界面處治方式對CC＋AC復合式路面界面層強度的影響

胡世敬， 王火明， 陳 飛

（1.貴州交通職業(yè)技術學院 建工系，貴州 貴陽 550008；2.重慶交通大學 土木建筑學院，重慶 400074；3.招商局重慶交通科研設計院有限公司，重慶 400067）

目前，我國高等級公路路面仍以瀝青路面為主，但是水泥路面因為修建成本低、養(yǎng)護費用少以及經久耐用，也占有一定的比例［1］。不過，在實際使用中發(fā)現，水泥路面剛度比較大，并且表面存在接縫，行車舒適性不夠，所以原有的舊水泥路面大修時，大多采用了加鋪瀝青罩面的復合結構形式（CC＋AC）。這種結構形式與單純的柔性路面相比節(jié)約了瀝青，又彌補了剛性路面的不足，剛柔結合改善了路面的使用功能［1－3］。

對于剛柔復合式路面，研究和施工的重點和難點在于剛柔界面層的處理，包括水泥混凝土基層表面處理和層間防反措施。究其原因主要有：①水泥混凝土基層剛度大，剛柔層間相對容易出現滑移；② 剛柔2層模量比較大，加之在其表面一般會存在施工縫，所以存在反射裂縫頻發(fā)的風險［4］。近年來，許多專家學者致力于研究剛柔層間的處理方式，包括混凝土表面噴砂、刻槽、銑刨以及采用土工布（玻纖格柵、聚酯玻纖布等）和應力吸收層防反等［5］，研究成果大多應用于實踐，有效推動了復合式路面的發(fā)展［6］。

目前對于防反工藝的研究，主要集中在防反射裂縫的效果上，但根據對一些防反材料物理和化學特性的研究發(fā)現，其可能還會在改善層間黏結和抗剪強度方面發(fā)揮作用。本文依托某高速公路CC＋AC新建復合式路面項目，采用室內試驗和現場檢測相結合的研究方式，針對復合式路面界面特性對層間強度的影響進行研究，相關成果已在實際工程中應用。

1 評價指標及方法

1.1 評價指標

對于界面特性，主要研究混凝土基層表面的物理特性、剛柔層間的防水黏結層及防反處理措施形成的中間夾層?；炷帘砻娴奈锢硖匦裕浪そY層＋防反措施形成一個相對復雜的界面，該界面在復合式路面結構中起到黏結混凝土基層和瀝青面層的作用，并阻礙剛柔層間發(fā)生相對剪切滑移。

在CC＋AC復合式路面結構中，層間黏結性能主要依靠混凝土基層表面、防水黏結層、防反層以及與瀝青層之間的黏結力來實現，而抗剪性能除了依靠黏結力以外，更大程度上依靠混凝土基層表面的物理特性（粗糙程度）提供的摩阻力。因此，本文采用層間黏結強度和抗剪強度綜合評價復合式路面剛柔層間強度特性［3，7－8］。

1.2 評價方法

本文評價層間黏結和抗剪性能采用拉拔試驗和剪切試驗，剪切試驗根據加載方式的不同分為直剪和斜剪試驗，直剪試驗只施加水平力，如圖1a所示。該加載方式沒有考慮豎向荷載的作用，試驗結果將會比實際值稍微偏小［9］。斜剪試驗施加向下的正應力，且滑動面與水平方向成一定的角度，如圖1b所示。

圖1 剪切試驗

界面層受剪切力的破壞是在豎向荷載和水平荷載共同作用下產生的，當滑動面與水平方向成45°角時，斜剪試驗能更好地模擬路面實際受荷載壓力的情況，更適合于評價和測定界面層的實際抗剪切強度。本試驗采用拉拔試驗和45°斜剪試驗評價復合式路面剛柔層間強度特性。

采用MTS試驗系統，試驗過程中，控制環(huán)境溫度為25℃，測定黏結強度時拉伸速率為10mm／min，試件直徑為97mm，按4P×103／（πD2）計算黏結強度，其中，P 為豎向拉拔力；D為試件直徑；45°斜剪試驗按照規(guī)定加載速度加載，且拉伸時無明顯振動和偏心，最大荷載為0～100kN，加載速率為10mm／min，試驗時，試件的著力面與加載方向成一定角度α，當對試件施加荷載P時，試件受剪切面上的切向力Q＝Psinα，剪切面上的抗剪強度τ＝（Pcosα）／A，本試驗中加載裝置的剪切角α取45°，試件剪切截面積 為 94.09cm2，試件切割成規(guī)定尺寸為97mm×97mm。

2 室內試驗結果及分析

2.1 界面處治方案

室內成型復合式試件尺寸為30cm×30cm×7cm混凝土板＋30cm×30cm×5cm GAC20PG82瀝青層，實體工程結構為30cm混凝土板＋7cm GAC20PG82瀝青層。本次室內試驗采用的界面處理方式包括：① 對混凝土板表面進行不處理以及刻槽、拉毛、露石處理；② 防水黏結層采用PG82改性瀝青碎石封層處理；③ 防反措施分別采用玻纖格柵、聚酯玻纖布以及經編復合聚酯玻纖布。

