瀝青路面層間粘結(jié)試驗方法比較

瀝青路面層間粘結(jié)質(zhì)量直接關(guān)系到道路的使用性能和服役年限，尤其是長大縱坡路段、小半徑路段、交叉口等特殊路段，層間切向剪應(yīng)力遠高于普通路段，瀝青路面更容易出現(xiàn)層間剪切破壞的問題，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生層間滑移，甚至斷裂分離，引發(fā)U形裂縫、坑槽等路面病害，縮短路面的使用壽命。

目前，有關(guān)瀝青路面層間粘結(jié)性能的研究缺乏統(tǒng)一的試驗評價體系，試驗方法眾多。本文特梳理了國內(nèi)外瀝青路面層間粘結(jié)性能測試的方法，旨在為測試的設(shè)計及結(jié)果比較提供借鑒和依據(jù)。此外，筆者通過研究發(fā)現(xiàn)，剪切試驗是測試瀝青路面層間粘結(jié)性能的有效方法。

路面層間粘結(jié)性能測試的方法

圖1 .路面層間粘結(jié)性能測試試驗方法

目前，路面層間粘結(jié)性能測試中最常用的是室內(nèi)直剪（直接剪切）試驗和單剪（簡單剪切）試驗。

直剪試驗限定試件的破壞面，剪切力直接加載到破壞面的一側(cè)而不是試件表面上。直剪試驗分為兩類：一類使用夾具保持試件位置，另一類使用梁機理施加剪切。

單剪試驗不限定試件的破壞面，剪切力施加在試件表面上，試驗過程中需要使用膠水將試件粘結(jié)固定在試模中。其實各類單剪試驗儀器的原理十分相似，不同點在于剪切力的施加方式和使試件產(chǎn)生相對位移的方式。

直剪試驗和單剪試驗相比，前者不會施加垂直于剪切面的法向力，而后者則相反。

路面層間剪切試驗分析

瀝青路面層間剪切試驗多使用現(xiàn)場取芯或試驗室成型的直徑100mm或150mm的圓柱體試件，還會用到一些儀器，如ASTRA試驗和LPDS試驗（不僅能測試圓柱體試件，還可以測試長方體試件）。

大多數(shù)歐洲國家采用直剪試驗儀進行瀝青路面層間剪切試驗，借助馬歇爾試驗儀進行靜力加載，如Leutner試驗儀、LPDS試驗等，這些儀器大多將變形速率控制在50mm/min。在美國，層間剪切試驗也大多采取直剪試驗，只是不同的研究機構(gòu)提出了不同的直剪試驗，如美國佛羅里達州交通部門提出的FDOT試驗。在這些試驗中，試模、試件尺寸、變形速率均有所不同。

一些國家和研究機構(gòu)在直剪試驗中采用動力加載。英國直剪試驗通常施加頻率為2Hz的正弦剪切荷載。德國德累斯頓工業(yè)大學研發(fā)了能夠?qū)崿F(xiàn)動力加載的Leutner剪切試驗，正弦荷載頻率為1～15Hz，幅值0.005～0.1mm,Romanoshi動態(tài)斜剪試驗加載的周期為0.2s，其中力脈沖持續(xù)的時間為0.05s。我國李盛等學者研發(fā)的復(fù)合式瀝青路面層間剪切疲勞測試的裝置同樣為動態(tài)斜剪試驗，采用MTS試驗機加載，加載頻率為10Hz，試件縱軸與豎直軸夾角為26°3′分。

單剪試驗中各國選用的變形速率各不相同，如英國選用的是1.5mm/min，意大利選用的為2.5mm/min（ASTRA試驗）。

目前，瀝青路面層間剪切試驗中法向力的施加仍具有較大爭議。雖然施加法向力可以更真實地模擬路面結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)和剪切破壞模式，但對于法向力的大小，許多學者提出了不同的意見，仍需進一步研究。

瀝青路面層間剪切試驗溫度通常設(shè)置在20℃到25℃之間。在一些科研項目中，溫度設(shè)置在10℃到40℃之間，但這種設(shè)置對日常的層間質(zhì)量評價并不合適，在高溫狀況下，不同路面層間狀況之間的差異將很難區(qū)分。另外，高溫會增加試件在放入試模等過程中提前發(fā)生破壞的可能性。

試驗的簡便性十分重要，采用夾具裝置固定試件的儀器比需要使用膠水將試件與試模粘結(jié)的儀器操作更方便，可直接安裝在通用試驗儀的加載的儀器比需要單獨實驗裝置的儀器更有優(yōu)勢。試件準備時間長，試驗儀器復(fù)雜笨重，試驗結(jié)果影響因素多的試驗不適用于日常的層間質(zhì)量評定。

當對不同類型的剪切試驗儀的試驗結(jié)果進行表征、分析、比較時，現(xiàn)有的研究同樣未達成統(tǒng)一的意見。研究者對溫度和變形速率的影響達成較為一致的意見，分析時可進行一些轉(zhuǎn)換計算，但對法向應(yīng)力、粘結(jié)層、層間界面平整度等因素在不同試驗中的影響仍存在較大爭議。

結(jié)論

剪切試驗是測試瀝青路面層間粘結(jié)性能的有效方法，設(shè)計或選擇剪切試驗儀器時不要選擇操作復(fù)雜的，要考慮安裝的簡便程度。從試驗簡便性的角度看，采用夾具裝置固定試件的直剪試驗儀比需要使用膠水將試件與試模粘結(jié)的單剪儀器更方便，可直接安裝在馬歇爾試驗儀、MTS試驗儀等通用試驗儀的加載的儀器比需要單獨實驗裝置的儀器更有優(yōu)勢。

現(xiàn)有儀器中試模上部和下部之間剪切縫隙的寬度設(shè)置大多缺乏合理性，需要進一步研究。剪切縫隙寬度過大將產(chǎn)生彎矩，過小將增加試件制作及安放的難度。

瀝青路面層間剪切試驗宜在20℃左右的常溫下進行，高溫試驗條件下不同層間狀況之間的差異將難以區(qū)分，同時高溫會增加試件安放過程中提前發(fā)生破壞的可能性。

施加法向力可以更真實地模擬路面結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)和剪切破壞模式，研究表明法向力對試驗結(jié)果有顯著影響，但法向力大小的確定需要進一步研究。

舒運平 攝