瀝青路面超薄磨耗層層間粘結(jié)強度試驗分析
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康健
(河北省高速公路廊涿管理處 廊坊065000)
摘要 結(jié)合青銀高速公路預(yù)防性養(yǎng)護工程，文中研究了超薄磨耗層路面層間粘結(jié)性能，明確了超薄磨耗層路面層間粘結(jié)強度的最佳試驗溫度。通過直剪試驗、斜剪試驗及拉拔試驗，系統(tǒng)分析了SBS改性瀝青用量、碎石用量及試驗溫度對SBS粘結(jié)防水層強度的影響。結(jié)果表明，SBS改性瀝青灑布量為1. 4～1.6 kg/mz、單粒徑碎石撒布量為55%時，粘結(jié)防水層的力學(xué)性能最優(yōu)。
關(guān)鍵詞 SBS改性瀝青粘結(jié)防水層 抗剪強度 拉拔強度 SBS改性瀝青灑布量 碎石撒布量
層間粘結(jié)是瀝青路面的薄弱層，確保瀝青面層間具有良好的粘結(jié)及抗剪切能力是實現(xiàn)路面功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，超薄磨耗層由于攤鋪厚度較薄，與下承層的粘結(jié)更為關(guān)鍵。設(shè)置粘結(jié)防水層一定程度上可以降低瀝青加鋪層層底的拉應(yīng)力和最大剪應(yīng)力，減緩瀝青加鋪層的反射裂縫，這主要歸功于粘結(jié)防水層對瀝青加鋪層水平方向的加筋作用，對防治瀝青加鋪層路面結(jié)構(gòu)由于舊路面水平位移而引起的反射裂縫非常有效。本文研究SBS改性瀝青粘結(jié)防水層材料組成對層間粘結(jié)強度的影響規(guī)律，為超薄磨耗層工程中粘結(jié)防水層設(shè)計提供依據(jù)。
1 試驗參數(shù)和試驗方法
1.1參數(shù)指標(biāo)
相關(guān)研究表明瀝青路面的橫向最大拉應(yīng)力d，…。均大于縱向最大拉應(yīng)力U y,ma，，σ…。。出現(xiàn)在罩面層層底，最大剪切力為橫向剪切力，出現(xiàn)在粘結(jié)層與罩面層之間。本文以橫向最大拉應(yīng)力和橫向剪應(yīng)力作為粘結(jié)防水層研究參數(shù)，以最不利狀態(tài)下最大應(yīng)力水平不大于材料強度作為控制條件。
1.2試驗方法
采用剪切試驗和拉拔試驗評價粘結(jié)防水層的剪切強度和粘結(jié)強度，直剪試驗?zāi)軉为毞从痴辰Y(jié)層抵抗水平剪切的能力，是材料本身抗剪性能；斜剪試驗反映粘結(jié)層在最不利水平荷載情況下抗剪切的能力，是整個瀝青路面結(jié)構(gòu)的抗剪性能，即粘結(jié)層摩擦阻力及粘結(jié)力的綜合性能�？紤]行駛車輛緊急制動、下坡路段緊急剎車等特殊條件，選擇45。斜剪試驗?zāi)M瀝青路面實際受力情況。
拉拔試驗?zāi)軠?zhǔn)確評價粘結(jié)防水層的粘結(jié)強度，反映了粘結(jié)防水應(yīng)力材料與瀝青混合料結(jié)構(gòu)層之間的粘結(jié)情況，粘結(jié)強度對粘結(jié)防水層的抗剪強度指標(biāo)也有影響。
2試驗方案設(shè)計及試件制作
2.1試驗方案
從SBS防水粘結(jié)層材料組成上考慮，本文以SBS改性瀝青灑布量和單粒徑玄武巖碎石撒布量為主要因素，分析不同用量時粘結(jié)防水層的力學(xué)指標(biāo)變化規(guī)律。
2.2試件制作
為了模擬7.5 cm AC20瀝青混凝土（舊瀝青路面）+粘結(jié)防水層+2.5 cm溫拌SAC10（薄層罩面）的路面結(jié)構(gòu)，將GTM試件鋸開，取7.5 cm高的試件，在其糙面用毛刷均勻涂刷熱SBS改性瀝青（按照面積計算用量）用毛刷均勻涂刷，將7. 2～9.5 mm單粒徑碎石（按照面積設(shè)計碎石用量）均勻、牢固地擺放在熱瀝青涂層上，將其裝入GTM試模，添加135℃溫拌SAC10混合料（按照毛體積密度計算用量），啟動GTM旋轉(zhuǎn)剪切壓實試驗機壓實成型。
3試驗溫度
3.1 剪切試驗溫度
瀝青材料彈塑性變化對環(huán)境溫度敏感性強，為探索高溫季節(jié)瀝青路面溫度的變化情況，采用打洞測溫法對石家莊地區(qū)氣溫、路表溫度及不同深度溫度的關(guān)系進行了測定，其中2次時間段測試結(jié)果見圖1。
隨著深度增加，瀝青路面溫度變化與氣溫變化的滯后性越明顯，SBS粘結(jié)防水層所處深度的最高溫度出現(xiàn)在12：00～16：00之間，最高溫度為58℃，當(dāng)天最高氣溫為41℃，路表最高溫度為67℃。