具體界面處治方案如下：方案1，混凝土表面不處理＋玻纖格柵＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案2，混凝土表面不處理＋聚酯玻纖布＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案3，混凝土表面不處理＋經編復合聚酯玻纖布＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案4，混凝土表面刻槽＋玻纖格柵＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案5，混凝土表面刻槽＋聚酯玻纖布＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案6，混凝土表面刻槽＋經編復合聚酯玻纖布＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案7，混凝土表面拉毛＋玻纖格柵＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案8，混凝土表面拉毛＋聚酯玻纖布＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案9，混凝土表面拉毛＋經編復合聚酯玻纖布＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案10，混凝土表面露石＋玻纖格柵＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案11，混凝土表面露石＋聚酯玻纖布＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層；方案12，混凝土表面露石＋經編復合聚酯玻纖布＋PG82改性瀝青碎石封層＋PG82瀝青面層。

2.2 混凝土基層表面處理方式的影響

對上述12種界面處治方案進行室內拉拔試驗和45°斜剪試驗，每種方案采用3組試件進行平行試驗，由于平行試驗結果的標準差較小，取試驗平均值作為試驗結果代表值，不同方案黏結強度和抗剪強度結果見表1所列。

表1 不同界面處治方案的室內黏結與抗剪強度試驗結果

從表1可看出，不同處治方案的復合式結構中，層間黏結強度或抗剪強度都有較大差異，其中強度最大的為方案12，最小的為方案1，兩者黏結強度相差60.6%，抗剪強度相差62.9%，這說明層間處治對復合式路面結構層間強度有顯著影響。單考慮混凝土基層表面處理工藝，對比不同處理工藝下的層間強度，結果如圖2所示。

從圖2可看出，4種方案中，表面不處理和拉毛層間黏結強度和抗剪強度較低，刻槽與露石層間強度較高，其中露石工藝最高。

圖2 不同混凝土表面處理強度比較

試驗結果表明，對于新建剛柔復合式路面，剛性基層表面浮漿和污染物的處理效果對于界面層強度有著至關重要的影響。如果對混凝土基層表面不進行處理，不能破除浮漿和形成一定的粗糙度，會使層間強度變弱；拉毛只是在混凝土表面形成微弱的紋理，該工藝可以在一定程度上破除浮漿并形成一定的粗糙界面，但從試驗結果來看，其效果并不理想；相比于拉毛，刻槽的效果明顯要好，其黏結強度和抗剪強度都有明顯提升，但與露石相比，還有一定的差距，原因在于混凝土表面刻槽有一定的間距，對浮漿的處理或粗糙度的形成都帶有局部性，而露石工藝則處理較為全面。經過露石處理的混凝土基層表面，完全破除了浮漿，并形成良好的粗糙構造，如圖3所示，其層間黏結強度和抗剪強度均大大增加。

圖3 露石處理效果

2.3 防反工藝的影響

防反作為剛柔式路面結構中比較重要的一道工藝，其作用主要是防治或延緩反射裂縫的發(fā)生和向上擴展。本研究發(fā)現，某些防反工藝除了防反作用外，還可以有效增加剛柔層間的黏結和抗剪強度，但不同防反材料的增強效果不同。上述試驗結果表明，在混凝土基層表面處理方式中，不處理和拉毛處理剛柔層間強度較差，在施工中不建議采用，故本文只分析刻槽和露石處理2種界面方式。采用3種防反工藝時的剛柔層間強度變化如圖4所示，圖4中，防反工藝1代表玻纖格柵，2代表聚酯玻纖布，3代表經編復合聚酯玻纖布。

圖4 3種防反工藝層間強度變化

由圖4可知，對混凝土基層表面進行刻槽處理，采用3種防反工藝時，剛柔層間強度有差異，層間黏結強度和層間的大小排序為經編復合聚酯玻纖布＞聚酯玻纖布＞玻纖格柵；層間抗剪強度大小排序同樣為經編復合聚酯玻纖布＞聚酯玻纖布＞玻纖格柵；對混凝土基層進行露石處理，3種防反工藝的剛柔層間黏結和抗剪強度變化規(guī)律相同，從大到小為：經編復合聚酯玻纖布＞聚酯玻纖布＞玻纖格柵。根據研究結果可知，從改善剛柔層間強度考慮，不建議使用玻纖格柵。

與基層表面刻槽處理相比，露石處理后，3種防反工藝的層間強度整體偏大，從玻纖格柵到聚酯玻纖布，再到經編復合聚酯玻纖布的層間強度增幅明顯，說明混凝土基層表面處理效果越好，防反材料所起的作用越大。

