復(fù)合道路層間性能影響因素探討研究

代一瀾 呂書昌 邵 強(qiáng)

（1.眉山市東坡區(qū)公路養(yǎng)護(hù)中心，四川 眉山 620000；2.眉山岷東開發(fā)投資有限公司，四川 眉山 620000）

0 引言

目前，我國(guó)交通量逐年遞增，公路網(wǎng)也不斷擴(kuò)建升級(jí)，復(fù)合道路憑借其對(duì)原道路利用率高、行車安全、舒適、噪聲小等良好的路用性能在我國(guó)舊路改造工程中得到廣泛應(yīng)用[1]。 新舊路面的結(jié)合部位是復(fù)合道路的薄弱部分，層間接觸不良導(dǎo)致復(fù)合道路在短期內(nèi)出現(xiàn)車轍、滑移等各種病害的情況十分普遍[2-4]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者為解決復(fù)合道路層間粘結(jié)問(wèn)題進(jìn)行了大量模擬和實(shí)體試驗(yàn)研究。國(guó)外學(xué)者從粘結(jié)層影響因子的角度研究，發(fā)現(xiàn)粘結(jié)材料質(zhì)量、加鋪層結(jié)構(gòu)與層間粘結(jié)有很大關(guān)聯(lián)[6]；國(guó)內(nèi)學(xué)者從粘結(jié)層對(duì)復(fù)合道路路用性能影響的角度研究，發(fā)現(xiàn)層間粘結(jié)與反射裂縫有直接關(guān)系，層間接觸條件惡化是導(dǎo)致復(fù)合路面破壞的重要原因。 保持良好的層間接觸狀態(tài)，可以減少路面的維修費(fèi)用，提高路面的服務(wù)壽命[6-7]，可見(jiàn)加強(qiáng)層間粘結(jié)是提高復(fù)合道路性能和使用壽命的關(guān)鍵[8]。因此有必要對(duì)復(fù)合道路層間粘結(jié)性能進(jìn)行研究。

1 粘結(jié)層作用原理

“白+黑”復(fù)合路面結(jié)構(gòu)自上至下分別為瀝青層、粘結(jié)層和水泥層， 粘結(jié)層是指瀝青加鋪層和水泥面層之間撒布的粘結(jié)材料， 如乳化瀝青、SBS 改性瀝青等，主要起膠結(jié)作用。 粘結(jié)層使復(fù)合道路各層面粘結(jié)成一個(gè)整體，防止“白加黑”路面結(jié)構(gòu)發(fā)生劃移或分層現(xiàn)象[9]。

粘結(jié)層的粘結(jié)力來(lái)源于界面材料之間的物理作用、化學(xué)作用和機(jī)械作用。 物理作用是指分子間的作用力，它們廣泛存在于粘結(jié)作用中。 而化學(xué)作用是指粘結(jié)材料與瀝青面層和水泥面層產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，以形成牢固化學(xué)鍵的方式改善各層顆粒極性達(dá)到增加層間相互粘結(jié)的目的[10]。 機(jī)械作用來(lái)源于兩個(gè)方面：一是瀝青面層和水泥面層表面存在大量細(xì)小的孔隙，粘結(jié)材料分子由于擴(kuò)散、 滲透作用進(jìn)入各面層內(nèi)部，組成致密結(jié)構(gòu)、形成機(jī)械力。 二是水泥面層由于表面非常粗糙與瀝青加鋪層形成的機(jī)械咬合力。

2 “白+ 黑”復(fù)合路面粘結(jié)層受力狀況

復(fù)合道路粘結(jié)層受力情況與道路線形、 車速、輪跡及溫度等因素緊密相關(guān)，不同因素組合時(shí)層間受力也會(huì)發(fā)生一定變化。粘結(jié)層所受荷載為車輛豎向荷載和輪胎摩擦力的合力， 荷載方向與所受合力方向相同，作用范圍主要集中于輪跡線附近。 粘結(jié)層作為復(fù)合面層的主要受力“媒介”，在復(fù)合道路設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)充分考慮受力情況，選擇相應(yīng)手段避免復(fù)合道路在短期內(nèi)出現(xiàn)車轍、坑槽、裂縫、滑移等各種病害。

