水泥混凝土橋面鋪裝層間黏結(jié)性能研究

顏可珍 ，黃順欣 ，葛冬冬 ，洪哲

（1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

在水泥混凝土橋面鋪裝體系中，瀝青鋪裝層與橋面板的層間黏結(jié)性能的好壞直接決定鋪裝層整體結(jié)構(gòu)的壽命［1］.由于瀝青鋪裝層與橋面板的模量相差較大，當(dāng)兩者組合的結(jié)構(gòu)受到行車荷載的作用時(shí)，層間會(huì)產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力［2］.若層間黏結(jié)性能不足，在行車荷載作用下極易發(fā)生層間剪切破壞，進(jìn)而導(dǎo)致瀝青鋪裝層推移、擁包等病害［3］.溫度對(duì)層間黏結(jié)性能有顯著影響，國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)不同黏結(jié)層的層間黏結(jié)性能展開(kāi)了室內(nèi)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明隨著溫度升高，層間拉拔和剪切強(qiáng)度顯著下降［4-8］.當(dāng)前對(duì)層間黏結(jié)性能的研究，主要集中在探究不同黏結(jié)層材料的剪切或拉拔強(qiáng)度，并依此選擇最佳材料.而針對(duì)層間黏結(jié)性能隨溫度的變化規(guī)律的研究較少，同時(shí)也缺少對(duì)不同黏結(jié)層強(qiáng)度受溫度影響程度的分析.因此，有必要開(kāi)展溫度對(duì)層間黏結(jié)性能影響的研究.

《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）提出，水泥混凝土橋面鋪裝黏結(jié)層材料可采用熱改性瀝青（SBS 改性瀝青或橡膠改性瀝青）、熱改性瀝青碎石、涂料等［9］.SBS（苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物）改性瀝青具有較高的抗低溫變形能力和耐高溫性能，是常用的橋面鋪裝黏結(jié)層材料.橡膠改性瀝青是將廢舊橡膠粉添加至基質(zhì)瀝青中制成的，其路用性能良好，節(jié)約資源，具有較好的發(fā)展前景［10］.根據(jù)前人研究［11］，廢舊輪胎橡膠粉（Waste Tire Rub?ber，WTR）改性瀝青和WTR/APAO（Amorphous Poly Alpha Olefin，α-烯烴聚合物）復(fù)合改性瀝青具備優(yōu)良的性能，適合作為橋面鋪裝黏結(jié)材料使用.AMP-100 二階反應(yīng)型黏結(jié)涂料（以下簡(jiǎn)稱AMP-100 黏結(jié)涂料）常溫下為黑褐色液體，是在天然瀝青與石油瀝青共混物中加入石油基活性反應(yīng)物質(zhì)制成的，通過(guò)機(jī)械噴涂或人工涂刷的方式直接形成黏結(jié)層使用，是橋梁工程中常用的黏結(jié)涂料.

本文選用4 種黏結(jié)層材料（SBS 改性瀝青、WTR改性瀝青、WTR/APAO 改性瀝青、AMP-100 黏結(jié)涂料），以材料涂膜和瀝青+撒布同步碎石兩種方式成型黏結(jié)層.測(cè)得不同溫度條件下的拉拔、直剪、斜剪強(qiáng)度，分析其差異，并采用回歸分析方法探究層間強(qiáng)度隨溫度的變化規(guī)律.根據(jù)不同溫度下層間強(qiáng)度與20 ℃下層間強(qiáng)度的比值，評(píng)價(jià)溫度對(duì)黏結(jié)層黏結(jié)性能的影響程度，并預(yù)估不同溫度下的層間強(qiáng)度值.計(jì)算斜剪與直剪強(qiáng)度比值，分析斜剪強(qiáng)度與直剪強(qiáng)度之間的關(guān)系，以期為水泥混凝土橋面鋪裝層間黏結(jié)性能的評(píng)估和檢測(cè)提供參考.

