路面結(jié)構(gòu)超薄磨耗層層間黏結(jié)技術(shù)研究

羅杰

(湖南國信建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，湖南株洲412000)

0 引言

層間黏結(jié)性能對瀝青路面層間黏結(jié)質(zhì)量和抗剪性能具有重要影響，由于瀝青路面超薄磨耗層很薄，下層路面的黏結(jié)質(zhì)量對道路使用性能具有重要影響，同時路面服役期間，易受到路面車載剪切力影響(見圖1)，因此其性能質(zhì)量對道路抗病害性，尤其是抗反射裂縫性能具有重要影響。傳統(tǒng)路面實施層間處理，多以高黏乳化瀝青作為層間粘層油，可以有效提高道路層間黏結(jié)性能和層間抗剪性能，延長道路服役壽命，但也存在一定的不足。基于此，提出了使用橡膠瀝青作為超薄磨耗層的工藝方案，以期為后續(xù)其他道路施工提供更加優(yōu)質(zhì)的瀝青路面超薄磨耗層工藝方案，并通過抽芯對比試驗的方式，分析橡膠瀝青和高黏度改性乳化瀝青工藝優(yōu)勢，對后期瀝青路面橡膠瀝青超薄磨耗層施工實踐推廣具有重要的指導(dǎo)意義。

圖1 超薄磨耗層與AC-13 瀝青混合料上面層層間剪切力對比

1 層間黏結(jié)性能

在當(dāng)前相關(guān)技術(shù)規(guī)范下，道路結(jié)合層黏結(jié)效果檢測和評價指標(biāo)尚未統(tǒng)一。現(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)和業(yè)內(nèi)通用做法，確定了以抗剪切強(qiáng)度和黏結(jié)強(qiáng)度作為主要檢測指標(biāo)的思路，其中抗剪切強(qiáng)度指標(biāo)能夠準(zhǔn)確反應(yīng)路面在車輛荷載作用下的路面層間抗剪能力，反映層間黏結(jié)性能；黏結(jié)強(qiáng)度則能夠直接反映在粘層油作用下結(jié)合層的黏結(jié)強(qiáng)度，進(jìn)而可以較為準(zhǔn)確地反映層間結(jié)合強(qiáng)度，以其作為間接評價指標(biāo)[1]。

1.1 抗剪切強(qiáng)度

路面服役期間，在車輛荷載作用下，路面會受到較強(qiáng)的剪應(yīng)力作用，一旦路面各結(jié)構(gòu)層間抗剪強(qiáng)度不足，道路極易出現(xiàn)層間滑移病害，繼而發(fā)展成路面龜裂、坑槽、推移、擁包等多種病害。因此，應(yīng)采取多種手段，強(qiáng)化路面層間抗剪強(qiáng)度，并采用科學(xué)的檢測方法，確定路面層間抗剪強(qiáng)度，以更加科學(xué)的評價層間的抗剪切性能。

目前，工程實踐中多采用剪切試驗的方法，對路面抗剪性能進(jìn)行檢測，通過測定路面層間極限剪切應(yīng)力，確定路面層間抗剪切強(qiáng)度，以此作為評價層間的抗剪切性能的指標(biāo)。

1.2 黏結(jié)強(qiáng)度

黏結(jié)強(qiáng)度可直接反映結(jié)合部位在應(yīng)力作用下抵抗脫離的能力，目前多采用拉拔試驗測定路面上、下2層間黏結(jié)能力，以反映層間黏結(jié)強(qiáng)度。同時，由于瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度主要受結(jié)合層的黏結(jié)強(qiáng)度影響，因此，通過拉拔試驗測定的黏結(jié)強(qiáng)度也可作為評價指標(biāo)，用于評價層間的抗剪切變形能力。

上述分析確定了國內(nèi)外和業(yè)內(nèi)通用的評價超薄磨耗層黏結(jié)材料黏結(jié)性能的評價指標(biāo)，并概述了測定相應(yīng)指標(biāo)的試驗方法。通過分析，確定了以剪切試驗測定材料抗剪切強(qiáng)度，并以拉拔試驗測定材料黏結(jié)強(qiáng)度的試驗思路，該思路既符合業(yè)內(nèi)通用做法，也符合國內(nèi)外通用的結(jié)合層黏結(jié)效果檢測和評價要求，可確定在超薄磨耗層中采用橡膠瀝青替換改性乳化瀝青作為黏結(jié)材料的工藝方案[2]。

2 試驗研究

2.1 試驗材料

第一，橡膠瀝青：以18% 膠粉含量的橡膠瀝青作為試驗所用的黏結(jié)材料進(jìn)行試驗，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 橡膠瀝青技術(shù)指標(biāo)

第二，改性乳化瀝青：以4%SBR 膠乳摻量的改性瀝青作為試驗所用的黏結(jié)材料進(jìn)行試驗，其技術(shù)指標(biāo)見表2。

表2 改性乳化瀝青技術(shù)要求

第三，瀝青混合料：瀝青混合料采用普通AC-13瀝青混合料，礦料級配組成見表3，混合料最佳油石比為6.3%。

表3 溫拌橡膠瀝青混合料礦料級配組成

2.2 試驗方案

第一，先按照相關(guān)規(guī)范、礦料級配等制備適量的普通AC-13 瀝青混合料，成形2 塊厚度為5cm 的下面層車轍板；第二，制取適量8%膠粉含量的橡膠瀝青，適量、均勻噴灑于一塊車轍板表面，在另一塊車轍板表面，適量、均勻噴灑4%SBR 膠乳摻量的改性瀝青；第三，按照設(shè)計配比，分別形成橡膠瀝青超薄磨耗層車轍板和改性乳化瀝青超薄磨耗層車轍板；第四，待超薄磨耗層車轍板保養(yǎng)24h 后，在每塊板上鉆取2 塊100mm 規(guī)格樣芯，共鉆取4 個100mm 規(guī)格芯樣；第五，4 個芯樣，分為兩組，分別進(jìn)行拉拔試驗和層間剪切試驗[3]。

