超薄罩面層間黏結(jié)性能評(píng)價(jià)及檢測(cè)方法對(duì)比分析

謝婷婷

（山西省公路局朔州分局,山西 朔州 036001）

0 引言

超薄罩面作為一項(xiàng)新型路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)，具有施工簡(jiǎn)便、快速高效、對(duì)交通影響小等優(yōu)點(diǎn)，可有效提升路面平整度，保證車(chē)輛運(yùn)行安全。但由于施工、材料性能等各方面因素影響，極易出現(xiàn)層間黏結(jié)性能失效問(wèn)題，造成擁包、剝離等質(zhì)量病害，降低道路使用性能，威脅行車(chē)安全，縮短運(yùn)營(yíng)年限。相較于常規(guī)加鋪層，超薄罩面所用材料、配比、結(jié)構(gòu)形式、施工工藝各不相同，且層間黏結(jié)行為也存在較大不同，利用常規(guī)加鋪層黏結(jié)性能評(píng)價(jià)及檢測(cè)方式對(duì)超薄罩面層間黏結(jié)性能實(shí)施檢測(cè)存在較大局限性[1]。因此，該文系統(tǒng)分析了超薄罩面層間黏結(jié)性能評(píng)價(jià)及檢測(cè)方法，對(duì)提高超薄罩面施工質(zhì)量，保證道路安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，具有重要意義。

1 加鋪結(jié)構(gòu)及層間黏結(jié)受力分析

1.1 普通加鋪層結(jié)構(gòu)及層間受力分析

普通加鋪層結(jié)構(gòu)主要由原始路面、黏結(jié)層、加鋪層組成，受材料性能、施工工藝及施工機(jī)械等各方面因素影響，其厚度一般不低于40 mm。加鋪層覆蓋在原始道路結(jié)構(gòu)表面，用于承擔(dān)和傳遞交通荷載與外界環(huán)境作用，其中以沖擊荷載、豎向壓應(yīng)力、橫向剪切作用最為顯著。加鋪層與原始道路結(jié)構(gòu)之間通過(guò)黏結(jié)層連接形成整體結(jié)構(gòu)，共同承受交通荷載作用，并將荷載傳遞至道路路面結(jié)構(gòu)[2]。一般情況下，道路路面結(jié)構(gòu)受力以豎向壓應(yīng)力及橫向剪應(yīng)力為主。壓應(yīng)力具體是指結(jié)構(gòu)在拉伸作用下產(chǎn)生的方向共線的力，而剪應(yīng)力則是指路面各結(jié)構(gòu)層間產(chǎn)生的方向不共線但平行的力，具體如圖1 所示。

圖1 路面加鋪結(jié)構(gòu)及受力示意圖

若路面加鋪層層間黏結(jié)性能較低時(shí)，黏結(jié)層便成為路面結(jié)構(gòu)受力最不利環(huán)節(jié)，極易產(chǎn)生剪切破壞，主要病害形式包括擁包、開(kāi)裂、剝離等。對(duì)于該種情況，現(xiàn)行《公路工程瀝青路面技術(shù)規(guī)程》中明確了具體的提升路面結(jié)構(gòu)層間抗剪性能的設(shè)計(jì)方式[3]。同時(shí)，適當(dāng)增加加鋪層厚度可有效緩解外界環(huán)境作用對(duì)黏結(jié)層造成的不利影響，顯著增強(qiáng)路面結(jié)構(gòu)層間黏結(jié)效果，提升道路整體性。

1.2 超薄罩面層間黏結(jié)行為及對(duì)比分析

超薄罩面結(jié)構(gòu)與普通加鋪層結(jié)構(gòu)組成基本相同，包括原始路面、黏結(jié)層、加鋪層，但相較于普通加鋪層，超薄罩面加鋪層較薄，通常位于15~20 mm 之間，因此，在交通荷載作用下，二者受力情況存在顯著差異[4]。

為有效了解普通加鋪層和罩面層力學(xué)特性，按照彈性層狀原理，通過(guò)BISAR 系統(tǒng)分別對(duì)兩種加鋪層力學(xué)特性實(shí)施比較分析，針對(duì)豎向及水平荷載條件下單圓荷載中心位置下方2 cm 及4 cm 位置的受力狀況，分析加鋪層厚度差異對(duì)黏結(jié)層豎向及水平應(yīng)力的影響。模擬工況為雙圓均布荷載、標(biāo)準(zhǔn)軸載為單軸雙輪100 kN，當(dāng)量圓半徑為10.65 cm，距離為31.95 cm；假定層間達(dá)到完全結(jié)合狀態(tài)，結(jié)構(gòu)層參數(shù)見(jiàn)表1。應(yīng)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 結(jié)構(gòu)層的主要計(jì)算參數(shù)