1 試驗(yàn)材料及試件制備

1.1 試驗(yàn)原材料

1.1.1 黏結(jié)材料

本文使用的4.5%SBS 改性瀝青為I-D 等級(jí)改性瀝青.WTR 改性瀝青由70 號(hào)基質(zhì)瀝青摻加15% 的180 μm（80 目）橡膠輪胎粉制備而成［12-13］.WTR/APAO 改性瀝青由70 號(hào)基質(zhì)瀝青摻加15%WTR 和4%APAO 制成［14-15］.3 種改性瀝青的基本性能見(jiàn)表1.AMP-100 黏結(jié)涂料常規(guī)指標(biāo)如表2 所示.同步碎石采用4.75 mm單粒徑石灰?guī)r碎石.

表1 改性瀝青的基本性能Tab.1 Basic properties of modified asphalt

表2 AMP-100黏結(jié)涂料的常規(guī)指標(biāo)Tab.2 General indicators for AMP-100

1.1.2 瀝青混凝土層及水泥混凝土板

1）瀝青混凝土面層采用AC-13C 型密級(jí)配瀝青混合料，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)符合《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）要求.

2）水泥板采用C40 普通硅酸鹽水泥混凝土，測(cè)得其28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為43.8 MPa.

1.2 拉拔及剪切試驗(yàn)試件制備

1）涂膜黏結(jié)層制備：將養(yǎng)護(hù)完成的水泥混凝土板件除去表面浮漿、鑿毛、沖洗并風(fēng)干.《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）中指出水泥混凝土橋面板表面構(gòu)造深度宜為0.4～0.8 mm，采用鋪砂法測(cè)得鑿毛后的水泥板表面構(gòu)造深度為0.69 mm，滿足要求.將3 種熱改性瀝青加熱至流動(dòng)狀態(tài)后涂刷于水泥板表面，AMP-100 采用冷涂方式.結(jié)合前人研究，改性瀝青用量范圍為1.0～2.0 kg/m2.本文中材料用量統(tǒng)一為1.5 kg/m2.

2）改性瀝青碎石黏結(jié)層制備：完成3 種熱改性瀝青涂刷后，同時(shí)將已在170 ℃下保溫4 h的4.75 mm單粒徑碎石均勻撒布到黏結(jié)層上，并輕壓以使碎石嵌入黏結(jié)層.根據(jù)《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017），碎石推薦撒布率為60%～70%，本試驗(yàn)碎石撒布率為65%左右.

將成型黏結(jié)層后的板件置于車轍板試模中，用碾壓機(jī)碾壓成型4 cm 厚瀝青混合料層.復(fù)合板件制備如圖1所示.

圖1 復(fù)合板件制備Fig.1 Composite plate preparation

組合件成型后，將組合件切割成5 cm×5 cm×8 cm試件用于拉拔試驗(yàn)，以及9 cm×9 cm×8 cm 試件用于剪切試驗(yàn).

2 層間黏結(jié)性能試驗(yàn)

2.1 拉拔試驗(yàn)及分析

拉拔試驗(yàn)（圖2）通過(guò)萬(wàn)能材料試驗(yàn)儀進(jìn)行，試件上下表面與拉拔頭用環(huán)氧樹(shù)脂膠黏結(jié).試驗(yàn)進(jìn)行前先將試件置于保溫箱中保溫4 h后取出.安裝試件后啟動(dòng)儀器，儀器施加豎直方向的拉力直至層間破壞，加載速率為10 mm/min，記錄加載過(guò)程中最大拉力值.

圖2 拉拔試驗(yàn)Fig.2 Pull-out test

拉拔強(qiáng)度計(jì)算公式見(jiàn)式（1）：

式中：σ為拉拔強(qiáng)度，MPa；F為拉力值，N；S為層間面積，mm2.

2.1.1 涂膜黏結(jié)層拉拔試驗(yàn)結(jié)果分析

4種涂膜黏結(jié)層的拉拔試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3.