2.3 試驗方法

第一，拉拔試驗：一是取650 低分子聚酰胺樹脂和環(huán)氧樹脂適量；二是將兩種樹脂材料按照1∶2 的質(zhì)量比混合均勻；三是混合物加熱為流狀，迅速涂于拉拔試驗的芯樣兩端；四是將芯樣一端連接于水泥板，一端連接于拉拔頭，靜置2 天；五是用拉拔儀做拉拔試驗，記錄試驗數(shù)據(jù)。

第二，層間剪切試驗：一是準(zhǔn)備層間剪切試驗儀器；二是啟動控制程序，檢查程序運行穩(wěn)定性和串口連接狀態(tài)，調(diào)整壓頭推進(jìn)速度；三是將芯樣固定于儀器固定槽；四是調(diào)整芯樣位置，使芯樣層間黏結(jié)面所在水平面與水平壓頭底端位于同一水平面；五是啟動剪切試驗儀，使壓頭按照設(shè)定速度推進(jìn)，直至芯樣試件黏結(jié)處受剪破壞；六是記錄試驗數(shù)據(jù)，取出剪壞芯樣，關(guān)閉儀器。

2.4 試驗結(jié)果及分析

第一，拉拔試驗結(jié)果處理：根據(jù)拉拔試驗儀器記錄的拉力值和芯樣黏結(jié)處黏結(jié)面積，可計算出黏結(jié)強(qiáng)度，處理公式如下：

式（1）中：σ 為黏結(jié)強(qiáng)度，單位：MPa；F 為拉力，單位：N；S 為黏結(jié)面積，單位：m2。

試驗結(jié)果見表4。

表4 拉拔試驗結(jié)果

第二，通過分析表4 中的數(shù)據(jù)可知：同等黏結(jié)面積的條件下，采用橡膠瀝青作為黏結(jié)層的芯樣試件，其黏結(jié)強(qiáng)度大于采用改性瀝青作為黏結(jié)層的芯樣試件，可見橡膠瀝青黏結(jié)效果更好，使用橡膠瀝青作為瀝青路面超薄磨耗層的工藝方案可行，且相對傳統(tǒng)使用改性瀝青的工藝方案具有更好的抗剪性能。

第三，層間剪切試驗結(jié)果處理：根據(jù)層間剪切試驗記錄的試驗數(shù)據(jù)和芯樣黏結(jié)處剪切面積，可計算出芯樣承受的極限剪應(yīng)力，計算公式如下:

式（2）中：τ 為剪應(yīng)力，單位：MPa；F 為拉力，單位：N；S 為剪切面積，單位：m2。

第四，分析表5 中數(shù)據(jù)可知：同等剪切面積條件下，采用橡膠瀝青作為超薄磨耗層黏結(jié)材料的工藝方案，相較于傳統(tǒng)方案具有更大的極限剪應(yīng)力，進(jìn)一步驗證了采用橡膠瀝青作為替換改性乳化瀝青的工藝優(yōu)勢。

表5 層間剪切試驗結(jié)果

第五，綜上，路面層間采用橡膠瀝青作為超薄磨耗層時，可獲得更加優(yōu)質(zhì)的層間黏結(jié)強(qiáng)度和層間抗剪強(qiáng)度，按照提出的技術(shù)方案，可使路面具備更加優(yōu)異的抗剪切性能，顯著提高路面層間抗滑移病害及其繼發(fā)病害的抗病害能力[4]。

3 結(jié)論

參考國內(nèi)外超薄磨耗層的下層黏結(jié)層檢測指標(biāo)和業(yè)內(nèi)慣用試驗方法，對采用橡膠瀝青作為超薄磨耗層的工藝方案和傳統(tǒng)方案進(jìn)行了對比分析，結(jié)論如下。

第一，采用橡膠瀝青作為黏結(jié)層的黏結(jié)材料進(jìn)行層間處理，可與老路面之間獲得更加理想的層間黏結(jié)效果，顯著提高路面黏結(jié)強(qiáng)度和抗剪能力，提升路面抗病害性能。

第二，試驗過程發(fā)現(xiàn)，橡膠瀝青成膜厚度大于改性乳化瀝青成膜厚度，因此在施工時，應(yīng)采取一定措施，避免泛油病害的產(chǎn)生，以及因橡膠瀝青成膜厚度較大，導(dǎo)致磨耗層和黏結(jié)層膠結(jié)材料的高度問題，建議采用適當(dāng)減少上層超薄磨損層用油量的措施，減少上述問題，并通過試驗進(jìn)一步確定上層超薄磨損層最佳用油量。

第三，從試驗的角度，提出并驗證了橡膠瀝青作為超薄磨耗層的下層黏結(jié)層的技術(shù)優(yōu)勢，但缺乏相應(yīng)的工程數(shù)據(jù)支撐，下一步將在實踐中進(jìn)一步探索實際施工階段橡膠瀝青黏結(jié)層的應(yīng)用，為后續(xù)工藝推廣積累工程數(shù)據(jù)提供指導(dǎo)。