瀝青路面層間黏結(jié)性能影響因素及改善措施

陳俊彥

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

瀝青路面結(jié)構(gòu)可被視為是材料單一結(jié)構(gòu)和相互聯(lián)系結(jié)構(gòu)的總和，其中，材料單一結(jié)構(gòu)指的是瀝青路面的表面層、中面層、下面層均采用瀝青混合料。為了使得不同層次、不同類型的瀝青混合料之間能夠形成穩(wěn)定的相互聯(lián)系，則需要靠黏結(jié)材料作為媒介來使不同面層形成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)，而抗剪強度則是衡量層間黏結(jié)性能的主要技術(shù)指標[1]。近年來，隨著瀝青路面在公路新建和改擴建工程中的應(yīng)用，提高瀝青路面的穩(wěn)定性和使用壽命，成為工程應(yīng)用過程中一直進行研究的重要課題，并取得了一定的研究成果[1-4]。但在實際工程中，由層間黏結(jié)性能不足引起的路面病害仍大量存在。因此，詳細地總結(jié)和分析影響瀝青路面層間黏結(jié)性能的主要因素，并提出相應(yīng)的改善措施，對有效改善和提高瀝青路面層間黏結(jié)性能，延長路面使用壽命，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 影響因素分析

1.1 黏結(jié)材料

瀝青面層層間的黏結(jié)性主要源于黏結(jié)材料的黏結(jié)性能[1]，因此，黏結(jié)材料的自身的性質(zhì)對層間黏結(jié)性能具有重要的影響。現(xiàn)階段，可用于黏結(jié)層的材料種類繁多，為了進一步掌握不同黏結(jié)材料對面層層間黏結(jié)性能的影響，此處就不同黏結(jié)材料在相同溫度下對瀝青面層與剛性基層之間的黏結(jié)性能進行三軸壓縮剪切試驗，剪切位置為AC-20與剛性基層間，試驗所選溶劑型黏結(jié)劑為山西某公司生產(chǎn)的GMR溶劑型黏結(jié)劑，剪切數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1。

表1 不同黏結(jié)材料的層間抗剪強度試驗統(tǒng)計表

圖1 不同黏結(jié)材料的層間抗剪強度對比

從圖1中可以看出，不同黏結(jié)材料在相同的試驗溫度、灑布數(shù)量的情況下，抗剪強度存在明顯的差異。灑布黏結(jié)料的層間抗剪強度明顯高于未灑布黏結(jié)料的層間抗剪強度，直接利用基質(zhì)瀝青作為黏結(jié)料雖具有一定的效果，但層間抗剪強度較小。這說明在要求加強瀝青路面層間黏結(jié)性能的情況下，需要在層間灑布一定量的黏結(jié)材料，其材料類型則可根據(jù)公路等級及工程造價進行合理比選。

1.2 溫度

在不同的溫度條件下，黏層材料的黏結(jié)性能存在一定的差異。研究中選取了SBR改性乳化瀝青作為黏結(jié)材料，分別在20℃、50℃的條件下對其黏結(jié)性能進行試驗，層間剪切位置為AC-13與AC-20層間，試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 20℃和50℃時層間抗剪強度分析表

從表2中可以看出，在高溫情況下（50℃）瀝青路面層間抗剪強度明顯降低，在溫度從20℃升至50℃時，灑布不同數(shù)量的SBR改性乳化瀝青，強度下降了都達80%以上，可見溫度對于黏結(jié)性能具有重要影響。同時，在不灑布或灑布數(shù)量變化的情況下，高溫時強度下降百分率之間并未出現(xiàn)太大差異，這說明高溫總會降低瀝青面層層間黏結(jié)能力，與黏結(jié)材料的自身性質(zhì)差異不大。

1.3 污染程度

在路面鋪筑過程中，由于不同路面結(jié)構(gòu)層在施工完成后都會有一定的間歇時間，由于施工機械通行原因，或在未完成鋪筑的情況下為了滿足交通需求就開放交通，都會使得路面層受到一定污染，這種污染主要源于輪胎或貨物上的泥土，即泥土污染。對不同污染程度路面層間黏結(jié)性能的影響進行分析（污染程度可以用單位面積上污染物的質(zhì)量表示），試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同污染程度下層間剪切破壞強度數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖2 不同污染程度下層剪切破壞強度

