透層用材料主要性能指標(biāo)對(duì)抗剪效果的影響研究

吳士祥

(黑龍江省公路工程監(jiān)理咨詢(xún)公司)

1 前言

基層與面層間抗滑移能力的強(qiáng)弱直接影響路面結(jié)構(gòu)整體受力效果。現(xiàn)階段我國(guó)瀝青路面施工現(xiàn)場(chǎng)主要通過(guò)噴灑透層材料對(duì)基層表面的空隙進(jìn)行封堵，同時(shí)提供抵抗車(chē)輛荷載水平剪切作用產(chǎn)生的剪切滑移作用。長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)層間抗滑移能力的分析研究以抗剪試驗(yàn)為主，其中實(shí)驗(yàn)條件的相互差異性導(dǎo)致現(xiàn)有研究成果間并不具備很好的橫向可比性，尤其在直剪和斜剪作用模式的選擇存在較大分歧。鑒于這一現(xiàn)狀，筆者從建立透層材料自身性能與其抗剪效果間影響關(guān)系的基點(diǎn)出發(fā)，基于對(duì)透層材料自身性能的選擇而層間抗剪強(qiáng)度也作為一項(xiàng)重要指標(biāo)廣泛用于對(duì)透層應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)之中。

2 透層材料基本性能測(cè)定

本文選用兩種不同稀釋比例的煤油稀釋瀝青、Ⅰ型乳化瀝青及A型稀釋乳化瀝青等四種透層材料作為試驗(yàn)用原材料，其中乳化瀝青為成品瀝青，煤油稀釋瀝青為實(shí)驗(yàn)室按體積比例經(jīng)高速攪拌設(shè)備精確配置，其中原材料瀝青應(yīng)用遼河90#瀝青，，各項(xiàng)基本性能指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，如表1所示。

表1 配置稀釋瀝青用瀝青原材料性質(zhì)

表2 乳化瀝青基本性能指標(biāo)

3 透層材料關(guān)鍵性能指標(biāo)測(cè)定

透層作為連接基層與面層間的關(guān)鍵功能層，必須滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)功能要求:具備較強(qiáng)的粘結(jié)能力、具備較強(qiáng)的表面滲透能力、具備較強(qiáng)的表面擴(kuò)散成膜能力、具備較強(qiáng)的防滲水能力。因此，筆者通過(guò)試驗(yàn)探索對(duì)幾項(xiàng)關(guān)鍵性能提出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)方法及評(píng)價(jià)指標(biāo)，并在試驗(yàn)中對(duì)四種不同透層材料的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，下圖1、圖2、圖3分別表征了四種不同透層材料的滲透系數(shù)、流動(dòng)系數(shù)及平板抗拉拔強(qiáng)度指標(biāo)的基本情況。

圖1 不同透層材料的滲透速率對(duì)比圖

4 豎向直剪作用模式分析

(1)大量前期研究表明正壓力作用下對(duì)層間抗滑移效果是有利的，因此，為確保層間處于最危險(xiǎn)受力狀態(tài)，采用豎向直剪模式更具說(shuō)服力。

圖2 不同透層材料的流動(dòng)系數(shù)對(duì)比圖

圖3 不同透層材料平板抗拉拔強(qiáng)度對(duì)比圖

(2)層間位置作用力較為復(fù)雜，既有層間摩擦，同時(shí)又包含層間透層粘結(jié)作用，而本文中的研究試圖將二者分開(kāi)考慮，在豎向直剪模式下即可單一考慮透層材料灑布在層間產(chǎn)生的粘結(jié)作用效果。

(3)傳統(tǒng)拉拔試驗(yàn)明顯與層間實(shí)際受力狀態(tài)相距甚遠(yuǎn)。

(4)可為后期實(shí)現(xiàn)層間疲勞剪切的研究工作打下基礎(chǔ)。

5 抗剪試驗(yàn)結(jié)果分析

綜上分析，筆者在研究中采用豎向直剪試驗(yàn)手段對(duì)不同透層材料自身抗剪能力展開(kāi)對(duì)比分析，表3列出不同透層材料在不同透層灑布油量下的抗直剪強(qiáng)度數(shù)據(jù)。