圖3 涂膜黏結(jié)層拉拔強(qiáng)度Fig.3 Pull strength of coated adhesive layers

根據(jù)20 ℃時(shí)的拉拔強(qiáng)度可以看出，4 種材料的拉拔強(qiáng)度排序由大到小依次為：WTR/APAO 改性瀝青、WTR 改性瀝青、AMP-100 黏結(jié)涂料、SBS 改性瀝青.當(dāng)溫度升高時(shí)，4 種材料的拉拔強(qiáng)度均顯著下降，但大小排序保持不變，表明WTR 改性瀝青與WTR/APAO 改性瀝青在不同溫度條件下均有較高的界面黏結(jié)力.觀察圖3 中數(shù)據(jù)散點(diǎn)，拉拔強(qiáng)度隨溫度的下降趨勢(shì)類似指數(shù)函數(shù)或冪函數(shù)單調(diào)遞減.對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸分析，發(fā)現(xiàn)用單指數(shù)函數(shù)擬合后的擬合優(yōu)度更高，能較好地反映當(dāng)溫度升高時(shí)層間拉拔強(qiáng)度的衰減趨勢(shì).回歸方程展示于圖3，擬合優(yōu)度R2最小值為0.989.單指數(shù)函數(shù)模型見(jiàn)式（2）.

式中：y代表層間拉拔強(qiáng)度；y0、A1、t1為回歸參數(shù)；x代表溫度.

式（2）的導(dǎo)函數(shù)如式（3）所示.

由式（3）計(jì)算得到的數(shù)值顯示了拉拔強(qiáng)度的下降速度，A1與t1是與拉拔強(qiáng)度的溫度敏感性有關(guān)的常數(shù)，兩者共同決定了拉拔強(qiáng)度隨溫度的變化速率.隨著溫度的上升，式（3）計(jì)算值逐漸增大，即拉拔強(qiáng)度下降速度減小.由此可以得出結(jié)論：層間拉拔強(qiáng)度值隨著溫度上升而下降，而下降速度逐漸減小.

為了進(jìn)一步研究不同黏結(jié)層材料的拉拔強(qiáng)度受溫度影響的程度，本文以20 ℃下的拉拔強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度值，計(jì)算其他溫度下拉拔強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)拉拔強(qiáng)度的比值，比值以K1表示，K1計(jì)算方式見(jiàn)式（4）.K1數(shù)值越大，表明材料拉拔強(qiáng)度受溫度影響程度越小，計(jì)算結(jié)果如表3所示.

表3 不同溫度下涂膜黏結(jié)層K1值Tab.3 K1 value of coating film adhesive layer at different temperatures

式中：σt為溫度t時(shí)的拉拔強(qiáng)度；σ20℃為20 ℃時(shí)的拉拔強(qiáng)度.

分析表3 中數(shù)據(jù)可以看出，AMP-100 黏結(jié)層在25 ℃時(shí)的K1值為0.72，低于WTR 改性瀝青和WTR/APAO 改性瀝青，但當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，其K1值下降速度開(kāi)始變緩，至45 ℃時(shí)，AMP-100 黏結(jié)涂料的K1值為0.25，明顯高于3 種熱改性瀝青（0.16～0.19），表明AMP-100黏結(jié)層拉拔強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性最低.

2.1.2 改性瀝青碎石黏結(jié)層拉拔試驗(yàn)結(jié)果分析

3種改性瀝青碎石黏結(jié)層的拉拔試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示.

圖4 改性瀝青碎石黏結(jié)層拉拔強(qiáng)度Fig.4 Pulling strength of modified asphalt gravel adhesive layer

從圖4 中可以看出，3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層在各溫度點(diǎn)的拉拔強(qiáng)度排序一致，從大到小依次為WTR/APAO 改性瀝青碎石、WTR 改性瀝青碎石、SBS改性瀝青碎石，大小順序與同種瀝青的涂膜黏結(jié)層一致.相較于采用同種瀝青的涂膜黏結(jié)層，加入碎石后的層間拉拔強(qiáng)度整體下降，下降幅度最大為27.9%，這是因?yàn)樵诓蝗霾妓槭臓顟B(tài)下，瀝青混凝土層與瀝青膜直接黏結(jié)，而在撒布碎石后一部分黏結(jié)界面被碎石與瀝青膜的黏結(jié)取代，后者的黏結(jié)效果弱于前者，從而使得拉拔強(qiáng)度降低.

用單指數(shù)函數(shù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合后，回歸方程及擬合曲線見(jiàn)圖4，擬合優(yōu)度R2最小值為0.985.計(jì)算3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層的K1值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.

