瀝青混合料層間矩形槽對其黏結(jié)性能的試驗研究

肖首在

中鐵二十四局集團福建鐵路建設(shè)有限公司 福建 福州 350000

1 研究背景

我國瀝青路面層通常由一至三層不同的瀝青混合料組成，上下面層級配有所差異。由于層與層之間的界面比較平整，這樣結(jié)構(gòu)層之間的材料不能互相嵌入對方，層間界面的抗剪強度就非常小，導致整個路面結(jié)構(gòu)在層間界面處的黏結(jié)就比較薄弱，當有外界荷載作用在這樣的路面結(jié)構(gòu)上時，在這些層間界面處力學響應(yīng)就不能完全傳遞，整個路面結(jié)構(gòu)就不能作為一個整體來承擔外界荷載的作用，這樣路面結(jié)構(gòu)就會遭到破壞。

因此，若能設(shè)計出一種使得瀝青層間界面處的材料能夠互相嵌入對方，增大層間界面的抗剪強度的措施，從而減少路面結(jié)構(gòu)的剪切破壞。盡管國內(nèi)外對瀝青路面層間抗剪強度和層間處治技術(shù)進行了大量的研究，但是，關(guān)于通過在瀝青混合料層間界面處壓槽的措施來加強層間界面黏結(jié)力都沒有進行過深入的研究。因此，此次試驗將從這方面入手。

2 馬歇爾試件的制備及剪切試驗

2.1 試驗設(shè)備

2.1.1 矩形方鋼：在此次試驗研究中，初步擬定用到的矩形方鋼尺寸為16×13mm。

2.1.2 剪切儀器：實驗測試儀器為便攜式剪切儀，在兩邊的鐵板上刻兩條槽，將圓柱形試模的一半固定在鐵板槽的一側(cè)，另一半做成可在槽中上下移動的形式。

2.1.3 可控溫的馬歇爾穩(wěn)定度測定儀：在此次剪切試驗中，選擇的試驗溫度為常溫24℃、高溫60℃。

2.2 瀝青混合料試件制備

在此次試驗研究中，瀝青混合料試件擬定為雙層結(jié)構(gòu)，分為上下2層，試件的下層為AC-20（4cm），上面層AC-13（3cm），具體的試件成型過程如下所述。

2.2.1 準備工作。

2.2.1.1 將稱量好的若干份粗細集料、金屬試模及套筒等置于烘箱中加熱至180℃左右。

2.2.1.2 根據(jù)已有的試驗經(jīng)驗，確定下面層（AC-20）的擊實次數(shù)為85次，上面層（AC-13）的擊實次數(shù)為80次，如圖1所示。

圖1 瀝青混合料拌和機及擊實儀

2.2.2 壓槽試件的制作。

2.2.2.1 下面層制作。①從烘箱中取出預熱的試模及套筒，用沾有少許機油的刷子擦拭套筒、底座、矩形方鋼及擊實錘底面，將試模裝在底座上，將矩形方鋼放入試模中，套上套筒和漏斗，先將1/3左右的瀝青混合料鏟入漏斗中，用小金屬棒沿矩形方鋼的兩側(cè)各插搗3～4次，再將剩余的混合料全部鏟入漏斗中，用小金屬棒沿周邊插搗15次，中間10次，插搗后將表面整平。②取掉漏斗，將套筒、試模連同底座一起放在擊實臺上固定。開啟電動機，使擊實錘從457mm的高度自由落下?lián)魧?5次數(shù)。③試件壓實成型后，取下套筒，用鑷子將矩形方鋼取出，并貼好標簽。④卸去底座，將裝有試件的試模橫向放置冷卻至室溫后（不少于12h），置脫模機上脫出試件。

2.2.2.2 上面層的做法大體方式同（2.2.2.1）中做法，其中要注意的是：①要用白油漆標示瀝青混合料的層間界面和矩形槽的走向。②將做好的下面層試件套入試模中，先將1/4的混合料鏟入漏斗及矩形槽中，再將剩余的混合料全部鏟入并按下面層做法插島。③擊實錘從457mm 的高度自由落下?lián)魧?0次。④脫出試件后，將試件置于干燥潔凈的平面上，供剪切試驗用。試件編號用ABMW來表示（A表示上面層為AC-13，B表示下面層為AC-20，M表示層間界面壓槽，W表示層間界面處沒有涂黏層油）[1-2]。

