浅谈沥青路面钻芯马歇尔试验
摘要：通过沥青路面芯样做马歇尔试验，能较客观真实地反映路面的质量状况，从而正确地评价沥青路面的品质。
关键词：沥青路面；芯样；马歇尔试验
Abstract: Through the asphalt pavement core samples Marshall test, it can objectively reflect the quality situation of surface, and correct evaluation of quality of the asphalt pavement.
Key Words: Asphalt pavement; Core samples; Marshall test
沥青路面是我国公路路面的主要类型。近年来，合肥市政道路，几乎是清一色沥青路面。
那么如何评价已建成的沥青路面质量呢？
我国现行的方法，是通过检测室内马歇尔试验得到稳定度、流值、密度与现场的密度比较，来评价路面的压实效果与质量。室内马歇尔试验是依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004），按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0702-2011条操作步骤，在拌和场取样击实成型做马歇尔试验的方法。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。根据试验结果，室内成型试件密度的大小，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。当室内试验击实次数越多，击实功越大，试件越容易被压密。如击实功按试验规程规定的标准击实功击实，而实际施工中的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，尤其是现在大吨位的压路机被应用于施工中，加上娴熟的施工工艺，路面压实功远远大于室内击实功；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。而实际施工中，碾压温度也很难和室内试验温度取得一致，尤其像市政井口，拐角等很多地方摊铺需人工填补，会很大程度影响压实温度。压实功和压实温度与室内击实功和击实温度不能做到相一致。
另外容易分析，影响沥青路面质量的因素主要有原材料质量、混合料配合比等。如果采用拌和场取样在室内击实成型的试件代表路面真实情况进行检验，必须使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。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。
从以上原因不难看出，用拌和场取样室内击实成型试件所获取的马歇尔稳定度、流值、密度等指标，马氏压实度经常出现“超百”现象。理论压实度和孔隙率指标很容易合格，很难真实地代表现场沥青路面的质量情况。
沥青路面钻芯马歇尔试验，即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，直接取芯检测，更能代表沥青路面的真实质量情况。
利用现场芯样取代拌和场击实成型试件做马歇尔试验不仅有其必要性还有它的可行性。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0710-2011规定了沥青路面钻芯马歇尔试验方法，虽然条文说明指出：“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。”但我们完全有可能消除这种误差。
条文说明种指出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，首先，我们改造现有压头，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。
其次，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。
再次，利用不同混合料100mm和150mm试件与101．6mm和152．4mm试件马歇尔试验结果的换算，得出相关系数，评价路面质量也是可行的。
这里提出几点建议：第一，现场取芯的芯样一定要有代表性，市政道路施工中，“边角、拐角”的地方应有代表试样。第二，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。第三，建议在标准配合比马歇尔稳定度的基础上规定路面钻芯马歇尔稳定度下置信限值。第四，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。第六，建议提高各级沥青路面的压实标准，如二级路可提高至96％，高、一级公路可提高至98％。
总之，用钻芯取样的方法对工程实体进行马歇尔试验能够准确、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。
参考文献：
《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011
《公路工程质量检验评定标准》（土建工程）（JTG F80/1-2004）
浅谈沥青路面钻芯马歇尔试验
摘要：通过沥青路面芯样做马歇尔试验，能较客观真实地反映路面的质量状况，从而正确地评价沥青路面的品质。
关键词：沥青路面；芯样；马歇尔试验
Abstract: Through the asphalt pavement core samples Marshall test, it can objectively reflect the quality situation of surface, and correct evaluation of quality of the asphalt pavement.
Key Words: Asphalt pavement; Core samples; Marshall test
沥青路面是我国公路路面的主要类型。近年来，合肥市政道路，几乎是清一色沥青路面。
那么如何评价已建成的沥青路面质量呢？
我国现行的方法，是通过检测室内马歇尔试验得到稳定度、流值、密度与现场的密度比较，来评价路面的压实效果与质量。室内马歇尔试验是依据《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004），按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20-2011)中T0702-2011条操作步骤，在拌和场取样击实成型做马歇尔试验的方法。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。根据试验结果，室内成型试件密度的大小，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。当室内试验击实次数越多，击实功越大，试件越容易被压密。如击实功按试验规程规定的标准击实功击实，而实际施工中的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，尤其是现在大吨位的压路机被应用于施工中，加上娴熟的施工工艺，路面压实功远远大于室内击实功；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。而实际施工中，碾压温度也很难和室内试验温度取得一致，尤其像市政井口，拐角等很多地方摊铺需人工填补，会很大程度影响压实温度。压实功和压实温度与室内击实功和击实温度不能做到相一致。
另外容易分析，影响沥青路面质量的因素主要有原材料质量、混合料配合比等。如果采用拌和场取样在室内击实成型的试件代表路面真实情况进行检验，必须使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。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。
从以上原因不难看出，用拌和场取样室内击实成型试件所获取的马歇尔稳定度、流值、密度等指标，马氏压实度经常出现“超百”现象。理论压实度和孔隙率指标很容易合格，很难真实地代表现场沥青路面的质量情况。
沥青路面钻芯马歇尔试验，即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，直接取芯检测，更能代表沥青路面的真实质量情况。
利用现场芯样取代拌和场击实成型试件做马歇尔试验不仅有其必要性还有它的可行性。《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中T0710-2011规定了沥青路面钻芯马歇尔试验方法，虽然条文说明指出：“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。”但我们完全有可能消除这种误差。
条文说明种指出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，首先，我们改造现有压头，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。
其次，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。
再次，利用不同混合料100mm和150mm试件与101．6mm和152．4mm试件马歇尔试验结果的换算，得出相关系数，评价路面质量也是可行的。
这里提出几点建议：第一，现场取芯的芯样一定要有代表性，市政道路施工中，“边角、拐角”的地方应有代表试样。第二，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。第三，建议在标准配合比马歇尔稳定度的基础上规定路面钻芯马歇尔稳定度下置信限值。第四，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。第六，建议提高各级沥青路面的压实标准，如二级路可提高至96％，高、一级公路可提高至98％。
总之，用钻芯取样的方法对工程实体进行马歇尔试验能够准确、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。
参考文献：
《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011
《公路工程质量检验评定标准》（土建工程）（JTG F80/1-2004）