别的尺度存在差异、容易引起承包商与业主间的争执不同检测方法判别路面离析的能力混合料类型的适应性检测的深度细级配密级配SMAOGFC等表面表层AC全厚目测是是是是是否否铺砂构造深度是是是是是否否激光构造深度是是是是是否否核子密度依赖级配依赖级配是依赖级配否是否核子沥青含量是是是是否是否透水否粗级配是依赖级配否是否雷达未知未知未知未知否是否红外热敏未知未知未知未知是薄层未知地震波未知未知未知未知否是是检测方法不同检测方法判别路面离析的能力可以看出，目测法、铺砂构造深度法和激光构造深度法比较适合于沥青路面表面离析的检测和识别。同时，表面构造作为评价路表面离析的指标与人们对离析的常规认识和概念相符，因此是适宜的。基于目测的离析判别和程度分级离析程度定义维修方法轻微离析粗集料颗粒间的沥青和细集料含量基本正常，但和周围的表面相比，局部表面构造明显偏粗。中度离析粗集料颗粒间的沥青和细集料含量明显偏少，“多石”现象严重。稀浆封层或热沥青混合料补丁严重离析粗集料颗粒间的沥青和细集料含量明显缺乏，“多石”现象非常严重。清除重铺或罩面（加拿大阿尔伯塔省运输部的沥青路面指南）激光构造深度仪用于离析检测•测速度较快，不影响车道的正常车辆行驶•与铺砂法之间没有很好的相关关系图像构造深度方法用于离析检测•普通数码相机、操作简便、可永久保存图像资料•适用于各种类型沥青混合料路面（AC型、AK型和SMA型等）•与铺砂法试验结果具有非常好的相关性y=0.923x+0.0487R2=0.90970.40.60.811.21.40.40.50.60.70.80.911.11.21.3MTD(mm)DMTD(mm)沥青路面表面离析水平的评价•确定期望的表面构造–以检测路段表面构造深度的平均值作为期望的表面构造；–以权威人士指定的（或业主和承包商共同认可的）构造深度作为期望的表面构造；–在试验室按目标配比或经批准的生产配比制成的标准试件测得的构造深度作为期望的表面构造。沥青路面表面离析水平的评价细离析非离析轻微离析中度离析重度离析下限None0.801.101.401.70上限0.801.101.401.70None注：表中数字为实测构造深度与期望构造深度的比值。其含义为：如果构造深度的期望值为1mm，所有构造深度介于0.80mm到1.1mm间的路段，可以定义为没有发生离析。非离析路段所占比例越高，说明路面施工均匀性越好。沥青路面表面离析水平的评价沥青路面表面离析的检测•由统计学和风险分析理论可知，基于随机抽样的验收过程对与承包商和业主都存在着风险（风险α和β）。•这两类风险是由于用有限尺寸样本检测数据估计总体质量特征真值的不准确性所造成的。–承包商的风险（α）在于质量合格的产品或工程项目被拒收或打折验收，无法获得合理的支付；–业主的风险（β）体现在不合格的产品或工程项目被验收，从而造成路面使用性能和寿命降低，管理和养护维修成本提高。•增大样本的尺寸，提高总体质量特征真值估计的精度和准确性对于降低验收风险是非常必要的。建议的路面离析检测方式（1）•已完成路面的人工视觉普查，发现离析的位置并确定发生离析的面积，用铺砂法或图像法测得的表面构造深度评价离析的程度，并计算离析面积百分率。–式中：AREA=检测路段的离析面积百分率（%）–Alow=轻微离析面积–Amedium=中度离析面积–Ahigh=重度离析面积–a、b、c=离析程度影响因子（1.0、1.43、2.5）–Aall=检测路段的总面积allhighmediumlowAcAbAaAAREA/)(×+×+×=建议的路面离析检测方式（2）•采用系统抽样的方法，设定一定的间距，用图像法对摊铺宽度的两侧及中央（最有可能发生离析的位置）进行连续采样，由构造深度评价离析程度，计算离析百分率。–式中：S=检测路段的离析百分率（%）–Slow=轻微离析数量–Smedium=中度离析数量–Shigh=重度离析数量–a、b、c=离析程度影响因子–Sall=总的测点数量allhighmediumlowScSbSaSS/)(×+×+×=建议的路面离析检测方式（3）•随着离析指标连续检测手段的发展，连续式激光设备会得到进一步普及；连续式的路表面图像采集和分析系统也将会开发成功；届时路表面离析的自动识别和评价将会成为可能，其识别和评价的原理应该与上面是相同的。基于表面离析指标的QC/QA•离析指标的施工过程质量控制从图中可以看出有25%左右的测点处于轻微离析状态，还有少数测点处于中度离析状态。经计算可知，该施工批次左侧的离析百分率为：S=31%。应该说，离析现象比较严重，需要对施工过程进行调整。基于表面离析指标的QC/QA•表面离析指标的验收–计数验收：只设定一个验收质量界限AQL将工程项目划分成两个档次：合格和不合格。合格的工程项目可以获得全额支付（100%）；不合格的产品或工程项目不能获得支付，需要进行维修或清除返工。–支付调节验收：一般设定两个质量界限（AQL和拒收质量界限RQL），将产品或工程项目划分成三个档次：合格、中间和不合格。合格的产品或工程项目可以获得全额支付（100%）；不合格的产品或工程项目不能获得支付，需要进行维修或清除返工。处于中间状态的产品或工程项目，根据质量水平和其对最终产品性能和寿命的损害程度，可以获得经过调整的支付。–近年来国内外的研究成果认为，公路工程的多数质量指标更适合于用支付调节验收的方式进行验收。离析指标的验收（QA）•AQL=10%、RQL=45%•当离析百分率小于等于10%时，承包商可以获得大于等于合同单价100%的支付。当离析百分率为零时，作为奖励，承包商可以获得合同单价105%的支付。•当离析百分率大于45%时，承包商所完成的工程将被拒收，并需要承担局部维修或清除返工所需要的费用。•非线性支付方案。基于表面离析指标的QC/QA•沥青路面施工过程造成的离析严重影响路面的性能和使用寿命，因此应该在施工过程中严格加以控制。这一点已经成为国内外道路工程界的共识。上述研究工作的开展，基本上可以使路面离析成为一个完整的指标体系用于沥青路面施工过程的QC/QA，并已将其推进到可以实际操作的阶段。希望能够通过较大范围的应用，不断发展和完善。类似离析问题的研究•路基强度的不均匀性•弯沉平均值：339•标准差：135•模量平均值：110MPa•标准差：51类似离析问题的研究•路面密度（压实度）的不均匀性变异性对路面寿命的影响•以2σ与平均值的%作为变异性评价–一般：100%–较好：50%–很好：25%•变异性处于较好状态时的承载能力比一般的情况高14%•变异性处于很好状态时的承载能力比一般的情况高28%•在QC/QA中强调质量均匀性的评价意味着降低成本和养护维修的工程量