如圖2所示，在不同的污染程度下，試件的層間剪切破壞強度存在明顯的差異，隨著污染程度的增大，試件承受破壞的能力以逐漸降低。這充分說明，污染程度對瀝青路面層間的黏結(jié)性能有很大的影響，污染越嚴重，影響就越大。

1.4 路面結(jié)構(gòu)組合

瀝青路面為層狀結(jié)構(gòu)體系，但在不同的工程中路面各層之間的厚度和施工工藝存在一定的差異，這些差異會使得不同面層間的黏結(jié)性能存在差異。為了分析層間結(jié)構(gòu)組合對瀝青路面層間黏結(jié)性能的影響，研究選取AC-13混合料與AC-20混合料，在相對密度、孔隙率、油石比均滿足規(guī)范要求的情況下，分別按 AC-13+AC-20厚度為 5 cm+5 cm、4 cm+6 cm、3 cm+7 cm來成型試件，并對其黏結(jié)性能進行剪切試驗，試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同結(jié)構(gòu)組合下試驗數(shù)據(jù)表

圖3 不同結(jié)構(gòu)組合下的抗剪強度

從圖3中可以看出，在其他條件相同的情況下，不同路面結(jié)構(gòu)組合下抗剪強度存在較為明顯的差異。這說明相鄰兩層路面結(jié)構(gòu)組合對瀝青路面層間黏結(jié)性能具有一定的影響，在本研究中，選取4 cm+6 cm結(jié)構(gòu)組合時抗剪強度最高，是理想的路面結(jié)構(gòu)組合形式。

1.5 級配

瀝青路面由于不同路面結(jié)構(gòu)層的作用不同，為了使工程經(jīng)濟合理，混合料級配類型往往需要根據(jù)功能要求進行一定的調(diào)整，由于各層礦料級配不同，使得各層混合料的密實度和孔隙率不同，這將造成層間黏結(jié)強度存在先天性差異。為了弄清楚級配對層間黏結(jié)性能的影響，研究中選用了骨架—密實型、懸浮—密實型兩種基層混合料，對基層與下面層間的黏結(jié)性能的影響進行剪切試驗，試驗數(shù)據(jù)如表5。

表5 不同基層級配下的抗剪強度試驗 MPa

圖4 不同級配下的層間抗剪強度

從圖4中可以看出，在相同建材、試驗條件下，兩種基層級配半剛性基層的抗剪強度存在一定的差異，骨架—密實結(jié)構(gòu)的抗剪強度要優(yōu)于懸浮—密實結(jié)構(gòu)。這也說明基層級配對基面層之間的黏結(jié)性存在一定的影響。實際上不同面層的混合料級配不同，也會在很大程度上使得各層之間的黏結(jié)性能存在差異[3]，在工程實踐中，不能忽視由級配不同造成的黏結(jié)性差異。

2 改善措施

2.1 合理確定黏結(jié)材料

黏結(jié)材料對路面層間黏結(jié)性能具有直接的影響，瀝青材料有熱黏性的優(yōu)點，但在溫度較高的情況下，又極易吸熱軟化，這主要源于普通基質(zhì)瀝青軟化點偏低的緣故。研究表明[2]，無論是乳化瀝青，還是SBR改性乳化瀝青，乃至SBS改性瀝青，在高溫穩(wěn)定性方面比基質(zhì)瀝青都有較為明顯的提升。同時，結(jié)合前文的分析可以發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，使用改性瀝青的層間黏結(jié)性能，比直接使用基質(zhì)瀝青或不用黏結(jié)料的層間黏結(jié)性能有明顯的增強。因此，在確定層間黏結(jié)材料時，可根據(jù)當?shù)夭牧袭a(chǎn)況和項目建設(shè)成本，選擇SBR改性乳化瀝青或SBS改性瀝青，以確保層間黏結(jié)性能。

