沥青路面基层表面处治质量控制指标研究

曹晓峰， 朱金鹏

(1.广东省交通集团有限公司， 广东 广州　510623；　2.长安大学 公路学院， 陕西 西安　710064)



沥青路面基层表面处治质量控制指标研究

曹晓峰1， 朱金鹏2

(1.广东省交通集团有限公司， 广东 广州510623；2.长安大学 公路学院， 陕西 西安710064)

[摘要]针对我国规范中对于基层表面处治技术设计的不足，通过对道路所处的环境条件和几何特征进行分析，确定了基于纵坡度和平曲线半径的不同路面结构形式层间工作状态分级指标及标准，并对不同基层表面处治技术的使用效果进行室内试验评价，制定了基于层间工作状态分级的基层表面处治技术设计标准。

[关键词]沥青路面； 层间； 分级； 表面处治技术； 设计标准

0前言

沥青路面采用分层摊铺、分层碾压的施工工艺，使得路面层间接触状态处于完全连续与完全光滑之间的半连续状态，如果对路面层间处理不好，极易使得路面层间出现滑移、层间松散等层间病害，影响道路使用寿命和服务水平[1-3]。由于沥青路面基面层间材料的物理化学性质存在较大的差异性，基面层之间的粘结能力有限，因此基面层间较面面层间更容易成为路面结构中的薄弱环节。

国内目前在层间处治措施上较盲目，研究层间结合状态较多[4-6]，沥青路面层间粘结效果评价也主要考虑剪切试验[7，8]，相关规范涉及不足[9]，而实际工程应用时层间表面处治质量控制较难操作，相应指标研究较少。本文通过建立力学模型，研究不同因素对路面层间力学响应的影响，进而确定了路面层间工作状态的分级指标与标准。通过室内试验，研究了不同基层表面处治技术对层间结合效果的影响，制定了沥青路面基层表面处治技术指标与标准，为相关规范的修订提供技术依据。

1沥青路面层间工作状态分级

通过ANSYS软件建立了各种类型路面结构的力学模型，分析了在超载、温度、纵坡度、平曲线半径以及超载、超高等各种因素作用下路面层间的力学响应。参考国内某高速公路沥青路面层间状态分级文献资料[10]，通过计算确定了纵坡和平曲线半径为影响路面层间受力的主要因素，并以这2个因素为指标将不同类型的路面结构层间工作状态分为四级，见表1。

表1 高速公路沥青路面层间工作状态分级Table1 Theinterlayerworkingconditionclassificationofasphaltpavementinterlayerinfreeway分级最大剪应力/MPa路面形式层间工作状态纵坡/%平曲线半径/m规范值实际值规范要求值极限值一般值最大值实际工况要求值Ⅰ0.46～0.42复合式路面/桥面≤42.5～3.540070010000≤700Ⅱ0.40～0.37复合式路面/桥面≤41.5～2.540070010000700～2000隧道路面≤51.5～3.025040010000≤1000Ⅲ0.40～0.34复合式路面/桥面≤4<1.5400700100002000～10000隧道路面≤5<1.5250400100001000～10000半刚性基层路面≤41.5～2.5400700100001000～3000 Ⅳ0.34～0.25半刚性基层路面≤4<1.5400700100003000～10000 注:在实际工程中,上表中影响工程所属工作状态的单项因素可能隶属于不同的级别,以最不利工况为准。

工程应用中，可以简化为两级工况，Ⅰ级工况即特殊路段，包括复合式路面，桥面和隧道路面；Ⅱ级工况即一般路段，即半刚性基层路面。

2基层表面不同处治措施效果研究

2.1半刚性基层表面处理效果研究

目前半刚性基层表面糙化处理方式主要是除浆拉毛技术。通过将水泥稳定碎石基层顶面除浆拉毛糙化处理后，进行不同类型的室内试验，进而分析水泥稳定碎石基层顶面糙化处理前后的抗滑性能、粘结性能以及抗冲刷性能。

