城市道路生態型薄層層間黏結設計與研究

彭 彬

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

大量城市道路建成以后，需要投入足夠的養護資金，由專業的養護隊伍及時進行養護，以保持道路及其設施的完好，確保車輛的行駛安全、舒適和通暢。及時進行預養護措施的施工，會極大地緩解路面損壞的進程，同時能達到保護路面以下結構的目的[1]。因此，預防性養護受到廣泛關注。其中一種做法是在舊路面上鋪設新的薄層，來改變路面的抗滑性和平整度，并加鋪瀝青，從而更好地預防原路面老化，使路面能夠具備較強抗壓性，增強路面承受行駛車輛的荷載性能，同時抵抗來自氧、光、水等外界因素的影響，延長路面使用周期[2]。這種做法表現出輕薄不增加恒載、施工方便、不需調整標高，功能上具有抗滑、平整、降噪、耐磨等特點。但其不足之處在于，熱料攤鋪會帶來大量的污染，而且由于厚度較薄，帶來的施工期間溫度散失過快，稍有施工不慎，就會帶來壓實度不足的質量問題。因此，較多的薄層鋪裝項目在運營沒多久就相應出現擁包、推移、開裂等病害，并且增加道路預防維修成本[3]。

為此，基于冷拌冷鋪技術的生態型薄層的提出，將針對這兩大技術難點逐一解決。值得注意的是，常溫施工對于層間材料黏結效果十分倚重[4]。因此，本文將對黏結層進行設計與分析，同時對不同瀝青材料的層間黏結性進行研究，且提出最佳方案。

1 試驗材料

生態型薄層屬于的基礎結合料為瀝青，因此仍屬于柔性材料，所以，黏結層選材時以瀝青為主，而瀝青的質量直接關乎著黏結層的質量[5]。通過一系列的試驗分析，發現瀝青種類會影響黏結材料和瀝青混凝土面層的黏結性，采取與下面層相同瀝青的黏結效果比其他瀝青效果好。所以，本文在開展相關研究時，層間黏結材料為水性環氧乳化瀝青、70號基質瀝青與SBS 改性瀝青。

其中，本文選用的原材料70號基質瀝青，在對其各指標進行檢測時，主要參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》（JTG E20—2011）[6]進行檢測，各項指標見表1。在185℃的高溫下，在70號瀝青中摻入4.4%的SBS 就能得到SBS 改性瀝青。SBS 改性瀝青的相關指標見表2。水性環氧乳化瀝青中含30%摻量的水性環氧樹脂及其固化劑。

表1 基質瀝青主要技術指標

表2 S BS 改性瀝青主要技術指標

2 性能指標與試驗方法

2.1 拉拔強度指標

車輛行駛過程中，速度加快時，車輛的輪胎與路面會產生相互作用，行駛所接觸到的地方會出現真空泵吸作用，所產生的吸附力為拉應力。與壓應力相比，拉應力對路面結構產生的不利影響更為突出[7]。若是路面加鋪的結構層較薄，那么這種影響會更為顯著。根據相關研究得出：若是上面的結構層與下面的結構層產生分離，層間就會出現滑動，車輛在荷載沖擊作用下，就會造成上面的結構層出現開裂問題。所以，針對層間豎向抗拉強度給出量化規定十分有必要。

根據此前的較多方面的研究，若想確保路面結構層之間具備較好的連續性和完整性，那么所需材料的層間黏結強度應超1.2 MPa[8]。

2.2 黏結層材料黏結強度試驗方法

在課題組之前的研究中，選用了建議的拉拔儀進行研究，其數據的精確度稍微有些欠缺[9]。本次研究將選用萬能材料試驗機（即MTS）進行試驗，運用了杠桿拉拔頭，實現對實際路面的完全模擬。首先，根據薄層罩面常用級配制備成型1 cm 厚的薄層瀝青混凝土。接著在舊路面上鋪設薄層，隨后碾壓成型，舊面層和薄層間攤鋪用量不同的待檢測黏結材料。并按照黏層油類型明確等待時間，等到黏層油強度形成后，進行鉆芯操作，直到鉆透黏結層后停止相關操作。最后通過杠桿拉拔儀來確定黏層黏結的強度。

3 試驗結果與性能分析

3.1 黏結材料的黏結強度試驗

對舊路面進行清理，打磨處理好表面，保持表面整潔，對舊路面進行劃分。首先根據薄層罩面常用級配制備成型1 cm 厚的薄層瀝青混凝土，接著在舊路面上鋪設薄層，最后碾壓成型。按照不同用量分配，將黏層油曬布在大小一致的單元格中，然后攤鋪分割成不同的罩面層。最后采用小型碾壓機對其進行來回碾壓。一般碾壓六遍，就能確保黏層油分布均勻，壓實度更好。形成較高的黏層油強度后，再鉆芯處理。試驗如圖1 所示。

圖1 選用MTS 儀進行薄層罩面層間拉拔試驗

采用黏結強度杠桿拉拔法進行測試，所得試驗數據見表3。

表3 黏結強度檢測結果

3.2 黏結材料的黏結強度試驗

根據表3 便可繪出3 種黏結層材料在瀝青混凝土的黏結強度隨灑布量的不同變化情況，如圖2 所示。

圖2 黏結強度隨灑布量的變化趨勢

從圖2 可以看出，無論在何種灑布量的情況下，水性環氧乳化瀝青的黏結強度是最大的。70號基質瀝青的最大黏結強度在1.6432 MPa。據灑布量曲線變化趨勢可得，SBS 改性瀝青最為理想的灑布量為0.8 kg/m2，對應黏結強度為2.6728 MPa。由表3 可知，對比這3 種瀝青后，得出SBS 改性瀝青的黏結強度最大，也就是將SBS 改性瀝青當作黏結材料最為理想。

水性環氧乳化瀝青的灑布量0.8 kg/m2以后開始呈下降趨勢，且在0.6～0.8 kg/m2是較均衡的，因而水性環氧乳化瀝青的最佳灑布量范圍在0.6～0.8 kg/m2，此時的黏結強度最大值約為3.1312 MPa。從盡可能高強度又少用量的角度出發，我們判斷灑布用量取在0.6 kg/m2和0.8 kg/m2時，水性環氧乳化瀝青黏層材料和SBS 改性瀝青黏層材料的層間拉拔強度可達最佳，又能保證性價比優秀。

4 結語

通過將生態薄層黏合既有瀝青混凝土模擬面層上，經過層間黏結試驗可以得到如下結論：

（1）本文所分析的3 種黏結層瀝青的黏結強度均較好，除了0.6 kg/m2及以下灑布量的基質瀝青之外，其他方案均能夠滿足較為苛刻的黏結強度值不小于1 MPa 的要求。由強到弱順序依次是水性環氧乳化瀝青、SBS 改性瀝青、基質瀝青。

（2）水性環氧乳化瀝青與生態型薄層的層間黏結效果最佳，最佳灑布量范圍在0.6～0.8 kg/m2，此時的黏結強度最大值可達3.1312 MPa。

（3）水性環氧乳化瀝青和SBS 改性瀝青的黏結強度并非隨著灑布量的增大而增加，而是存在一定的區間范圍。層間黏結材料達到最大黏結強度的最佳適用灑布量范圍集中在0.6～0.8 kg/m2，本文推薦水性環氧乳化瀝青黏層材料的灑布用量取0.6 kg/m2，SBS 改性瀝青黏層材料的灑布用量取0.8 kg/m2。