表2 結(jié)構(gòu)層水平及豎向應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果

通過(guò)表2 能夠看出：保持其他條件相同時(shí)，當(dāng)黏結(jié)層深度增大時(shí)，結(jié)構(gòu)層受到的水平及豎向應(yīng)力均有所降低，且水平應(yīng)力下降幅度較大。針對(duì)普通加鋪層而言，當(dāng)加鋪層厚度較大時(shí)，其黏結(jié)層深度隨之增大，能顯著降低傳遞至黏結(jié)層表面的荷載作用，以豎向荷載作用下的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力為主。而對(duì)于超薄罩面來(lái)講，由于加鋪層厚度較薄，黏結(jié)層深度相對(duì)較淺，因此其受到的豎向及水平應(yīng)力作用較大，實(shí)際施工時(shí)應(yīng)重視該問(wèn)題[5]。此外，工程實(shí)踐中采用的黏結(jié)層材料大多對(duì)溫度較為敏感，且厚度較薄，當(dāng)夏季溫度較高時(shí)，其層間黏結(jié)性能顯著下降，即在高溫環(huán)境及交通荷載共同作用下超薄罩面層間黏結(jié)能力變化更大。為有效確保超薄罩面在厚度較薄的條件下，仍舊擁有優(yōu)良的層間黏結(jié)能力，充分發(fā)揮路用性能，對(duì)施工材料、配比、工藝等實(shí)施優(yōu)化，例如通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)確定最佳配合比，并利用試驗(yàn)段施工實(shí)踐，確定最佳施工工藝參數(shù)，確保達(dá)到最優(yōu)施工效果；同時(shí)，黏結(jié)層選用的瀝青材料應(yīng)具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性能，60 ℃動(dòng)力黏度不小于20 kPa·s。

由此可見(jiàn)，公路路面養(yǎng)護(hù)施工中，不論采用何種加鋪形式，其層間黏結(jié)性能均是重點(diǎn)考慮因素，直接決定路面路用性能，影響道路使用年限。超薄罩面與普通加鋪層層間黏結(jié)性能與加鋪層厚度密切相關(guān)，相較于普通加鋪層，超薄罩面承受的豎向及水平應(yīng)力較大，且對(duì)交通荷載及外界溫度變化較為敏感[6]。

2 層間黏結(jié)性能評(píng)價(jià)與檢測(cè)方法對(duì)比分析

2.1 黏結(jié)性能指標(biāo)要求與檢測(cè)方法

現(xiàn)行《公路工程瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》及《公路工程瀝青路面施工技術(shù)規(guī)程》中重點(diǎn)針對(duì)瀝青路面壓實(shí)度、平整度、寬度、厚度等相關(guān)指標(biāo)質(zhì)量控制進(jìn)行了明確規(guī)定，但對(duì)于超薄罩面施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、層間黏結(jié)性能控制標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法均未作具體規(guī)定。同時(shí)，地方及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中，對(duì)于層間黏結(jié)性能仍未給出具體要求。現(xiàn)行《公路工程路基路面試驗(yàn)檢測(cè)規(guī)范》中給出了層間黏結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)方法，主要包含拉拔強(qiáng)度與抗剪切強(qiáng)度兩項(xiàng)指標(biāo)?！豆窐蛄汗こ啼佈b層設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程》（JTG/T3364-02—2019）中針對(duì)防水層黏結(jié)性能及檢測(cè)方式作出了相關(guān)規(guī)定?，F(xiàn)有層間黏結(jié)性能指標(biāo)及檢測(cè)方式如表3 所示。

表3 現(xiàn)有層間黏結(jié)性能指標(biāo)及檢測(cè)方法對(duì)比

通過(guò)表3 能夠看出，工程實(shí)踐中，按照相關(guān)施工規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，層間黏結(jié)性能檢測(cè)指標(biāo)具體包含抗剪強(qiáng)度與黏結(jié)強(qiáng)度兩方面。抗剪強(qiáng)度具體指的是道路結(jié)構(gòu)層能夠承受交通荷載作用下產(chǎn)生的剪應(yīng)力作用，其檢測(cè)內(nèi)容包含扭剪強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度等[7]；而黏結(jié)強(qiáng)度具體指的是黏結(jié)層承受豎向荷載作用的性能，其試驗(yàn)方法主要有拉脫試驗(yàn)、拉拔試驗(yàn)等。同時(shí)，還能利用三點(diǎn)、多點(diǎn)彎曲試驗(yàn)對(duì)混合結(jié)構(gòu)層層間黏結(jié)性能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)與檢測(cè)方法的對(duì)比分析