表4 不同溫度下改性瀝青碎石黏結(jié)層K1值Tab.4 K1 value of modified asphalt crushed stone bonding layer at different temperatures

溫度從20 ℃升高到45 ℃，改性瀝青碎石黏結(jié)層的K1值除在35 ℃時(shí)高于同種瀝青的涂膜黏結(jié)層外，其余整體出現(xiàn)下降，表明其拉拔強(qiáng)度受溫度影響程度更大，推測(cè)是由于層間黏結(jié)效果變差，在溫度升高的情況下更容易脫黏.45 ℃時(shí)，3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層的K1值非常接近，表明3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層拉拔強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性差異小.

2.1.3 不同溫度下層間拉拔強(qiáng)度預(yù)估

取不同材料黏結(jié)層在同一溫度點(diǎn)的K1平均值，作為該溫度點(diǎn)層間拉拔強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)層間拉拔強(qiáng)度比值的平均值.當(dāng)已知20 ℃時(shí)的層間拉拔強(qiáng)度時(shí)，各溫度點(diǎn)的層間拉拔強(qiáng)度可通過(guò)K1平均值預(yù)估計(jì)算.當(dāng)采用涂膜黏結(jié)層或改性瀝青碎石黏結(jié)層時(shí)，20～45 ℃的K1平均值計(jì)算結(jié)果如表5所示.

表5 不同溫度下涂膜黏結(jié)層的K1平均值Tab.5 The average of K1 at different temperatures

2.2 直剪試驗(yàn)及分析

應(yīng)用萬(wàn)能材料試驗(yàn)儀進(jìn)行直剪試驗(yàn)（圖5），試件通過(guò)專用夾具固定以實(shí)現(xiàn)層間平面與壓力加載方向平行.試驗(yàn)進(jìn)行前，試件需置于保溫箱中保溫4 h.儀器施加豎向壓力直至層間發(fā)生剪切破壞，加載速率為10 mm/min，記錄加載過(guò)程中最大壓力值.

圖5 直剪試驗(yàn)Fig.5 Straight shear test

直剪強(qiáng)度計(jì)算公式見(jiàn)式（5）：

式中：τ為直剪強(qiáng)度，MPa；F為壓力值，N；S為層間面積，mm2.

2.2.1 涂膜黏結(jié)層直剪試驗(yàn)結(jié)果分析

4種涂膜黏結(jié)層的直剪試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示.

圖6 涂膜黏結(jié)層直剪強(qiáng)度Fig.6 Straight shear strength of coated adhesive layer

根據(jù)圖6 可知，當(dāng)溫度處于20～40 ℃時(shí)4 種涂膜黏結(jié)層在各溫度點(diǎn)的直剪強(qiáng)度排序由大到小依次為WTR/APAO、WTR、SBS、AMP-100.當(dāng)溫度達(dá)到45 ℃時(shí)，AMP-100 的直剪強(qiáng)度超過(guò)WTR 與SBS 改性瀝青，但仍低于WTR/APAO 改性瀝青，WTR/APAO 改性瀝青黏結(jié)層在不同溫度下的抗剪切能力最強(qiáng).

用單指數(shù)函數(shù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，回歸方程見(jiàn)圖6，擬合優(yōu)度R2最小值為0.980.計(jì)算不同溫度下直剪強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)直剪強(qiáng)度（20 ℃）的比值，以K2表示，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表6.

表6 不同溫度下涂膜黏結(jié)層K2值Tab.6 K2 value of the adhesion layer of the coating film at different temperatures

對(duì)比表6和表3中數(shù)據(jù)，可以看出涂膜黏結(jié)層的K2整體低于K1，表明直剪強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性高于拉拔強(qiáng)度.這是因?yàn)樵谥奔粼囼?yàn)中，決定直剪強(qiáng)度的除了瀝青膜的黏結(jié)作用，還有瀝青膜自身的抗剪切能力，這使得層間直剪強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性更高.當(dāng)溫度達(dá)到45 ℃時(shí)，AMP-100黏結(jié)層的K2值明顯高于3 種熱改性瀝青，其直剪強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性在4 種涂膜類材料中最低.3 種熱改性瀝青黏結(jié)層的K2值基本一致，直剪強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性差異較小.

2.2.2 改性瀝青碎石黏結(jié)層直剪試驗(yàn)結(jié)果分析

3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層的直剪試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7.