GMR溶劑型黏結(jié)劑是最為理想的黏結(jié)材料，自身黏性大，水穩(wěn)定性和溫度穩(wěn)定性都較好，施工工期短，但材料成本高，并且需要專業(yè)機具，工程造價高，而SBR改性或SBS改性黏結(jié)材料在性能方面已基本滿足路面工程要求，一般多用于市政工程或需搶修的公路工程中。

2.2 控制施工溫度

溫度對于路面層間黏結(jié)性能具有重要影響，高溫狀態(tài)下路面層間黏結(jié)性能大大地被削弱，因此，在鋪灑黏層瀝青后需要進行適當?shù)睦鋮s過程，使得黏性材料的黏性充分地發(fā)揮出來，先保證黏層材料與面層之間黏結(jié)性能之后，再鋪筑上一面層混合料。

2.3 保證層間界面潔凈

層間污染對層間黏結(jié)性能的影響十分明顯，要改善層間性能，下一面層鋪筑時，保證層間界面的潔凈顯得尤為重要。為了保證施工時層間界面干凈，可從以下幾個方面進行。

a）鋪灑黏層材料前徹底清掃下一結(jié)構(gòu)層。無論下一結(jié)構(gòu)層是基層還是面層，都會存在一定的養(yǎng)護期。在養(yǎng)護期間，下一結(jié)構(gòu)面層難免會受到一定程度的污染，為此，在鋪筑上一結(jié)構(gòu)層時，應(yīng)該進行清掃。對于污染嚴重的地方，可用鋼刷結(jié)合水沖的方式將污染物清理干凈。

b）鋪灑黏層材料路段封閉交通。封閉交通能夠明顯減少污染源，從根源上解決層間污染現(xiàn)象，保證黏層油不會因污染物的影響而降低黏結(jié)性能。

c）及時攤鋪下封層或下一結(jié)構(gòu)層，在噴灑完黏層油后，若黏層油是SBR改性乳化瀝青，當乳化瀝青破乳之后，就應(yīng)及時進行其他防反射裂縫的材料、封層或下一結(jié)構(gòu)層的攤鋪，并且要對施工車輛的輪胎進行清洗，避免二次污染。

2.4 合理選擇各層級配及層間結(jié)構(gòu)組合

無論是混合料級配類型，還是黏結(jié)方式對于路面層間黏結(jié)性能都有很大的影響，因此，選擇良好的級配和黏結(jié)方式是改善層間黏結(jié)強度的有效措施[5]。骨架—密實結(jié)構(gòu)和懸浮—密實結(jié)構(gòu)是新建公路路面常用的基層級配類型，結(jié)合前文分析，骨架—密實結(jié)構(gòu)的黏結(jié)性能要好。但在實際工程應(yīng)用中，還得結(jié)合黏結(jié)材料和層間結(jié)構(gòu)組合形式進行相應(yīng)的室內(nèi)試驗，進而確定各層礦料級配。層間結(jié)構(gòu)組合時可選用上一結(jié)構(gòu)層厚度略小于下一結(jié)構(gòu)層厚度的組合形式較好，以保證下一結(jié)構(gòu)層有足夠的強度，保證層間良好的黏結(jié)性能。

3 結(jié)語

文中總結(jié)了黏結(jié)材料、溫度、層間污染、黏結(jié)方式、基層級配等5種影響瀝青路面層間黏結(jié)性能的因素，并對各種影響因素的影響程度和變化規(guī)律進行了詳細的分析；結(jié)合筆者施工經(jīng)驗，針對性提出改善黏結(jié)性能的具體措施。在工程施工方案設(shè)計和實施工作中，可結(jié)合工程性質(zhì)、資金、技術(shù)及機具等條件，從黏結(jié)材料確定、施工溫度控制、層間界面潔凈程度、級配類型和黏結(jié)方式5個方面，綜合考慮，以改善瀝青路面層間黏結(jié)性能，提升瀝青路面的路用性能和使用壽命。層間黏結(jié)性能的影響因素是多方面的，在此方面的研究仍有一定的必要性，本文對于提升層間黏結(jié)性能的進一步研究，具有一定的參考價值。