某瀝青路面薄層罩面乳化瀝青最佳撒布量分析

張敏

（湖南省益陽(yáng)公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司，湖南益陽(yáng) 413000)

0 引言

薄層罩面作為瀝青舊路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，可有效改善路面平整度不足的問題，增加路面強(qiáng)度，改善路面行車性能。但由于薄層罩面較薄，且直接承受道路車流車輪荷載，投入運(yùn)營(yíng)后，極易出現(xiàn)面層推移、擁包等病害，無(wú)法達(dá)到改善路面行車性能的修復(fù)目的，甚至因面層大規(guī)模推移、脫落，加劇了道路行車風(fēng)險(xiǎn)。研究表明，大量薄層罩面推移、脫落等病害，都因薄層罩面與原路面黏結(jié)強(qiáng)度不足引起。基于此，文章通過試驗(yàn)方式，對(duì)某瀝青路面薄層罩面乳化瀝青性能和最佳撒布量進(jìn)行研究，對(duì)保障我國(guó)路面性能、提升路面服役壽命具有重要意義[1]。

1 原材料試驗(yàn)

對(duì)該次研究的某專用改性乳化瀝青原材料，進(jìn)行室內(nèi)黏層材料性能試驗(yàn)，得到該改性瀝青性能指標(biāo)，結(jié)果如下表1。

表1 某專用改性乳化瀝青性能試驗(yàn)結(jié)果

表1 （續(xù)）

由表1 可知，該乳化瀝青材料性能指標(biāo)均能滿足NovaBond 要求，表明該材料性能良好，可作為粘層油使用。此外，試驗(yàn)所用的AC- 13C 瀝青混合料和其他材料也滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。

2 試驗(yàn)過程與結(jié)果

2.1 試驗(yàn)因素和水平

該次研究擬通過層間抗剪試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)方式，確定某專用改性乳化瀝青在不同撒布量下層間抗剪和拉拔性能及其變化趨勢(shì)，并最終確定該黏層材料的最佳撒布量。該次試驗(yàn)下承層材料選擇使用AC- 13C瀝青混合料，通過控制變量，即只改變下承層與薄層罩面間黏層材料的用量，以此定量化地分析材料用量問題，試驗(yàn)因素及水平見表2。

表2 試驗(yàn)因素及水平

2.2 層間剪切試驗(yàn)研究

第一，試件制備與成型：一是試驗(yàn)儀器選擇層間剪切試驗(yàn)儀，該儀器作為一種專用檢測(cè)設(shè)備，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)路面結(jié)構(gòu)層層間抗剪強(qiáng)度；二是為使試驗(yàn)條件更加貼合實(shí)際路面，最大程度保證試塊承受的剪切力與實(shí)際路面一致，該次試驗(yàn)選用100mm 的車轍模具；三是為最大限度模擬實(shí)際路面，試件制備嚴(yán)格按照現(xiàn)行混合料試驗(yàn)規(guī)程，并參照實(shí)際路面工藝條件進(jìn)行；四是試件成型：第一步利用100mm 的車轍模具，成型50mmAC- 13C 下承層，第二步在已成型下承層面層撒布粘層油，第三步在撒布完粘層油的下承層面層，成型50mm 厚薄層罩面[3]，成型情況見圖1。

圖1 試驗(yàn)制備與成型

第二，試驗(yàn)條件設(shè)定：在進(jìn)行層間抗剪試驗(yàn)時(shí)，在所設(shè)置的試驗(yàn)條件如溫度、剪切速率等不同的情況下，所得到的試驗(yàn)結(jié)果也會(huì)存在較大差異。結(jié)合以往試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)和前人試驗(yàn)資料可知，試驗(yàn)溫度可對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成顯著影響，且在一定溫度范圍內(nèi)，抗剪切強(qiáng)度隨試驗(yàn)溫度的升高而降低。該次試驗(yàn)側(cè)重對(duì)常規(guī)溫度范圍下的路面抗剪強(qiáng)度進(jìn)行研究，且由于所采用的儀器最大量程較小，故不對(duì)低溫或高溫條件下的抗剪切性能進(jìn)行研究，最終確定該次試驗(yàn)溫度為25oC。該溫度也經(jīng)常作為其他路面性能試驗(yàn)條件，因此結(jié)果更具普適性。此外，為進(jìn)一步貼合實(shí)際，該次試驗(yàn)不施加反向壓力。

第三，剪切速率設(shè)定，也是該次試驗(yàn)的重要設(shè)定內(nèi)容之一，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生重要影響。由于該次試驗(yàn)屬于強(qiáng)度試驗(yàn)，因此在設(shè)定剪切速率時(shí)，若選擇慢速加載則試驗(yàn)結(jié)果無(wú)法貼合實(shí)際條件；故選擇快速加載，最終將剪切速率設(shè)定為50mm/ min。

第四，試驗(yàn)結(jié)果分析：將儀器所測(cè)定的層間最大抗剪強(qiáng)度值Pmax，以及該次成型的試件截面面積值A(chǔ)代入層間抗剪強(qiáng)度計(jì)算公式，即可算得抗剪強(qiáng)度TB，如計(jì)算公式（1）所示：