圖2 成型的復合式瀝青混合料馬歇爾試件

2.2.3 不壓槽試件的制作。不壓槽瀝青混合料的拌制方法同2.2.2一樣。其中一組瀝青混合料的層間界面采用平面不壓槽，試件編號用ABPW來表示；另外一組在瀝青混合料層間噴灑黏層油（層間噴灑的黏層油選擇0.4kg/m2），試件編號用ABPO表示。

2.3 瀝青混合料試件剪切試驗

2.3.1 實驗步驟。

2.3.1.1 試驗溫度選擇常溫24℃，然后將剪切儀和試件一起放在保溫箱內(nèi)保溫（24℃）4h。

2.3.1.2 將試件套入剪切儀中，并將剪切儀安置在馬歇爾穩(wěn)定度測定儀上，調(diào)好位移計的位置，使其處于垂直方向。

2.3.1.3 選擇“馬歇爾綜合實驗”選項，按下“試驗”按鈕，開始剪切。

2.3.1.4 剪切結(jié)束后，將剪切試驗結(jié)果打印出來。

2.3.1.5 將試件從剪切儀內(nèi)脫出來，并保存好。

圖3 剪切中試件及破壞后的試件

2.3.2 剪切試驗結(jié)果及分析。

2.3.2.1 瀝青混合料層間壓槽（ABMW）及層間噴灑黏層油（ABPO）時，在常溫及高溫兩種條件下分別對試件進行剪切試驗，結(jié)果如下。

表1 ABPO與ABMW層間剪切試驗結(jié)果

舍棄每組數(shù)據(jù)的錯值，取每組剩下數(shù)據(jù)結(jié)果的平均值作為層間剪力。

圖4 ABMW16×13-2的壓力－位移形變曲線圖

從表2可以看出，試件層間壓槽和噴灑黏層油情況下，壓槽試件在高溫時的層間剪力是常溫時的18.3%，而層間噴灑黏層只有常溫時的14.9%，即瀝青混合料層間壓槽的黏結(jié)性能總體來說比層間噴灑黏層油的效果較好，特別是高溫的情況下。

表2 ABPO與ABMW剪切試驗結(jié)果分析

2.3.2.2 瀝青混合料層間壓槽（ABMW）及層間不壓槽（ABPW）時，在常溫條件下分別對試件進行剪切試驗。

表3 ABPW層間剪切試驗結(jié)果（常溫）

舍棄ABPE-3錯誤數(shù)據(jù)，取其平均值，再同表2中數(shù)據(jù)對比分析，結(jié)果如下。

從表4可以看出，層間界面壓槽的層間剪力比層間不處治增大了29.0%，層間界面噴灑黏層油的層間剪力比層間不處治增大了27.2%。

表4 ABPW、ABPO、ABMW剪切試驗結(jié)果分析（24℃）

綜上，可以得出結(jié)論：在瀝青混合料試件層間壓槽或灑黏層油能夠有效地增大層間的黏聚力。

3 主要結(jié)論及進一步研究建議

3.1 主要結(jié)論

在此次試驗研究中，圍繞著瀝青混合料試件層間壓矩形槽、不同溫度、噴灑黏層油等不同處理措施對其黏結(jié)性能的影響展開了大量的室內(nèi)試驗，通過剪切試驗對瀝青混合料層間黏結(jié)性能進行了系統(tǒng)分析，得到的主要結(jié)論如下：

3.1.1 壓槽或灑黏層油能夠有效地增大層間的黏聚力；

3.1.2 高溫條件下，層間黏結(jié)性能大幅度下降；

3.1.3 層間壓矩形槽和噴灑黏層油兩種情況下，壓槽時的黏結(jié)性能總體來說比噴灑黏層油的效果較好，特別是在高溫條件下[3]。

3.2 進一步研究建議

由于時間和試驗條件有限，對于增大瀝青混合料層間的黏結(jié)性能，此次試驗只是圍繞層間壓槽進行了初步的研究，而此次試驗提出的研究結(jié)論有待于進一步的深化、檢驗和完善，還有一些相關(guān)問題有待進一步研究。

3.2.1 在此次試驗研究中，瀝青混合料層間的矩形槽尺寸選擇16×13mm，應(yīng)對矩形槽不同尺寸時的層間黏結(jié)能力展開研究，選擇最優(yōu)方案。

3.2.2 在此次試驗研究中，層間矩形槽都只有一個，應(yīng)對當層間界面處有多個矩形槽的情況下展開研究，并找出矩形槽最佳間距。

3.2.3 在此次試驗研究中，壓槽或灑黏層油都是單獨進行的，應(yīng)將這兩種措施結(jié)合起來，即在層間壓槽、灑黏層油同時處置，進行試驗研究。