3 層間粘結(jié)性能的影響因素分析

3.1 粘結(jié)層材料影響分析

粘結(jié)層材料主要為 “白+黑” 復(fù)合路面提供膠結(jié)力，還起著保持基層含水量穩(wěn)定和隔絕外界氣候影響的作用[11-12]。工程中常采用SBS 改性瀝青、乳化瀝青及普通瀝青等。 粘結(jié)材料的強(qiáng)度常用抗剪指標(biāo)來(lái)衡量，據(jù)相關(guān)研究成果表明， 在最優(yōu)撒布量情況下，SBS 改性瀝青抗剪性能優(yōu)于乳化瀝青及普通瀝青，且表現(xiàn)出良好防水性能及耐久性能[13-14]。 在工程應(yīng)用中粘結(jié)材料的選擇受粘結(jié)強(qiáng)度、 施工工藝及成本等多因素制約。 SBS 改性瀝青具有良好的粘度強(qiáng)度、耐高低溫性能和防水性能，但施工工藝復(fù)雜，造價(jià)偏高；乳化瀝青具有良好的流動(dòng)性和防滲透能力，施工簡(jiǎn)便，可常溫下進(jìn)行噴灑、攤鋪。 普通瀝青性能不及SBS 改性瀝青和改性乳化瀝青，但具有良好的經(jīng)濟(jì)性。綜上，在工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)道路所處位置受力情況，合理選用粘結(jié)材料種類。

3.2 界面接觸條件的影響分析

據(jù)“白+黑”結(jié)構(gòu)路面進(jìn)行剪切試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，層間界面接觸條件可直接影響層間的機(jī)械作用效果[16]。 在層間粘結(jié)效果角度分析，假定層間粘結(jié)材料強(qiáng)度為一定值， 理論上單方面增大水泥層與瀝青層接觸面積，層間粘結(jié)力隨之增大[17-18]。 故水泥層表面常被處理出一定構(gòu)造深度的紋理，以增強(qiáng)層間粘結(jié)效果。 在層間機(jī)械咬合效果角度分析，一方面增加水泥面板的構(gòu)造紋理， 另一方面還要選擇與之相匹配的瀝青級(jí)配類型，更大程度地發(fā)揮集料顆粒本身強(qiáng)度，增加鋪層間機(jī)械咬合效果。 因此，工程中應(yīng)結(jié)合水泥層構(gòu)造選擇相匹配瀝青級(jí)配類型，增加復(fù)合路面結(jié)構(gòu)的綜合性能。

3.3 水泥層強(qiáng)度影響分析

“白+黑”復(fù)合路面水泥層質(zhì)量狀況受荷載及外界氣候因素共同影響，隨著受荷載、溫度等因素作用時(shí)間的增長(zhǎng)，水泥層強(qiáng)度呈衰減趨勢(shì)。 水泥板糙化處理過(guò)程中會(huì)引起水泥板結(jié)構(gòu)破壞， 產(chǎn)生大量微小裂紋，造成界面強(qiáng)度降低，易致使水泥板面成為復(fù)合道路的薄弱點(diǎn)[20]；若水泥板本身強(qiáng)度不足或強(qiáng)度已衰減到一定限值后，經(jīng)過(guò)糙化處理中，水泥界面結(jié)構(gòu)破壞更加嚴(yán)重，便成為影響層間粘結(jié)效果的主要影響因素。 因此，工程應(yīng)用中不能盲目采用水泥面板加鋪瀝青面層的方式，需要對(duì)水泥面板進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的評(píng)估，對(duì)破損嚴(yán)重的部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)后，方可獲得良好的層間粘結(jié)效果。

4 總結(jié)

結(jié)合上述分析，保持良好的層間粘結(jié)是保證復(fù)合道路路面使用和耐久的關(guān)鍵[20]。 針對(duì)各種影響因素，總結(jié)如下：

在工程應(yīng)用中，應(yīng)首先對(duì)道路線形、水泥板現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，建議按輪跡分布，選擇粘結(jié)材料、構(gòu)造紋理及級(jí)配類型，以發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益。