圖7 改性瀝青碎石黏結(jié)層直剪強(qiáng)度Fig.7 Straight shear strength of modified asphalt gravel adhesive layer

對(duì)比圖6 和圖7，改性瀝青碎石類黏結(jié)層直剪強(qiáng)度相較于同種瀝青的涂膜黏結(jié)層也出現(xiàn)了不同幅度的下降，這是因?yàn)轲そY(jié)效果的減弱使得層間抗剪切能力下降.盡管碎石可以提高層間摩阻力，但由于直剪試驗(yàn)是無(wú)正壓力的剪切試驗(yàn)，摩阻力有限，黏結(jié)力仍然起主導(dǎo)作用.3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層在各溫度點(diǎn)的直剪強(qiáng)度排序一致，由大到小依次為WTR/APAO 改性瀝青碎石、WTR 改性瀝青碎石、SBS 改性瀝青碎石.用單指數(shù)函數(shù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，回歸方程見(jiàn)圖7，擬合優(yōu)度R2最小值為0.988.

計(jì)算3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層的K2值，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7.

表7 不同溫度下改性瀝青碎石黏結(jié)層K2值Tab.7 K2 value of modified asphalt crushed stone bonding layer at different temperatures

在直剪試驗(yàn)中，3種改性瀝青碎石黏結(jié)層與同種瀝青的涂膜黏結(jié)層相比，K2值整體略有上升.推測(cè)是由于碎石增加了層間摩阻力，而摩阻力基本不受溫度的影響，從而使得直剪強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性下降.

2.2.3 不同溫度下層間直剪強(qiáng)度預(yù)估

取不同黏結(jié)層在同一溫度點(diǎn)的K2平均值，作為該溫度點(diǎn)層間直剪強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)層間直剪強(qiáng)度（20 ℃）比值的平均值.當(dāng)已知20 ℃時(shí)的層間直剪強(qiáng)度時(shí)，各溫度點(diǎn)的層間直剪強(qiáng)度可通過(guò)K2平均值預(yù)估計(jì)算.采用涂膜黏結(jié)層或改性瀝青碎石黏結(jié)層時(shí)，20～45 ℃的K2平均值計(jì)算結(jié)果如表8所示.

2.3 斜剪試驗(yàn)及分析

在受力狀態(tài)上，斜剪試驗(yàn)更接近路面的實(shí)際受力狀態(tài).研究表明，采用45°角的斜剪試驗(yàn)更能反映車輛軸載與剎車荷載的共同作用，并且更加安全［16-17］.因此本試驗(yàn)選擇45°作為剪切角.通過(guò)萬(wàn)能材料試驗(yàn)儀以及自主設(shè)計(jì)的夾具進(jìn)行45°斜剪試驗(yàn)（圖8），加載速率設(shè)置為10 mm/min，記錄層間剪切破壞過(guò)程中的最大豎向壓力，根據(jù)公式（6）計(jì)算斜剪強(qiáng)度：

圖8 斜剪試驗(yàn)Fig.8 Oblique shear test

式中：τ為斜剪強(qiáng)度，MPa；F為壓力值，N；S為層間面積，mm2.

2.3.1 涂膜黏結(jié)層斜剪試驗(yàn)結(jié)果分析

4 種涂膜黏結(jié)層的45°斜剪試驗(yàn)結(jié)果如圖9所示.

圖9 涂膜黏結(jié)層斜剪強(qiáng)度Fig.9 Oblique shear strength of coated adhesive layer

對(duì)比直剪強(qiáng)度，4種涂膜黏結(jié)層的斜剪強(qiáng)度值整體明顯提升.考慮到斜剪試驗(yàn)更能模擬鋪裝層實(shí)際受力狀態(tài)，因此斜剪強(qiáng)度更接近層間實(shí)際的抗剪強(qiáng)度.在溫度上升的過(guò)程中，3 種改性瀝青的斜剪強(qiáng)度由大到小依次為WTR/APAO 改性瀝青、WTR 改性瀝青、SBS改性瀝青.AMP-100黏結(jié)涂料在溫度低于35 ℃時(shí)，斜剪強(qiáng)度值在4 種涂膜材料中最低；但當(dāng)溫度超過(guò)35 ℃時(shí)，AMP-100 黏結(jié)涂料斜剪強(qiáng)度超過(guò)WTR改性瀝青和SBS 改性瀝青.用單指數(shù)函數(shù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，回歸方程及擬合曲線見(jiàn)圖9，擬合優(yōu)度R2最小值為0.980.從前文已知，拉拔強(qiáng)度和直剪強(qiáng)度隨溫度上升而下降，但下降速度逐漸減緩.而觀察圖9 中溫度-斜剪強(qiáng)度擬合曲線，下降速度的變化率明顯更低，偏向于線性下降.

