肖 航, 何繼坤, 曹 丹

(成都紡織高等?？茖W(xué)校智能建造與環(huán)境工程學(xué)院,四川成都 611731)

0 引言

瀝青混合料的離析是指粗細(xì)集料和瀝青在某一區(qū)域出現(xiàn)不均勻或偏離了原有設(shè)計(jì)[1]。瀝青路面出現(xiàn)離析后會(huì)加快其早期病害的形成,縮短56%～73%的設(shè)計(jì)壽命[2-4],而我國(guó)現(xiàn)有規(guī)范中的瀝青路面離析檢驗(yàn)存在隨機(jī)性強(qiáng)和受人為因素影響較大的缺陷,因此尋找便捷、客觀、準(zhǔn)確的無損檢測(cè)方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有著重要意義[5]。其中,最為典型的就是利用數(shù)字圖像處理技術(shù)提取路表紋理的分布形態(tài)來評(píng)價(jià)離析情況,宋永朝、黃志福和Zhang K等[6-8]采用該方法進(jìn)行了路表離析評(píng)價(jià),但該方法在確定特征圖像二值化閾值時(shí),存在主觀性較強(qiáng)的問題,易造成較大誤差。隨著激光紋理儀的出現(xiàn),獲取數(shù)字化的路表信息并計(jì)算路表構(gòu)造深度變得更為簡(jiǎn)單高效,美國(guó)交通研究委員會(huì)(TRB)的“熱拌瀝青混合料路面的離析”[3]和國(guó)內(nèi)包秀寧等[9-10]采用激光紋理儀采集構(gòu)造深度值,并以離析處的構(gòu)造深度與標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造深度的比值作為評(píng)價(jià)離析的標(biāo)準(zhǔn),雖然該法同鋪沙法的相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.89～0.94[11-12],但標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造深度的確定與離析等級(jí)的評(píng)價(jià)方法不具有統(tǒng)一性。實(shí)際工程中,瀝青路面的離析既有由于攤鋪機(jī)撥料器設(shè)置不當(dāng)?shù)仍斐傻目v向離析,也有攤鋪機(jī)收斗處和接縫處出現(xiàn)的橫向離析,文獻(xiàn)[13-15]借鑒ASTM標(biāo)準(zhǔn)對(duì)瀝青路表的縱向離析進(jìn)行了評(píng)價(jià),而該法不能表征出橫向區(qū)域的離析狀況。據(jù)此,本文從瀝青路表構(gòu)造深度的均勻性出發(fā),在借鑒縱向離析評(píng)價(jià)法的基礎(chǔ)上,結(jié)合道路橫斷面有定寬、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)有限的特點(diǎn),提出一種基于ASTM標(biāo)準(zhǔn)的瀝青路表橫向離析的評(píng)價(jià)方法,以此來評(píng)價(jià)瀝青路表的橫向離析情況。

1 橫向離析檢測(cè)道的劃分

對(duì)于縱向離析,文獻(xiàn)[13-15]借鑒ASTM標(biāo)準(zhǔn)將被檢測(cè)路段劃分為數(shù)個(gè)均等的縱向檢測(cè)道,得到了縱向區(qū)域的離析狀況,如圖1所示。但對(duì)于如圖2所示的橫向離析情況該法不能作出評(píng)價(jià)。因此,對(duì)于如圖2所示的橫向離析,本研究首先將被檢測(cè)區(qū)劃分為數(shù)個(gè)均等的橫向短檢測(cè)道,然后對(duì)各檢測(cè)道構(gòu)造深度進(jìn)行對(duì)比分析,以此表征出橫向區(qū)域的離析狀況,如圖3所示。

圖1 路面縱向檢測(cè)道劃分

圖2 路面橫向離析

圖3 路面橫向檢測(cè)道劃分

2 構(gòu)造深度采集裝置及原理

LS-40路表紋理分析儀通過高分辨率照相機(jī)捕捉由自身照射到目標(biāo)表面或物體上的激光束來完成數(shù)據(jù)的采集,構(gòu)造深度值精度可達(dá)到0.01 mm,包含2 448×2 048個(gè)構(gòu)造深度數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)E1845和E965,見圖4。

圖4 LS-40路表紋理分析儀

掃描后可計(jì)算得到路表的平均斷面構(gòu)造深度(MPD)和計(jì)算構(gòu)造深度(ETD)。MPD為單位斷面構(gòu)造深度(MSD)在單位掃描區(qū)域的均值,MSD具體計(jì)算方法如式(1)和圖5所示。ETD為MPD經(jīng)過相關(guān)方程轉(zhuǎn)化而得[16-17]。當(dāng)用MPD來計(jì)算ETD時(shí),將平均構(gòu)造深度(MTD)稱為ETD。