結(jié)合上文分析情況能夠看出，當(dāng)前，對(duì)于普通加鋪層層間黏結(jié)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及檢測(cè)方式多種多樣，且各自具有不同的特征，部分檢測(cè)方式對(duì)檢測(cè)設(shè)備、檢測(cè)環(huán)境要求較高，無(wú)法通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)方式完成；部分檢測(cè)方式檢測(cè)對(duì)象較為復(fù)雜，由材料自身至黏結(jié)層，再到路面結(jié)構(gòu)層，存在較大差異；同時(shí)，還有部分檢測(cè)方式實(shí)際檢測(cè)時(shí)，對(duì)承載條件要求存在一定差別，如有些為豎向荷載工況，有些為水平荷載工況，還有些為豎向荷載與水平荷載共同作用工況[8]。

通過(guò)上述對(duì)超薄罩面層間力學(xué)特性的分析，因其鋪設(shè)厚度較薄，黏結(jié)層深度相對(duì)較淺，在交通荷載作用下，其受到的豎向及水平應(yīng)力作用較大，并且工程實(shí)踐中采用的黏結(jié)層材料大多對(duì)溫度較為敏感，且厚度較薄，在高溫環(huán)境及交通荷載共同作用下超薄罩面層間黏結(jié)性能與普通加鋪層存在一定差異，因此，在確定其層間黏結(jié)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及檢測(cè)方式時(shí)，應(yīng)根據(jù)其力學(xué)特性及黏結(jié)行為特征，采用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)相結(jié)合的方式進(jìn)行檢測(cè)，主要檢測(cè)項(xiàng)目為水平及豎向荷載條件下黏結(jié)強(qiáng)度。同時(shí)，可通過(guò)扭剪強(qiáng)度試驗(yàn)與拉拔試驗(yàn)對(duì)超薄罩面層間黏結(jié)性能實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)[9]，并利用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)對(duì)黏層材料60 ℃動(dòng)力黏度、瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、黏結(jié)性能實(shí)施檢測(cè)，從而對(duì)超薄罩面層間黏結(jié)性能作出有效評(píng)定。

3 工程項(xiàng)目實(shí)例

某公路工程項(xiàng)目，原始路面結(jié)構(gòu)為AC-13 瀝青混凝土路面，由于重載交通影響，瀝青路面產(chǎn)生了諸多裂縫、車(chē)轍、坑槽等質(zhì)量病害，嚴(yán)重影響道路使用性能，縮短使用年限。為有效改善道路路用性能，結(jié)合道路病害實(shí)際情況，通過(guò)綜合研究決定，采取超薄罩面實(shí)施修復(fù)處理[10]，具體處理措施為：先對(duì)原瀝青路面裂縫、車(chē)轍、坑槽等實(shí)施修復(fù)處理，并噴灑SBS 乳化瀝青，灑布量控制在1.0 kg/m2，然后鋪設(shè)厚度為20 mm 的高黏性改性瀝青罩面層。超薄罩面鋪設(shè)完成后對(duì)其黏結(jié)性能實(shí)施檢測(cè)與評(píng)定，具體數(shù)據(jù)如表4 所示。

表4 超薄罩面結(jié)構(gòu)層間黏結(jié)性能檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)表4 能夠看出：此超薄罩面在水平及豎向應(yīng)力共同作用下，其拉拔強(qiáng)度、扭剪黏結(jié)強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，層間黏結(jié)效果優(yōu)良。道路運(yùn)營(yíng)3 個(gè)月后對(duì)罩面層實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，其表面較為完整，未出現(xiàn)開(kāi)裂、剝離、脫落現(xiàn)象。

4 結(jié)論

綜上所述，公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)施工中，超薄罩面鋪設(shè)厚度較薄，在交通荷載作用下，其受到的豎向及水平應(yīng)力作用較大，且在高溫環(huán)境及交通荷載共同作用下其黏結(jié)性能與普通加鋪層存在一定差異。因此，在對(duì)其層間黏結(jié)性能實(shí)施檢測(cè)時(shí)，應(yīng)根據(jù)其力學(xué)特性及黏結(jié)行為特征，科學(xué)選用檢測(cè)方式，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)相結(jié)合的方式對(duì)其水平及豎向荷載條件下黏結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。同時(shí)，利用扭剪強(qiáng)度試驗(yàn)與拉拔試驗(yàn)對(duì)超薄罩面層間黏結(jié)性能實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并利用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)對(duì)黏層材料60 ℃動(dòng)力黏度、瀝青混合料高溫穩(wěn)定性、黏結(jié)性能實(shí)施檢測(cè)，從而對(duì)超薄罩面層間黏結(jié)性能作出有效評(píng)定。