2.1.1基层顶面抗滑性能对比分析

① 构造深度实验。

为比较水泥稳定碎石基层顶面除浆拉毛糙化处理前后对抗滑性能的影响规律，采用铺砂法对除浆拉毛糙化处理前后的试件进行构造深度的测量，试验结果见表2。

表2 基层构造深度实验结果对比表Table2 Theresultscontrastofbasecoursetexturedepthtest基层类型量砂圆直径构造深度/mm实测值平均值标准差拉毛糙化处理前2710.4341940.8472930.3722270.6191721.0772410.5460.6490.267拉毛糙化处理后1023.034953.518844.496913.8051102.643884.1293.6040.688

由表2可以得出：将水泥稳定碎石基层进行10 mm拉毛糙化处理后，构造深度从原来的0.649 mm增加到3.604 mm，增大了4.6倍。经过拉毛糙化处理之后，基层构造深度试验数据更为集中，基层表面构造更为均匀。

② 摩擦系数试验。

为比较水泥稳定碎石基层顶面除浆拉毛糙化处理前后对抗滑性能的影响规律，采用摆式仪法对除浆拉毛糙化处理前后的试件进行测量，实验结果见表3。

表3 基层摩擦系数实验结果对比表Table3 Theresultscontrastofbasefrictionalcoefficienttest除浆拉毛粗糙处理前除浆拉毛粗糙处理后单点测定值平均值标准差单点测定值平均值标准差5364325048765415.29678103948890928.6

分析表3的数据可以得出：将水泥稳定碎石基层进行拉毛糙化处理之后，基层摩擦系数由原来的54增加到92，增大了70%。标准差由原来的15.2减小到8.6，减小了43%。说明基层表面的粗糙程度有了较大的提高，基层界面特性更加均匀。经糙化处理后的基层，基面层间的粘结能力显著增强，受力与变形趋向一致。

2.1.2基面层间剪切强度对比分析

为比较水泥稳定碎石基层顶面除浆拉毛糙化处理前后对抗剪强度的影响规律，对除浆拉毛糙化处理前后的试件进行室内剪切试验，试验温度25℃，试验结果如表4所示。

分析表4的数据可以得出，采取拉毛糙化处理后，试件平均抗剪强度由原来的0.190 MPa增加到0.326 MPa，增幅为72%。从表1中可知，半刚性基层基面层间的最大剪应力在0.25 MPa以上，而糙化处理前的剪应力仅为0.190 MPa，不足以抵抗行车荷载所产生的剪应力，因而将导致基面层间产生剪切推移破坏，而经过糙化处理后，基面层间的剪应力可达到0.326 MPa，可以抵抗行车荷载所产生的剪应力，不会发生剪切破坏病害。

表4 水泥稳定碎石基层面层层间粘结力(剪切)试验结果对比表Table4 Theresultscontrastofcohesiveforce(shearstress)betweencementstabilizedmacadambaseandpavementsurface糙化处理前糙化处理后试件编号抗剪强度/MPa平均值/MPa试件编号抗剪强度/MPa平均值/MPaA10.181A20.203A30.197A40.204A50.166A60.1900.190B10.330B20.317B30.332B40.326B50.318B60.3300.326

2.1.3基面层间拉拔强度对比分析

为比较水泥稳定碎石基层顶面除浆拉毛糙化处理前后对抗拉拔强度的影响规律，对除浆拉毛糙化处理前后的试件进行室内拉拔试验，试验温度25℃，试验结果如表5所示。

表5 水泥稳定碎石基层面层层间粘结力(拉拔)试验结果对比表Table5 Theresultscontrastofcohesiveforce(tensilestress)betweencementstabilizedmacadambaseandpavementsurface糙化处理前糙化处理后试件编号拉拔强度/MPa平均值/MPa试件编号拉拔强度/MPa平均值/MPaA10.454A20.506A30.437A40.480A50.402A60.5010.463B10.635B20.530B30.590B40.633B50.618B60.6360.607

分析表5可以得出：基层拉毛糙化处理后，基面层间平均拉拔强度由原来的0.463 MPa增加到0.607 MPa，增幅为32%。可见基层拉毛糙化处理后，拉拔强度大大提高，层间结合能力增强，从而避免了基面层间早期病害的发生。

