道路界面黏結(jié)劑對其抗剪性能影響試驗與分析

邵珠濤，丁建友，張亞財

（中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

0 前 言

瀝青道路面層由多層瀝青混凝土結(jié)構組成，在層間灑鋪乳化瀝青，以保證面層的整體性，層間黏結(jié)瀝青類型和用量為影響面層整體性的主要因素，若材料和用量不當，將會導致道路出現(xiàn)擁包、裂縫、坑槽等病害。層間黏結(jié)劑所能發(fā)揮的效果直接影響到鋪面結(jié)構的整體性及使用性能，文獻［1～3］應用有限元軟件分析了在不同層間接觸條件和不同荷載作用下，路面結(jié)構的響應差異。瀝青道路面層結(jié)構是一種典型的層狀結(jié)構，常規(guī)面層結(jié)構為兩層或三層。研究發(fā)現(xiàn)，由于鋪裝各層材料性質(zhì)的差異和施工缺陷的存在，使得層間易出現(xiàn)黏結(jié)不足的問題，從而會導致層間抗剪能力的降低［4］。層間黏結(jié)性能受多種因素的影響，文獻［5］研究了瀝青種類、溫度、水、凍融等因素對橋梁防水黏結(jié)層層間抗剪能力的影響，文獻［6］針對作為黏層材料使用的高黏乳化瀝青進行了性能評價。黏結(jié)材料自身性能是影響面層結(jié)構整體性的重要因素，文獻［7］重點分析了溫度、瀝青針入度、瀝青種類以及界面含灰量對層間黏結(jié)性能的影響，并對不同影響因素下層間材料的黏結(jié)強度進行了測試評價。以上研究為增加道路面層間的黏結(jié)性和提高道路面層的整體性提供了寶貴經(jīng)驗，但研究重心為在不同環(huán)境下，黏層可發(fā)揮的作用或者乳化瀝青本身性能指標對黏層的影響，未能針對具體瀝青類型和用量對黏層的影響作出評價，因此，對路面黏層的施工指導意義有限。鑒于此，本研究以道路瀝青面層結(jié)構作為對象，考慮黏層材料類型和用量，通過室內(nèi)剪切試驗，為層間黏結(jié)合理選材和選量提供試驗支撐。

1 試驗材料與設備

1.1 試驗材料

為提高瀝青混合料面層間抗剪能力，便于合理選材，本研究選取幾種典型黏層材料通過直剪試驗確定其剪切強度。如圖1所示：上面層混合料采用骨架空隙型OGFC-10，下面層混合料采用懸浮密實型AC-13，其中，粗集料采用玄武巖，細集料為粒徑較小的機制砂，填料采用堿性石料磨細的礦粉，瀝青采用自制的高黏彈改性瀝青。上下層層間選用普通乳化瀝青、高黏彈乳化瀝青及樹脂乳化瀝青做黏層材料，根據(jù)文獻［8］可知，新建道路黏結(jié)層乳化瀝青用量為0.3～0.6L／m2，本次試驗黏結(jié)劑用量分別取0.3L／m2、0.4L／m2、0.5L／m2、0.6L／m2。試驗溫度取常溫狀態(tài)下25℃。OGFC-10和AC-13混合料配比組成見表1。

圖1 路面面層鋪裝結(jié)構示意

表1 OGFC-10及AC-13混合料配比組成

1.2 試件制作

對于瀝青層與瀝青層的試件制作，首先采用單面擊實32次成型鋪裝下層，養(yǎng)護完成后涂抹適量黏結(jié)材料，黏結(jié)材料破乳或干燥后，再單面擊實32次成型鋪裝上層，成型好后養(yǎng)護備用。

1.3 試驗設備

采用自行研制的直剪設備（見圖2），對成型好的黏層試件進行直剪試驗，再對試件層間最大抗直剪強度進行測試（見圖3）。

圖2 直剪設備

圖3 直剪試驗

2 最佳截面黏結(jié)方案確定

影響?zhàn)そY(jié)效果的主要因素包括黏結(jié)劑種類和用量，各因素下選擇不同試驗水平如表2所示。

表2 試驗因素水平

在各試驗因素的交互作用影響下，試件界面具有不同的抗剪切性能，按照正交方法，進行試驗方案設計，并通過直剪試驗得到不同試驗方案下界面抗剪切強度（見表3），通過正交分析，確定了界面最佳黏結(jié)方案為：采用0.5L／m2的樹脂乳化瀝青作為黏結(jié)劑。

表3 直剪強度

3 不同黏結(jié)劑用量對界面抗剪性能的影響規(guī)律分析

分別分析采用普通乳化瀝青、高黏彈乳化瀝青、樹脂乳化瀝青作為黏層劑時，黏結(jié)界面直剪強度隨黏結(jié)劑用量的變化規(guī)律如圖4所示。

由圖4可知，在本次試驗范圍內(nèi)，采用普通乳化瀝青作為黏結(jié)劑，界面抗剪強度隨黏結(jié)劑用量的增加而先升高后降低，采用高黏彈乳化瀝青作為黏結(jié)劑，界面抗剪強度隨黏結(jié)劑用量的增加升高，采用樹脂乳化瀝青作為黏結(jié)劑，界面抗剪強度隨黏結(jié)劑用量的增加而先升高后降低。由此可推測，不同黏結(jié)劑對黏結(jié)界面抗剪強度的影響規(guī)律不同，在外因素不變的情況下，界面抗剪強度由黏結(jié)劑種類和用量共同決定。

圖4 黏結(jié)劑用量對界面黏結(jié)效果的影響規(guī)律

4 不同黏結(jié)劑對界面黏結(jié)效果的影響分析

分析采用普通乳化瀝青、高黏彈乳化瀝青、樹脂乳化瀝青作為黏層劑時，不同黏結(jié)劑用量的面層結(jié)構黏結(jié)界面抗剪強度（見圖5）。

圖5 黏結(jié)劑種類對界面黏結(jié)效果的影響

由圖5可知，采用普通乳化瀝青作為界面黏結(jié)劑，其最佳用量為0.4L／m2，此時，界面抗剪強度最高，為0.88MPa；采用高黏彈乳化瀝青作為界面黏結(jié)劑，其最佳用量為0.6L／m2，此時，界面抗剪強度最高，為0.92MPa；采用樹脂乳化瀝青作為界面黏結(jié)劑，其最佳用量為0.5L／m2，此時，界面抗剪強度最高，為1.25MPa。據(jù)此可知，作為瀝青道路面層黏結(jié)劑，不同黏結(jié)劑的最佳用量不同，采用0.5L／m2的樹脂乳化瀝青作為層間黏結(jié)劑時，道路面層結(jié)構抗剪能力最強。

5 結(jié) 論

（1）道路面層層間黏結(jié)效果的好壞決定了道路面層結(jié)構的抗剪性能，在外因素不變的情況下，黏結(jié)劑類型和用量均會影響界面黏結(jié)效果。

（2）采用不同黏結(jié)劑時，道路面層黏結(jié)界面抗剪能力隨黏結(jié)劑用量的變化規(guī)律不同，采用普通乳化瀝青和樹脂乳化瀝青作為黏結(jié)劑時，界面抗剪強度均隨黏結(jié)劑用量的增加而先升高后降低，采用高黏彈乳化瀝青作為黏結(jié)劑時，界面抗剪強度隨黏結(jié)劑用量的增加而升高。

（3）在本次研究范圍內(nèi)，道路面層界面的最佳黏結(jié)形式為采用0.5L／m2的樹脂乳化瀝青，此時，可最大程度降低因面層整體性差而導致的道路病害。