超薄罩面層間黏結性能評價及檢測方法對比分析

謝婷婷

（山西省公路局朔州分局,山西 朔州 036001）

0 引言

超薄罩面作為一項新型路面養護技術，具有施工簡便、快速高效、對交通影響小等優點，可有效提升路面平整度，保證車輛運行安全。但由于施工、材料性能等各方面因素影響，極易出現層間黏結性能失效問題，造成擁包、剝離等質量病害，降低道路使用性能，威脅行車安全，縮短運營年限。相較于常規加鋪層，超薄罩面所用材料、配比、結構形式、施工工藝各不相同，且層間黏結行為也存在較大不同，利用常規加鋪層黏結性能評價及檢測方式對超薄罩面層間黏結性能實施檢測存在較大局限性[1]。因此，該文系統分析了超薄罩面層間黏結性能評價及檢測方法，對提高超薄罩面施工質量，保證道路安全穩定運營，具有重要意義。

1 加鋪結構及層間黏結受力分析

1.1 普通加鋪層結構及層間受力分析

普通加鋪層結構主要由原始路面、黏結層、加鋪層組成，受材料性能、施工工藝及施工機械等各方面因素影響，其厚度一般不低于40 mm。加鋪層覆蓋在原始道路結構表面，用于承擔和傳遞交通荷載與外界環境作用，其中以沖擊荷載、豎向壓應力、橫向剪切作用最為顯著。加鋪層與原始道路結構之間通過黏結層連接形成整體結構，共同承受交通荷載作用，并將荷載傳遞至道路路面結構[2]。一般情況下，道路路面結構受力以豎向壓應力及橫向剪應力為主。壓應力具體是指結構在拉伸作用下產生的方向共線的力，而剪應力則是指路面各結構層間產生的方向不共線但平行的力，具體如圖1 所示。

圖1 路面加鋪結構及受力示意圖

若路面加鋪層層間黏結性能較低時，黏結層便成為路面結構受力最不利環節，極易產生剪切破壞，主要病害形式包括擁包、開裂、剝離等。對于該種情況，現行《公路工程瀝青路面技術規程》中明確了具體的提升路面結構層間抗剪性能的設計方式[3]。同時，適當增加加鋪層厚度可有效緩解外界環境作用對黏結層造成的不利影響，顯著增強路面結構層間黏結效果，提升道路整體性。

1.2 超薄罩面層間黏結行為及對比分析

超薄罩面結構與普通加鋪層結構組成基本相同，包括原始路面、黏結層、加鋪層，但相較于普通加鋪層，超薄罩面加鋪層較薄，通常位于15~20 mm 之間，因此，在交通荷載作用下，二者受力情況存在顯著差異[4]。

為有效了解普通加鋪層和罩面層力學特性，按照彈性層狀原理，通過BISAR 系統分別對兩種加鋪層力學特性實施比較分析，針對豎向及水平荷載條件下單圓荷載中心位置下方2 cm 及4 cm 位置的受力狀況，分析加鋪層厚度差異對黏結層豎向及水平應力的影響。模擬工況為雙圓均布荷載、標準軸載為單軸雙輪100 kN，當量圓半徑為10.65 cm，距離為31.95 cm；假定層間達到完全結合狀態，結構層參數見表1。應力計算結果見表2。

表1 結構層的主要計算參數

表2 結構層水平及豎向應力的計算結果

通過表2 能夠看出：保持其他條件相同時，當黏結層深度增大時，結構層受到的水平及豎向應力均有所降低，且水平應力下降幅度較大。針對普通加鋪層而言，當加鋪層厚度較大時，其黏結層深度隨之增大，能顯著降低傳遞至黏結層表面的荷載作用，以豎向荷載作用下的拉應力和壓應力為主。而對于超薄罩面來講，由于加鋪層厚度較薄，黏結層深度相對較淺，因此其受到的豎向及水平應力作用較大，實際施工時應重視該問題[5]。此外，工程實踐中采用的黏結層材料大多對溫度較為敏感，且厚度較薄，當夏季溫度較高時，其層間黏結性能顯著下降，即在高溫環境及交通荷載共同作用下超薄罩面層間黏結能力變化更大。為有效確保超薄罩面在厚度較薄的條件下，仍舊擁有優良的層間黏結能力，充分發揮路用性能，對施工材料、配比、工藝等實施優化，例如通過室內實驗確定最佳配合比，并利用試驗段施工實踐，確定最佳施工工藝參數，確保達到最優施工效果；同時，黏結層選用的瀝青材料應具有優良的高溫穩定性能，60 ℃動力黏度不小于20 kPa·s。

由此可見，公路路面養護施工中，不論采用何種加鋪形式，其層間黏結性能均是重點考慮因素，直接決定路面路用性能，影響道路使用年限。超薄罩面與普通加鋪層層間黏結性能與加鋪層厚度密切相關，相較于普通加鋪層，超薄罩面承受的豎向及水平應力較大，且對交通荷載及外界溫度變化較為敏感[6]。

