農(nóng)村公路水泥板塊“白改黑”界面材料性能研究

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隨著“四好農(nóng)村路”建設(shè)邁向高質(zhì)量發(fā)展階段，現(xiàn)有的水泥混凝土路面已不能滿足交通發(fā)展的需求。目前，農(nóng)村公路中有一大部分的水泥路面已開展了“白改黑”工程，提檔升級(jí)為瀝青混凝土路面。但通車一兩年后，路面就會(huì)出現(xiàn)大量的反射裂縫，為了降低提檔升級(jí)農(nóng)村公路反射裂縫病害的發(fā)生率，避免施工過程中盲目、隨意選擇“白改黑”界面材料，延長(zhǎng)道路使用壽命，本文對(duì)農(nóng)村公路“白改黑”工程白黑界面材料的性能進(jìn)行了研究。

一、白黑界面材料粘結(jié)性能研究

由于界面材料所處的位置特殊、所經(jīng)受的環(huán)境條件復(fù)雜，因而對(duì)其性能要求比一般路面工程材料更高。如界面材料在低溫下不會(huì)因收縮發(fā)生斷裂，在高溫下不會(huì)因車輛制動(dòng)發(fā)生剪切破壞，在瀝青面層和水泥混凝土板塊產(chǎn)生輕微裂縫時(shí)，對(duì)裂縫的發(fā)展有一定的遏制作用。

本文選擇常用的界面材料改性乳化瀝青、橡膠瀝青和抗裂貼作為試驗(yàn)研究對(duì)象。白黑界面材料的粘結(jié)性能通過剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)來評(píng)價(jià)。

（一）剪切試驗(yàn)

界面材料的用量是影響面層與水泥板塊層間穩(wěn)定的重要因素之一。界面材料用量過少，起不到粘結(jié)的作用；界面材料用量過多，粘結(jié)層就成了面層與水泥板塊層間的軟弱夾層。本試驗(yàn)中，界面材料的用量參考國內(nèi)外研究與工程實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，材料用量如表1所示。

表1.界面材料用量表

為了更真實(shí)地模擬粘結(jié)層施工，本室內(nèi)試驗(yàn)采用了與施工現(xiàn)場(chǎng)相同的試驗(yàn)條件。首先，在車轍板上制作尺寸為30cm×30cm×3cm的水泥混凝土板塊，在試驗(yàn)室養(yǎng)護(hù)7天，拆模后養(yǎng)護(hù)至28天，達(dá)到最終強(qiáng)度后，放到噴砂機(jī)內(nèi)進(jìn)行噴砂，去除表面浮漿，使其符合試驗(yàn)要求。然后，按照施工要求均勻涂刷界面材料，待達(dá)到要求后，把涂有界面材料的水泥混凝土板塊放入車轍板內(nèi)，鋪上拌制好的瀝青混凝土，并按照施工現(xiàn)場(chǎng)的碾壓方向在車轍成型儀上進(jìn)行碾壓，成型好的試件在室溫下放置24小時(shí)后脫模。最后，在巖石切割機(jī)上將試件切成10cm×10cm的試件，準(zhǔn)備進(jìn)行剪切和拉拔試驗(yàn)。

界面材料的抗剪性能會(huì)隨著溫度的升高而下降，故本試驗(yàn)考慮外界溫度變化情況評(píng)價(jià)界面材料的粘結(jié)性能，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，本試驗(yàn)選用40°剪切角，設(shè)計(jì)采用0℃、25℃、60℃三個(gè)試驗(yàn)溫度，面層鋪裝單層AC-20，試驗(yàn)速度10mm/min，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2.剪切試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，在相同溫度條件下，抗裂貼和橡膠瀝青的抗剪強(qiáng)度高于改性乳化瀝青，在溫度升高時(shí)，此規(guī)律也適用；從抗剪切角度考慮，界面材料選用抗裂貼和橡膠瀝青應(yīng)力吸收層優(yōu)于改性乳化瀝青界面，而抗裂貼和橡膠瀝青應(yīng)力吸收層的抗剪強(qiáng)度相差不大。

（二）拉拔試驗(yàn)

拉拔試驗(yàn)采用與剪切試驗(yàn)相同的試件，面層鋪裝單層AC-20，試驗(yàn)速度10mm/min，研究界面材料在0℃、25℃、60℃下的拉拔強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3.拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，抗裂貼和橡膠瀝青作為界面材料，抗拔強(qiáng)度均顯著高于改性乳化瀝青。橡膠瀝青應(yīng)力吸收層作為界面材料，抗拔強(qiáng)度明顯優(yōu)于抗裂貼，這可能因?yàn)榭沽奄N本身的黏貼效果受環(huán)境因素影響較大。而橡膠瀝青應(yīng)力吸收層采用同步碎石封層方式施工，用熱瀝青撒布，其效果更穩(wěn)定可靠。

（三）水對(duì)界面材料粘結(jié)性能的影響

水是判定界面材料粘結(jié)性能的重要影響因素之一。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了浸水試驗(yàn)和凍融試驗(yàn)分別模擬夏季雨季和冬季凍結(jié)兩種情況，采用與剪切試件相同的養(yǎng)護(hù)方法，在60℃環(huán)境下進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4.拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，在經(jīng)過浸水和凍融試驗(yàn)后，抗裂貼、橡膠瀝青和改性乳化瀝青三種界面材料的拉拔強(qiáng)度均有所下降，但橡膠瀝青應(yīng)力吸收層作為界面材料，其抗水損害能力最強(qiáng)。

二、白黑界面材料抗反射裂縫性能研究

復(fù)合梁疲勞開裂試驗(yàn)擬采用復(fù)合小梁試件進(jìn)行重復(fù)彎曲試驗(yàn)，研究水泥混凝土舊板上不同界面材料對(duì)加鋪瀝青層抗開裂性能的影響。

為評(píng)價(jià)各界面材料抗水泥混凝土舊板上反射裂縫的性能，特設(shè)計(jì)了復(fù)合小梁試件。該試件分上中下三層，上層為長(zhǎng)381mm、寬63.5mm、高50mm的小梁，中層為各種防反射裂縫的界面材料，下層高15mm，中間斷開，模擬舊水泥板塊的裂縫，上部瀝青混合料厚度為2.5cm。上、下部均采用AC-20瀝青混合料，復(fù)合小梁示意圖如圖1所示，試驗(yàn)方案如表5所示。

圖1.疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D

表5.疲勞試驗(yàn)方案

按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程，對(duì)各種抗反射裂縫的白黑界面材料進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6.疲勞試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，橡膠瀝青應(yīng)力吸收層與抗裂貼的疲勞壽命明顯高于乳化瀝青碎石界面和土工格柵?？沽奄N復(fù)合小梁抗疲勞開裂性能最好，復(fù)合小梁疲勞壽命幾乎是乳化瀝青碎石界面的5倍。

三、結(jié)語

本文研發(fā)了復(fù)合梁抗疲勞試驗(yàn)方法（抗拉）和復(fù)合板抗反射裂縫試驗(yàn)方法（拉剪復(fù)合作用），從抗拉和抗剪兩個(gè)方面評(píng)價(jià)界面材料的性能。從而對(duì)界面材料的黏結(jié)性能（抗剪、抗拉拔）、抗水損害、抗反射裂縫性能等進(jìn)行了全面測(cè)試。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，推薦農(nóng)村公路“白改黑”工程采用“抗裂貼+橡膠瀝青碎石封層”的界面組合材料方案，在成本等因素限制時(shí)，也可單獨(dú)采用橡膠瀝青碎石界面。