基于ASTM标准的沥青路表横向离析评价

肖 航, 何继坤, 曹 丹

(成都纺织高等专科学校智能建造与环境工程学院,四川成都 611731)

0 引言

沥青混合料的离析是指粗细集料和沥青在某一区域出现不均匀或偏离了原有设计[1]。沥青路面出现离析后会加快其早期病害的形成,缩短56%～73%的设计寿命[2-4],而我国现有规范中的沥青路面离析检验存在随机性强和受人为因素影响较大的缺陷,因此寻找便捷、客观、准确的无损检测方法和评价标准有着重要意义[5]。其中,最为典型的就是利用数字图像处理技术提取路表纹理的分布形态来评价离析情况,宋永朝、黄志福和Zhang K等[6-8]采用该方法进行了路表离析评价,但该方法在确定特征图像二值化阈值时,存在主观性较强的问题,易造成较大误差。随着激光纹理仪的出现,获取数字化的路表信息并计算路表构造深度变得更为简单高效,美国交通研究委员会(TRB)的“热拌沥青混合料路面的离析”[3]和国内包秀宁等[9-10]采用激光纹理仪采集构造深度值,并以离析处的构造深度与标准构造深度的比值作为评价离析的标准,虽然该法同铺沙法的相关系数可达到0.89～0.94[11-12],但标准构造深度的确定与离析等级的评价方法不具有统一性。实际工程中,沥青路面的离析既有由于摊铺机拨料器设置不当等造成的纵向离析,也有摊铺机收斗处和接缝处出现的横向离析,文献[13-15]借鉴ASTM标准对沥青路表的纵向离析进行了评价,而该法不能表征出横向区域的离析状况。据此,本文从沥青路表构造深度的均匀性出发,在借鉴纵向离析评价法的基础上,结合道路横断面有定宽、数据采集点有限的特点,提出一种基于ASTM标准的沥青路表横向离析的评价方法,以此来评价沥青路表的横向离析情况。

1 横向离析检测道的划分

对于纵向离析,文献[13-15]借鉴ASTM标准将被检测路段划分为数个均等的纵向检测道,得到了纵向区域的离析状况,如图1所示。但对于如图2所示的横向离析情况该法不能作出评价。因此,对于如图2所示的横向离析,本研究首先将被检测区划分为数个均等的横向短检测道,然后对各检测道构造深度进行对比分析,以此表征出横向区域的离析状况,如图3所示。

图1 路面纵向检测道划分

图2 路面横向离析

图3 路面横向检测道划分

2 构造深度采集装置及原理

LS-40路表纹理分析仪通过高分辨率照相机捕捉由自身照射到目标表面或物体上的激光束来完成数据的采集,构造深度值精度可达到0.01 mm,包含2 448×2 048个构造深度数据,数据处理符合ASTM标准E1845和E965,见图4。

图4 LS-40路表纹理分析仪

扫描后可计算得到路表的平均断面构造深度(MPD)和计算构造深度(ETD)。MPD为单位断面构造深度(MSD)在单位扫描区域的均值,MSD具体计算方法如式(1)和图5所示。ETD为MPD经过相关方程转化而得[16-17]。当用MPD来计算ETD时,将平均构造深度(MTD)称为ETD。

图5 MSD计算方法

MSD=[(Max1-Mean)+(Max2-Mean)]/2=

(Max1+Max2)/2-Mean

(1)

式中:Max1、Max2分别为横断面构造深度曲线第一分段、第二分段的最大高程;Mean为横断面构造深度曲线均值。

3 横向离析评价方法

ASTM标准[18-20]是由美国材料与试验协会所制定,该标准的比对分析法常被引入到沥青路面的离析评定中。由于路面横向尺寸远小于路面的纵向长度,即横向检测道检测点远少于纵向检测道的检测点,过少的横向检测道样本将使检测道内与方差有关的参数失去统计意义。所以,本文提出的横向离析区域评价方法的主要指标为横向检测道间数据一致性统计量h。h值越大,表明该检测道相对其他检测道表现出的偏差越大;反之,越小;当h超过hcrit时,认为该横向检测道横向离析不符合要求,h、hcrit的计算见式(2)～式(5)。

(2)

(3)

式中:Sxave为检测道间构造深度的标准偏差。

h=d/Sxave

(4)

式中:h为检测道间数据一致性统计量。

(5)

式中:hcrit为h临界值;t由t分布(学氏分布)表可知。

4 应用研究实例

表1 各检测道构造深度平均值单位：mm

图6 现场检测及方案

结合式(2),得到各检测道间构造深度的偏差d;结合式(3),计算得到检测道间构造深度的标准偏差Sxave为0.032,再结合式(4)和式(5),计算得到h及hcrit。所测区域横向离析评价主要参数的统计情况见表2和图7。

表2 路面构造深度参数

图7 h值统计

由图7可知:检测道4、5、10、12和15路面集料均匀性很好,不存在路面离析现象;检测道8的h值超过临界值hcrit,表明横向离析严重,不符合ASTM标准要求,造成的原因可能为检测道8位于摊铺机收斗时的位置,料斗收合时粗集料容易聚集,导致该处沥青混合料出现横向离析。

5 结束语

在借鉴纵向离析评价法的基础上,提出了一种基于ASTM标准的沥青路表横向离析的评价方法。鉴于路面横向尺寸远小于路面的纵向长度,即横向检测道检测点远少于纵向检测道的检测点,因此,在进行横向离析评价时,仅采用横向检测道间数据一致性统计量h即可。结合应用实例,利用LS-40路表纹理分析仪采集试验路段检测点的构造深度,通过ASTM标准做对比分析,得出检测道8的h值超过了临界值hcrit,表明该检测道横向离析严重。

通过引入ASTM标准中的比对分析法来评价被检路段的横向离析状况,弥补了当前研究仅考虑纵向离析而未考虑横向离析的不足,该法具有较为客观、高效和操作便捷的特点,能为今后研究提供借鉴参考。