表3 不同透層材料抗剪強(qiáng)度

(1)不同灑布量對(duì)透層材料抗剪效果的影響分析

由圖4的試驗(yàn)圖示分析可見(jiàn):透層灑布油量對(duì)基層與面層間透層的抗直剪能力影響很大，關(guān)系趨勢(shì)線(xiàn)基本呈現(xiàn)顯著的二次曲線(xiàn)走勢(shì)，驗(yàn)證前期研究中最佳灑布油量的存在;不同透層油量相對(duì)應(yīng)的最佳灑布油量有差異，但總體在1.0～1.2 L/m2之間變化;從最大極差比較情況及二次線(xiàn)的整體趨勢(shì)分析可知，不同的透層材料抗剪強(qiáng)度對(duì)灑布量的敏感度不同，煤油稀釋類(lèi)瀝青的敏感性普遍低于乳化類(lèi)瀝青的敏感度，表明在進(jìn)行乳化瀝青施工時(shí)對(duì)油量控制需提供更嚴(yán)格的工藝要求。

(2)不同透層材料對(duì)最大抗剪強(qiáng)度的對(duì)比分析

表4 不同透層材料的最大抗剪強(qiáng)度對(duì)比

從圖4分析可知，四種不同透層材料的最大抗剪強(qiáng)度差距很大，乳化瀝青類(lèi)透層與煤油稀釋瀝青相比，其抗豎向剪切能力是后者的近2.5～3倍，而稀釋乳化瀝青由于加入部分稀釋試劑，導(dǎo)致其抗剪切能力的小幅降低。

圖4 流動(dòng)特性指標(biāo)對(duì)透層抗剪效果影響

6 透層材料關(guān)鍵性能指標(biāo)對(duì)其抗剪效果的影響分析

表5 透層材料關(guān)鍵性能指標(biāo)與滲透效果評(píng)定匯總表

從圖5、圖6分析可以看出，透層材料的滲透特性及流動(dòng)特性均與其抗直剪特性間存在較好的相關(guān)性。從試驗(yàn)結(jié)果中也可以看到，乳化瀝青類(lèi)透層盡管在滲透能力上弱于煤油稀釋瀝青，但試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，煤油稀釋瀝青在基層表面由于部分滲入基層，很難形成完整油膜，而乳化瀝青由于滲入作用相對(duì)較弱，其表面油膜完整。由此可見(jiàn)，透層的滲入量與表面的殘留量之間關(guān)系微妙，傳統(tǒng)認(rèn)為油膜越厚相應(yīng)抗剪能力越差的論斷仍存在很大討論余地。為此，在本節(jié)試驗(yàn)中得出流動(dòng)性越好，抗滑移能力越差的結(jié)論同樣有待于后期研究的深入探討。

圖5 流動(dòng)特性指標(biāo)對(duì)透層抗剪效果影響

圖6 流動(dòng)特性指標(biāo)對(duì)透層抗剪效果影響

圖7 抗拉拔強(qiáng)度對(duì)透層抗剪效果的影響

此外，從圖7中可以看出透層材料自身拉拔強(qiáng)度與其抗剪切效果間存在良好的線(xiàn)性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R2=0.984，且透層拉拔強(qiáng)度越大，其對(duì)基面層間提供抗滑移的效果越為明顯。

表6列出本文對(duì)四種材料關(guān)鍵指標(biāo)與抗剪強(qiáng)度指標(biāo)間的回歸函數(shù)關(guān)系:

表6 關(guān)鍵指標(biāo)與抗直剪強(qiáng)度間回歸函數(shù)

7 結(jié)論

(1)透層材料自身滲透性能及流動(dòng)性能與其抗直剪效果間相關(guān)性較好，且隨著其流動(dòng)性能的不斷增強(qiáng)，其抗滑移能力隨之有所衰減。

(2)透層材料平板拉拔強(qiáng)度指標(biāo)與其抗直剪強(qiáng)度間相關(guān)性良好，表明在豎向直剪作用模式下可完全消除層間磨阻力因素的影響。

(3)透層材料各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)其抗剪效果的影響較為顯著，建議通過(guò)對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的控制對(duì)透層磁療各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行控制，為完善透層應(yīng)用評(píng)價(jià)體系提供基礎(chǔ)。