圖5 MSD計(jì)算方法

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

(Max1+Max2)/2-Mean

(1)

式中:Max1、Max2分別為橫斷面構(gòu)造深度曲線第一分段、第二分段的最大高程;Mean為橫斷面構(gòu)造深度曲線均值。

3 橫向離析評(píng)價(jià)方法

ASTM標(biāo)準(zhǔn)[18-20]是由美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)所制定,該標(biāo)準(zhǔn)的比對(duì)分析法常被引入到瀝青路面的離析評(píng)定中。由于路面橫向尺寸遠(yuǎn)小于路面的縱向長(zhǎng)度,即橫向檢測(cè)道檢測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)少于縱向檢測(cè)道的檢測(cè)點(diǎn),過少的橫向檢測(cè)道樣本將使檢測(cè)道內(nèi)與方差有關(guān)的參數(shù)失去統(tǒng)計(jì)意義。所以,本文提出的橫向離析區(qū)域評(píng)價(jià)方法的主要指標(biāo)為橫向檢測(cè)道間數(shù)據(jù)一致性統(tǒng)計(jì)量h。h值越大,表明該檢測(cè)道相對(duì)其他檢測(cè)道表現(xiàn)出的偏差越大;反之,越小;當(dāng)h超過hcrit時(shí),認(rèn)為該橫向檢測(cè)道橫向離析不符合要求,h、hcrit的計(jì)算見式(2)～式(5)。

(2)

(3)

式中:Sxave為檢測(cè)道間構(gòu)造深度的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

h=d/Sxave

(4)

式中:h為檢測(cè)道間數(shù)據(jù)一致性統(tǒng)計(jì)量。

(5)

式中:hcrit為h臨界值;t由t分布(學(xué)氏分布)表可知。

4 應(yīng)用研究實(shí)例

表1 各檢測(cè)道構(gòu)造深度平均值單位：mm

圖6 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及方案

結(jié)合式(2),得到各檢測(cè)道間構(gòu)造深度的偏差d;結(jié)合式(3),計(jì)算得到檢測(cè)道間構(gòu)造深度的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sxave為0.032,再結(jié)合式(4)和式(5),計(jì)算得到h及hcrit。所測(cè)區(qū)域橫向離析評(píng)價(jià)主要參數(shù)的統(tǒng)計(jì)情況見表2和圖7。

表2 路面構(gòu)造深度參數(shù)

圖7 h值統(tǒng)計(jì)

由圖7可知:檢測(cè)道4、5、10、12和15路面集料均勻性很好,不存在路面離析現(xiàn)象;檢測(cè)道8的h值超過臨界值hcrit,表明橫向離析嚴(yán)重,不符合ASTM標(biāo)準(zhǔn)要求,造成的原因可能為檢測(cè)道8位于攤鋪機(jī)收斗時(shí)的位置,料斗收合時(shí)粗集料容易聚集,導(dǎo)致該處瀝青混合料出現(xiàn)橫向離析。

5 結(jié)束語

在借鑒縱向離析評(píng)價(jià)法的基礎(chǔ)上,提出了一種基于ASTM標(biāo)準(zhǔn)的瀝青路表橫向離析的評(píng)價(jià)方法。鑒于路面橫向尺寸遠(yuǎn)小于路面的縱向長(zhǎng)度,即橫向檢測(cè)道檢測(cè)點(diǎn)遠(yuǎn)少于縱向檢測(cè)道的檢測(cè)點(diǎn),因此,在進(jìn)行橫向離析評(píng)價(jià)時(shí),僅采用橫向檢測(cè)道間數(shù)據(jù)一致性統(tǒng)計(jì)量h即可。結(jié)合應(yīng)用實(shí)例,利用LS-40路表紋理分析儀采集試驗(yàn)路段檢測(cè)點(diǎn)的構(gòu)造深度,通過ASTM標(biāo)準(zhǔn)做對(duì)比分析,得出檢測(cè)道8的h值超過了臨界值hcrit,表明該檢測(cè)道橫向離析嚴(yán)重。

通過引入ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的比對(duì)分析法來評(píng)價(jià)被檢路段的橫向離析狀況,彌補(bǔ)了當(dāng)前研究?jī)H考慮縱向離析而未考慮橫向離析的不足,該法具有較為客觀、高效和操作便捷的特點(diǎn),能為今后研究提供借鑒參考。