圖10展示了以WTR 改性瀝青為黏結(jié)層時(shí)，在直剪試驗(yàn)和斜剪試驗(yàn)下的層間剪切破壞面.

圖10 層間剪切破壞面Fig.10 Interlayer shear failure surface

從圖10 中可以看出，相對(duì)于直剪試驗(yàn)的剪切破壞面［圖10（a）］，斜剪試驗(yàn)的剪切破壞面［圖10（b）］有明顯的集料滑動(dòng)痕跡以及部分集料碎屑?xì)埩?這表明在斜剪試驗(yàn)中試件受到垂直分力，集料顆粒與水泥混凝土界面的摩擦和嵌擠力迅速增大，從而解釋了斜剪強(qiáng)度相對(duì)于直剪強(qiáng)度顯著提高的原因.

計(jì)算不同溫度下斜剪強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)斜剪強(qiáng)度（20 ℃）的比值，以K3表示，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表9.

表9 不同溫度下涂膜黏結(jié)層K3值Tab.9 K3 value of the adhesion layer of the coating film at different temperatures

對(duì)比涂膜黏結(jié)層直剪強(qiáng)度分析中各溫度點(diǎn)的K2值，K3值整體提高，表明斜剪強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性低于直剪強(qiáng)度.這同樣是因?yàn)樵诜ㄏ驂毫Φ淖饔孟?，摩阻力占比的增大使得層間抗剪強(qiáng)度受溫度的影響減小，同時(shí)也使得4 種黏結(jié)層斜剪強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性差距減小，45 ℃時(shí)K3在0.20～0.26范圍內(nèi).

2.3.2 改性瀝青碎石黏結(jié)層斜剪試驗(yàn)結(jié)果分析

3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層的斜剪試驗(yàn)結(jié)果以及溫度-斜剪強(qiáng)度回歸方程見(jiàn)圖11，擬合優(yōu)度R2最小值為0.972.

圖11 改性瀝青碎石黏結(jié)層斜剪強(qiáng)度Fig.11 Modified asphalt gravel bonding layer oblique shear strength

根據(jù)圖11 可知，不同溫度條件下，改性瀝青碎石類黏結(jié)層斜剪強(qiáng)度由大到小依次為WTR/APAO改性瀝青碎石、WTR 改性瀝青碎石、SBS 改性瀝青碎石，并且均高于同種瀝青涂膜黏結(jié)的斜剪強(qiáng)度.這是由于在垂直壓力的作用下，同步碎石的存在提高了摩阻力，從而提高了層間斜剪強(qiáng)度.考慮到鋪裝結(jié)構(gòu)實(shí)際的受力狀態(tài)，改性瀝青碎石黏結(jié)層在服役時(shí)的抗剪切能力優(yōu)于涂膜黏結(jié)層.

計(jì)算3 種改性瀝青碎石黏結(jié)層的K3值，計(jì)算結(jié)果如表10所示.

表10 不同溫度下改性瀝青碎石黏結(jié)層K3值Tab.10 K3 value of modified asphalt crushed stone bonding layer at different temperatures

相比同種瀝青的涂膜黏結(jié)層，改性瀝青碎石黏結(jié)層在40 ℃和45 ℃兩個(gè)溫度點(diǎn)的K3整體上升，推測(cè)是因?yàn)樵跍囟容^高的區(qū)段，作為黏結(jié)層的瀝青膜在剪切力的作用下極易發(fā)生剪切破壞，但在垂直分力的作用下，碎石與混凝土表面的摩擦和嵌合作用起到了減緩層間滑動(dòng)的作用，而該部分作用力只與垂直分力和層間摩擦因數(shù)有關(guān)，因此提高了高溫下層間剪切強(qiáng)度剩余系數(shù).這一結(jié)果表明改性瀝青碎石黏結(jié)層在高溫下的抗剪切性能更突出.