式（1）中:TB為抗剪強(qiáng)度，單位為MPa；Pmax為最大剪切荷載，單位為kN；A 為試件截面面積，單位為m2。

第五，不同粘層油用量下的層間抗剪強(qiáng)度值如表3 和圖2所示。由表3 和圖2 可知：首先，隨著粘層油用量增加，層間抗剪強(qiáng)度測(cè)定值呈現(xiàn)出先增加后減小的變化趨勢(shì)；其次，粘層油用量為0.9L· m-2時(shí)，試件的層間抗剪強(qiáng)度最大，達(dá)到1.4204MPa；最后，根據(jù)上述分析可知，采用該改性瀝青作為粘層油時(shí)，最佳撒布量在0.9L· m-2左右[4]。

表3 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同粘層油用量下的層間抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.3 層間拉拔試驗(yàn)研究

第一，試件制備與成型：首先，該次試驗(yàn)所采用的試驗(yàn)儀器為該類試驗(yàn)常用的LGZ- 1 結(jié)構(gòu)層材料強(qiáng)度拉拔儀；其次，試件成型方式與上述所進(jìn)行的剪切試驗(yàn)中試件成型方式一致；再次，試件規(guī)格為長(zhǎng)× 寬×厚=300mm× 300mm× 100mm，有下承層和薄層罩面2層結(jié)構(gòu)；最后，試件成型后[5]，根據(jù)試驗(yàn)尺寸切割即可。

第二，拉拔試驗(yàn)簡(jiǎn)介：拉拔試驗(yàn)是一種通過拉拔儀測(cè)定兩材料之間黏結(jié)強(qiáng)度的方法，常用于檢測(cè)路面相鄰結(jié)構(gòu)層之間的連接強(qiáng)度，以評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)層之間采用的不同黏結(jié)材料或相同黏結(jié)材料不同用量下的黏結(jié)性能。

第三，試驗(yàn)結(jié)果分析：拉拔強(qiáng)度計(jì)算如公式(2)所示:

式(2)中:v 為拉拔強(qiáng)度，單位為kPa；T 為拉拔力，單位為N；S為拉拔受力面積，單位為m2。

第四，不同粘層油用量下拉拔試驗(yàn)結(jié)果見表4 和圖3。由表4 和圖3 可知：首先，撒布量在1.2L· m-2以下時(shí)，隨著撒布量的增加，平均拉拔強(qiáng)度增大；其次，撒布量達(dá)到1.2L· m-2時(shí)，平均拉拔強(qiáng)度達(dá)到最大值，為0.4771MPa；再次，隨撒布量進(jìn)一步增加，試件抗拉拔強(qiáng)度減弱；最后，由以上分析可知，采用該改性瀝青作為粘層油時(shí)，達(dá)到最大拉拔強(qiáng)度的粘層油撒布量在1.2L· m-2左右。

表4 拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖3 不同粘層油用量下的層間拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

第五，對(duì)相同粘層油用量下的試塊拉拔強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度進(jìn)行橫向?qū)Ρ劝l(fā)現(xiàn)，在四個(gè)粘層油撒布梯度下，通過試驗(yàn)測(cè)定試件的抗剪強(qiáng)度值均大于所測(cè)定的拉拔強(qiáng)度值。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的主要原因是該次試驗(yàn)所測(cè)定材料的拉拔強(qiáng)度，僅代表試驗(yàn)所用的粘層油性能，而試驗(yàn)測(cè)定的試件剪接強(qiáng)度，不僅受到試驗(yàn)所用粘層油性能影響，還受到兩層材料之間相互摩擦的影響[6]。

2.4 專用改性乳化瀝青最佳撒布量的確定

分析圖2 圖3 及表4 可知，無(wú)論是試件的抗剪強(qiáng)度還是拉拔強(qiáng)度，均隨著粘層油撒布量的增加，而呈現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(shì)，當(dāng)撒布量在0.9L· m-2附近時(shí)，試件達(dá)到最大抗剪強(qiáng)度；當(dāng)撒布量在1.2L· m-2附近時(shí)，試件達(dá)到最大拉拔強(qiáng)度[7]。

結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，為最大程度保證攤鋪薄層罩面路面服役性能，要求所使用的粘層油材料，不僅要保證薄層罩面與下承結(jié)構(gòu)層之間的黏結(jié)效果，還需要有適量粘層油透入磨耗層中。因此，實(shí)際施工中的粘層油最佳撒布量，應(yīng)適當(dāng)大于試驗(yàn)最佳用量[8]，并進(jìn)一步考慮增加粘層油用量對(duì)道路剪切強(qiáng)度的影響，確定最佳撒布量為1.2L· m-2。

3 結(jié)論

通過試驗(yàn)方式，重點(diǎn)研究了某瀝青路面薄層罩面乳化瀝青性能和最佳撒布量，結(jié)論如下：

其一，層間抗剪試驗(yàn)結(jié)果顯示，粘層油用量在0.9L· m-2附近時(shí)，試件的層間抗剪強(qiáng)度最大，達(dá)到1.4204MPa；

其二，拉拔結(jié)果顯示，粘層油用量在1.2L· m-2附近時(shí)，試件的拉拔強(qiáng)度最大，達(dá)到0.4771MPa；

其三，結(jié)合實(shí)際施工需求，為最大程度保證路面服役性能，確定最佳撒布量為1.2L· m-2。