從表1也可以看出，當混凝土基層表面不處理或采用拉毛處理時，采用3種防反工藝，其剛柔層間強度的變化規(guī)律類似，這說明層間強度的增加是由于防反材料本身的特性引起的。

聚酯玻纖布和經編復合聚酯玻纖布之所以能增加層間的黏結和抗剪強度，是因為聚酯玻纖布具有玻璃纖維的高強度和聚酯纖維的柔韌性，當熱瀝青滲透到其中時，能使其與混凝土板和封層形成一種吸附性的黏貼狀態(tài)，這種狀態(tài)的黏貼效果遠遠好于封層直接與混凝土板接觸，從而增加了層間的強度。而經編復合聚酯玻纖布除了聚酯玻纖布的優(yōu)點外，還兼具玻纖格柵加筋的作用，將其黏貼在剛性基層上，在其上鋪筑熱瀝青同步碎石封層，通過加筋作用使經編復合聚酯玻纖布與封層和混凝土板更好地結合，增大了其黏結力，形成的界面層因為加筋的緣故，在抗剪切滑移性能上也有大幅提升，因此經編復合聚酯玻纖布優(yōu)于聚酯玻纖布。根據玻纖格柵的物理特性和試驗結果，認為其在改善層間強度方面不發(fā)揮作用。

3 施工現場檢測結果及評價

室內試驗結果表明，混凝土基層表面不處理和拉毛處理時，層間黏結強度和抗剪強度較差，當剛柔層間采用玻纖格柵防反時，對層間強度的改善非常有限，所以結合工程實際，摒棄了效果較差的方案，具體試驗采用方案5、方案6、方案11和方案12。

在檢測方法上，室外測試層間黏結強度采用拉拔儀，其拉伸速率、測試溫度、試件直徑以及計算方法與室內試驗相近；測試層間抗剪強度時，考慮到操作的可行性以及對路面的破壞程度，則采用直剪儀，與室內的斜剪試驗相比，直剪試驗雖然只施加了水平的力，但也能較好地檢測層間抗剪切狀態(tài)。

已有研究表明，現場檢測的數據變異性比較大［9］，又因為瀝青的黏彈塑性，不同溫度測試的結果換算成等溫度時誤差較大，為了準確檢驗現場層間性能實際狀態(tài)，本試驗在現場檢測時加大了檢測頻率，并結合環(huán)境情況使每次的檢測溫度接近25℃。對每種方案的檢測結果求平均值，見表2所列，現場檢測結果與室內試驗結果對比如圖5所示。

表2 現場黏結與抗剪強度試驗結果

圖5 室內外層間黏結強度和抗剪強度對比

由表2可知，混凝土基層表面經過露石處理的方案11和方案12層間強度要好于經過刻槽處理的方案5與方案6；在露石與刻槽處理方式中，采用經編復合聚酯玻纖布防反工藝的方案12與方案6的層間強度要分別好于采用聚酯玻纖布的方案11與方案5，該結果與室內研究結果一致。因此，為了保證層間黏結和抗剪強度，在實際施工中推薦采用露石技術處理混凝土表面，采用經編復合聚酯玻纖布作為防反工藝。

由圖5可知，黏結強度和抗剪強度的現場檢測結果與室內試驗結果相比稍微偏低。造成這一現象可能與現場的施工質量和試驗條件有關。復合式路面的剛柔層間狀態(tài)由混凝土基層表面處理效果、防反工藝及熱瀝青同步碎石封層共同決定，現場施工時碎石的潔凈程度與試驗室相比可能要差一些，從而造成封層與瀝青面層以及防反層的結合效果不及室內復合試件，容易造成在層間形成一個相對較為薄弱的夾層，從而影響到層間的黏結和抗剪強度［10］。另外，現場抗剪強度檢測時，采用直剪試驗只施加了水平的力，可能與路面實際受力狀態(tài)有一定的差異，造成抗剪強度測試結果稍微偏低。

4 結 論

本文通過室內試驗研究和現場實體工程檢測相結合的方式，采用拉拔試驗和抗剪試驗研究了在新建復合式路面中，4種界面處理方式和3種防反材料對界面層強度的影響，得出如下結論：

（1）通過室內和現場測試不同混凝土界面處理方式的層間黏結強度和抗剪強度發(fā)現，混凝土表面不處理與拉毛處理的層間強度較差，刻槽與露石處理的層間強度較好，其中露石處理效果要優(yōu)于刻槽處理。

（2）通過研究不同防反材料對層間強度的影響發(fā)現，經編復合聚酯玻纖布對層間黏結和抗剪強度的改善效果最好，聚酯玻纖布次之，玻纖格柵改善效果不明顯。

（3）要使層間強度最大化，建議混凝土表面采用露石技術處理，并采用經編復合聚酯玻纖布作為防反材料，現場施工時須保證封層碎石的潔凈程度。

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