2.3.3 不同溫度下層間斜剪強(qiáng)度預(yù)估

計(jì)算不同材料黏結(jié)層在同一溫度點(diǎn)的K3平均值，作為該溫度點(diǎn)層間斜剪強(qiáng)度與標(biāo)準(zhǔn)斜剪強(qiáng)度（20 ℃）比值的平均值.各溫度點(diǎn)的層間斜剪強(qiáng)度可通過(guò)K3平均值×20 ℃時(shí)的層間斜剪強(qiáng)度值來(lái)預(yù)估計(jì)算.采用兩種類型黏結(jié)層時(shí)的K3平均值計(jì)算結(jié)果如表11所示.

表11 不同溫度下的K3平均值Tab.11 The average of K3 at different temperatures

2.4 直剪/斜剪強(qiáng)度對(duì)比分析

為進(jìn)一步探究斜剪強(qiáng)度與直剪強(qiáng)度之間的關(guān)系及變化規(guī)律，本文計(jì)算了不同材料在各溫度點(diǎn)的斜剪強(qiáng)度與直剪強(qiáng)度比值，圖12和圖13分別展示了比值隨溫度的變化趨勢(shì).

圖13 改性瀝青碎石黏結(jié)層斜剪強(qiáng)度/直剪強(qiáng)度Fig.13 Oblique shear strength/straight shear strength of modified asphalt gravel-like bonding layer

溫度從20 ℃升高到45 ℃時(shí)，涂膜黏結(jié)層的斜剪/直剪強(qiáng)度比值從1.165 升高到2.455，改性瀝青碎石黏結(jié)層的比值從1.560 升高到2.990.在直剪強(qiáng)度中，起主要作用的是瀝青膜的黏結(jié)能力和抗剪切能力，而在斜剪強(qiáng)度中，層間摩阻力迅速增大，這一趨勢(shì)證明，隨著溫度的升高，摩阻力在層間抵抗剪切破壞的過(guò)程中作用增大，因此提高層間摩阻力，如提高水泥界面粗糙度、撒布同步碎石，是提高層間在高溫下抗剪切能力的有效措施.

3 結(jié)論

1）單指數(shù)函數(shù)可以較好地反映溫度變化時(shí)層間拉拔強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度的變化規(guī)律.拉拔強(qiáng)度、直剪強(qiáng)度、斜剪強(qiáng)度與溫度均滿足y=y0+A1e-x/t1，擬合優(yōu)度達(dá)0.970以上.

2）不同溫度下WTR/APAO 改性瀝青黏結(jié)層與WTR/APAO 改性瀝青碎石黏結(jié)層的拉拔和剪切強(qiáng)度值均大于對(duì)照組中的同類黏結(jié)層，表現(xiàn)出良好的力學(xué)性能.此外，AMP-100 黏結(jié)層拉拔和剪切強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性最低.

3）計(jì)算了不同溫度下的層間強(qiáng)度（拉拔強(qiáng)度、直剪強(qiáng)度、斜剪強(qiáng)度）與20 ℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)層間強(qiáng)度的比值，并建立了20～45 ℃范圍內(nèi)的比值表，當(dāng)測(cè)得標(biāo)準(zhǔn)層間強(qiáng)度時(shí)，各溫度點(diǎn)的層間強(qiáng)度可用對(duì)應(yīng)的比值×標(biāo)準(zhǔn)層間強(qiáng)度來(lái)預(yù)估.

4）斜剪強(qiáng)度顯著高于直剪強(qiáng)度，同時(shí)斜剪強(qiáng)度對(duì)溫度的敏感性低于直剪強(qiáng)度.兩者比值隨溫度升高而增大，溫度從20 ℃升高到45 ℃時(shí)，涂膜黏結(jié)層的斜剪/直剪強(qiáng)度比值從1.165 升高到2.455，改性瀝青碎石黏結(jié)層的比值從1.560升高到2.990.