透層用材料主要性能指標(biāo)對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)階段我國瀝青路面施工現(xiàn)場主要通過噴灑透層材料對基層表面的空隙進(jìn)行封堵，同時提供抵抗車輛荷載水平剪切作用產(chǎn)生的剪切滑移作用。長期以來，針對層間抗滑移能力的分析研究以抗剪試驗為主，其中實驗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)系的基點出發(fā)，基于對透層材料自身性能的選擇而層間抗剪強(qiáng)度也作為一項重要指標(biāo)廣泛用于對透層應(yīng)用效果的評價之中。

2 透層材料基本性能測定

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用原材料，其中乳化瀝青為成品瀝青，煤油稀釋瀝青為實驗室按體積比例經(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，，各項基本性能指標(biāo)均滿足規(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)測定

透層作為連接基層與面層間的關(guān)鍵功能層，必須滿足以下幾點功能要求: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，筆者通過試驗探索對幾項關(guān)鍵性能提出了相應(yīng)的評價方法及評價指標(biāo)，并在試驗中對四種不同透層材料的各項指標(biāo)進(jìn)行了測定，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層間抗滑移效果是有利的，因此，為確保層間處于最危險受力狀態(tài)，采用豎向直剪模式更具說服力。

圖2 不同透層材料的流動系數(shù)對比圖

圖3 不同透層材料平板抗拉拔強(qiáng)度對比圖

(2)層間位置作用力較為復(fù)雜，既有層間摩擦，同時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)拉拔試驗明顯與層間實際受力狀態(tài)相距甚遠(yuǎn)。

(4)可為后期實現(xiàn)層間疲勞剪切的研究工作打下基礎(chǔ)。

5 抗剪試驗結(jié)果分析

綜上分析，筆者在研究中采用豎向直剪試驗手段對不同透層材料自身抗剪能力展開對比分析，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)不同灑布量對透層材料抗剪效果的影響分析

由圖4的試驗圖示分析可見:透層灑布油量對基層與面層間透層的抗直剪能力影響很大，關(guān)系趨勢線基本呈現(xiàn)顯著的二次曲線走勢，驗證前期研究中最佳灑布油量的存在;不同透層油量相對應(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的整體趨勢分析可知，不同的透層材料抗剪強(qiáng)度對灑布量的敏感度不同，煤油稀釋類瀝青的敏感性普遍低于乳化類瀝青的敏感度，表明在進(jìn)行乳化瀝青施工時對油量控制需提供更嚴(yán)格的工藝要求。

(2)不同透層材料對最大抗剪強(qiáng)度的對比分析

表4 不同透層材料的最大抗剪強(qiáng)度對比

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 流動特性指標(biāo)對透層抗剪效果影響

6 透層材料關(guān)鍵性能指標(biāo)對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特性均與其抗直剪特性間存在較好的相關(guān)性。從試驗結(jié)果中也可以看到，乳化瀝青類透層盡管在滲透能力上弱于煤油稀釋瀝青，但試驗過程中發(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較弱，其表面油膜完整。由此可見，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)試驗中得出流動性越好，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 流動特性指標(biāo)對透層抗剪效果影響

圖6 流動特性指標(biāo)對透層抗剪效果影響

圖7 抗拉拔強(qiáng)度對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，其對基面層間提供抗滑移的效果越為明顯。

表6列出本文對四種材料關(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性能與其抗直剪效果間相關(guān)性較好，且隨著其流動性能的不斷增強(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)透層材料各項關(guān)鍵指標(biāo)對其抗剪效果的影響較為顯著，建議通過對抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的控制對透層磁療各項性能指標(biāo)進(jìn)行控制，為完善透層應(yīng)用評價體系提供基礎(chǔ)。