模擬高溫季節(jié)最不利條件，確定SBS改性瀝青粘結(jié)防水層試驗溫度為50，60和70℃。
3.2拉拔試驗溫度
高溫季節(jié)粘結(jié)防水層的高溫約為60。C，因此首先將試驗溫度確定為60℃，試驗中由于粘結(jié)層SBS瀝青塑性明顯，在自重作用下即發(fā)生破壞，不能確切得到粘結(jié)強度結(jié)果。按照表1中方案3成型4組試件，每組3塊，分別在10，20，30和40。C條件下進行試驗，結(jié)果見圖2。
由圖2a)可見，隨試驗溫度升高，拉拔強度迅速降低，溫度達到60℃時，試件粘結(jié)強度已經(jīng)很低；由圖2b）及2c)可見隨試驗溫度升高，試驗標(biāo)準(zhǔn)差越來越大，變異系數(shù)在20℃時最小。這是因為SBS改性瀝青粘度降低使隨機因素對試驗結(jié)果的影響占居主導(dǎo)地位，而SBS灑布量、碎石撒布量等試驗設(shè)計因素將居于次要地位，在20 0C時，試驗隨機誤差最小，因此確定以下試驗按照20℃控制試驗溫度。
4試驗結(jié)果分析
按照剪切試驗為60℃、拉拔試驗為20℃控制試驗溫度，試驗速率為50 mm／min，試驗結(jié)果見表1。
4.1 SBS改性瀝青灑布量的影響
圖3為SBS改性瀝青灑布量一層間強度變化曲線。
由圖3知。
(1) SBS改性瀝青隨灑布量的增加，直剪強度先增大，之后又不斷減小，在灑布量為1.6～1.8 kg/m2達到最大值230 kPa。而橡膠改性瀝青隨灑布量的增加，直剪強度逐漸增大，峰值為241 kPa。
(2)在試驗選取的SBS改性瀝青灑布量范圍內(nèi)，45。斜剪強度呈不斷增大趨勢，在2.0 kg/mz達到最大值1 545 kPa。
(3)隨SBS改性瀝青灑布量從2.0 kg/m2開始減少，拉拔強度不斷增大，在灑布量為1.4kg/m2時達到最大，之后又迅速減小，從這一點上考慮，粘結(jié)防水層的最佳SBS改性瀝青灑布量推薦為1. 2～1.6 kg/m2。
4.2碎石撒布量對層間強度的影響
圖4為碎石撒布量-剪切強度變化曲線。
由圖4見，隨7. 2～9.5 mm單粒徑碎石撒布量的增大，直剪強度和45。斜剪強度均呈現(xiàn)先增大，之后又不斷減小變化規(guī)律，各指標(biāo)的最大值均出現(xiàn)在在撒布量為55%時，分別為236 kPa和1 349 kPa。
隨著7. 2～9.5 mm單粒徑碎石撒布量的增大，拉拔強度均呈現(xiàn)先增大，之后又不斷減小變化規(guī)律，在撒布量為50%～55%范圍內(nèi)出現(xiàn)拉拔強度峰值。
4.3環(huán)境溫度對層間剪切強度的影響
按照SBS改性瀝青灑布量為1.6 kg／m2、單粒徑玄武巖碎石撒布量為55%制作試件，按照試驗溫度分別為50，60和70℃進行剪切試驗，試驗結(jié)果見表2。
由表2見，隨環(huán)境溫度的不斷升高，直剪強度和45。斜剪強度均呈下降趨勢。直剪強度在60～70℃溫度范圍內(nèi)降幅大，而45。斜剪強度下降主要發(fā)生在50～60℃溫度范圍內(nèi)。
5試件外觀分析
豎向切開試件觀察，發(fā)現(xiàn)在SBS改性瀝青灑布量從1.2 kg/m2增大到2．O kg/m2的過程中，SBS改性瀝青擠入加鋪層的高度曲線從0.5 mm逐漸上升到1.2 mm，這時超薄磨耗層路面發(fā)生泛油現(xiàn)象的概率將大大增加。
6結(jié)論
在2010年青銀高速公路預(yù)防性養(yǎng)護工程中，與溫拌薄層罩面技術(shù)相結(jié)合，在粘結(jié)防水層施工中應(yīng)用了以上研究成果，路面運營3年后，路面技術(shù)狀況良好。
(1)隨SBS改性瀝青灑布量的增加，直剪強度先增大，之后不斷減小，在灑布量為1. 6～1.8kg/mz達到最大值230 kPa;45。斜剪強度呈不斷增大趨勢，在2．O kg/m2達到最大值1 545 kPa;拉拔強度先增后減，在灑布量為1.4 kg/m2時達到最大。結(jié)合外觀狀況分析，建議SBS改性瀝青灑布量為1.4 kg/m2。
(2)隨7.2～9.5 mm單粒徑碎石撒布量的增大，直剪強度和45。斜剪強度均呈現(xiàn)先增大，之后又不斷減小變化趨勢，各指標(biāo)的最大值均出現(xiàn)在撒布量為55%時，分別為220 kPa和1 050kPa。拉拔強度先增后減，在撒布量為50%～55%范圍內(nèi)出現(xiàn)拉拔強度峰值，確定碎石撒布量為55%。
(3)隨環(huán)境溫度不斷升高，層間抗剪強度迅速下降，由50 0C升高至70。C過程中直剪強度（斜剪強度）下降了65%(35%)，這一試驗結(jié)果說明高溫季節(jié)及時進行灑水降溫對防止路面剪切破壞有積極意義。