2 層間黏結性能評價與檢測方法對比分析

2.1 黏結性能指標要求與檢測方法

現行《公路工程瀝青路面養護技術標準》及《公路工程瀝青路面施工技術規程》中重點針對瀝青路面壓實度、平整度、寬度、厚度等相關指標質量控制進行了明確規定，但對于超薄罩面施工質量標準、層間黏結性能控制標準及檢測方法均未作具體規定。同時，地方及行業標準、規范中，對于層間黏結性能仍未給出具體要求。現行《公路工程路基路面試驗檢測規范》中給出了層間黏結強度檢測方法，主要包含拉拔強度與抗剪切強度兩項指標。《公路橋梁工程鋪裝層設計與施工技術規程》（JTG/T3364-02—2019）中針對防水層黏結性能及檢測方式作出了相關規定。現有層間黏結性能指標及檢測方式如表3 所示。

表3 現有層間黏結性能指標及檢測方法對比

通過表3 能夠看出，工程實踐中，按照相關施工規范、標準規定，層間黏結性能檢測指標具體包含抗剪強度與黏結強度兩方面。抗剪強度具體指的是道路結構層能夠承受交通荷載作用下產生的剪應力作用，其檢測內容包含扭剪強度、剪切強度等[7]；而黏結強度具體指的是黏結層承受豎向荷載作用的性能，其試驗方法主要有拉脫試驗、拉拔試驗等。同時，還能利用三點、多點彎曲試驗對混合結構層層間黏結性能實時監測。

2.2 評價指標與檢測方法的對比分析

結合上文分析情況能夠看出，當前，對于普通加鋪層層間黏結性能評價指標及檢測方式多種多樣，且各自具有不同的特征，部分檢測方式對檢測設備、檢測環境要求較高，無法通過現場試驗方式完成；部分檢測方式檢測對象較為復雜，由材料自身至黏結層，再到路面結構層，存在較大差異；同時，還有部分檢測方式實際檢測時，對承載條件要求存在一定差別，如有些為豎向荷載工況，有些為水平荷載工況，還有些為豎向荷載與水平荷載共同作用工況[8]。

通過上述對超薄罩面層間力學特性的分析，因其鋪設厚度較薄，黏結層深度相對較淺，在交通荷載作用下，其受到的豎向及水平應力作用較大，并且工程實踐中采用的黏結層材料大多對溫度較為敏感，且厚度較薄，在高溫環境及交通荷載共同作用下超薄罩面層間黏結性能與普通加鋪層存在一定差異，因此，在確定其層間黏結性能評價指標及檢測方式時，應根據其力學特性及黏結行為特征，采用現場試驗與實驗室檢測相結合的方式進行檢測，主要檢測項目為水平及豎向荷載條件下黏結強度。同時，可通過扭剪強度試驗與拉拔試驗對超薄罩面層間黏結性能實施現場試驗[9]，并利用實驗室試驗對黏層材料60 ℃動力黏度、瀝青混合料高溫穩定性、黏結性能實施檢測，從而對超薄罩面層間黏結性能作出有效評定。

3 工程項目實例

某公路工程項目，原始路面結構為AC-13 瀝青混凝土路面，由于重載交通影響，瀝青路面產生了諸多裂縫、車轍、坑槽等質量病害，嚴重影響道路使用性能，縮短使用年限。為有效改善道路路用性能，結合道路病害實際情況，通過綜合研究決定，采取超薄罩面實施修復處理[10]，具體處理措施為：先對原瀝青路面裂縫、車轍、坑槽等實施修復處理，并噴灑SBS 乳化瀝青，灑布量控制在1.0 kg/m2，然后鋪設厚度為20 mm 的高黏性改性瀝青罩面層。超薄罩面鋪設完成后對其黏結性能實施檢測與評定，具體數據如表4 所示。

表4 超薄罩面結構層間黏結性能檢測結果

通過表4 能夠看出：此超薄罩面在水平及豎向應力共同作用下，其拉拔強度、扭剪黏結強度等各項指標均符合標準要求，層間黏結效果優良。道路運營3 個月后對罩面層實施現場檢測，其表面較為完整，未出現開裂、剝離、脫落現象。

4 結論

綜上所述，公路瀝青路面養護施工中，超薄罩面鋪設厚度較薄，在交通荷載作用下，其受到的豎向及水平應力作用較大，且在高溫環境及交通荷載共同作用下其黏結性能與普通加鋪層存在一定差異。因此，在對其層間黏結性能實施檢測時，應根據其力學特性及黏結行為特征，科學選用檢測方式，通過現場試驗與實驗室檢測相結合的方式對其水平及豎向荷載條件下黏結強度進行檢測。同時，利用扭剪強度試驗與拉拔試驗對超薄罩面層間黏結性能實施現場試驗，并利用實驗室試驗對黏層材料60 ℃動力黏度、瀝青混合料高溫穩定性、黏結性能實施檢測，從而對超薄罩面層間黏結性能作出有效評定。