2.1.4基层顶面抗冲刷性能对比分析

为比较水泥稳定碎石基层顶面除浆拉毛糙化处理前后对抗冲刷性能的影响规律，对除浆拉毛糙化处理前后的试件进行抗冲刷试验并测量，实验结果见表6。

表6 水泥稳定碎石基层抗冲刷试验结果对比表Table6 Theresultscontrastofcementstabilizedmacadambaseanti-scourtest基层面层结合类型90d冲刷质量损失率/%未除浆拉毛0.20除浆拉毛0.09

分析表6数据可得出：基层经过拉毛糙化处理之后，水泥稳定碎石基层抵抗冲刷的性能得到了很大的提高，90 d冲刷质量损失率由原来的0.20降低到0.09，降幅为55%。通过对基层试件观察发现，未经拉毛糙化处理的试件在冲刷过程中，表面细集料损失较多，冲刷完成后粗集料部分裸露，而经过拉毛糙化处理的试件在冲刷过程中，表面未见有明显变化。这主要是因为在拉毛糙化处理过程中，基层表面的细集料已被清理，因此冲刷后质量损失更小。

2.2刚性基层表面处理效果研究

目前水泥混凝土刚性基层板面(包括桥面、隧道路面)在沥青面层的铺装中，基层板面主要有刻槽、铣刨、抛丸等处理方式。采用不同的处理方式的基层表面粗糙程度有很大的差异，从而影响基面层间的粘结强度。有鉴于此，选取原状、拉毛和刻槽三种水泥混凝土基层表面，防水粘结层采用SBR改性乳化沥青、橡胶沥青、6%SBS改性沥青以及环氧沥青，通过剪切试验研究刚性基层表面处理方式对基面层间抗剪性能的影响，试验温度为25 ℃。制作试件如图1所示，结果如图2所示。

图1　三种基层表面处理后的不同界面状况Figure 1　Three different rigid base surfaces conditions of cement concrete

图2　不同界面特性抗下的抗剪强度对比图Figure 2　The shear strength contrast of different interface characteristics

分析图2可以看出：基层混凝土板的表面处理方式对层间抗剪强度具有一定的影响。随着基层表面粗糙程度的增加，采用不同防水粘结层材料的层间抗剪强度都呈现出先增大后减小的变化。基层面板拉毛处理下的层间抗剪强度最大，未经处理的原状界面抗剪强度最小，刻槽处理下的抗剪强度居中。这是因为随着基层粗糙度的增加，基层骨料与面层骨料之间形成嵌挤作用，基层与面层相互咬合，显著增大了层间的抗剪强度。但随着粗糙度的持续增大，基层与面层之间的有效接触面积会逐渐减小，层间抗剪强度会缓慢下降。可见，经过拉毛糙化处理后的混凝土基层表面，基面层间的结合能力有了较大程度的提高，避免了层间早期病害的发生。

3基层表面处治技术评价指标与标准

在系统归纳力学计算、室内试验及现场应用的基础上，结合本文对基层表面糙化处治技术层间性能的研究，提出了半刚性基层和水泥混凝土刚性基层的室内推荐指标与标准，可以作为半刚性基层和水泥混凝土刚性基层处治措施设计指标及标准。

对于半刚性基层，在综合考虑道路不同工况的实际要求和室内层间剪切拉拔试验的基础上，推荐半刚性基层表面除浆拉毛技术的设计指标为构造深度，采用铺砂法进行检测与评定，要求构造深度≥0.6 mm。

对于水泥混凝土刚性基层，在综合考虑道路不同工况的实际要求和室内层间剪切拉拔试验的基础上，推荐水泥混凝土刚性基层表面不同糙化处治技术的设计指标为糙化深度和构造深度，分别采用3 m直尺与铺砂法进行检测与评定，如表7所示。

表7 水泥混凝土刚性基层表面糙化处治分级评价标准Table7 Theclassificationstandardofrougheningtreat-mentoncementconcreterigidbasesurface工况级别表面处理方式糙化深度/mm构造深度/mmⅠ级抛丸,浅层铣刨3～4≥0.80Ⅱ级铣刨4～6≥0.70射流打毛3～6≥0.60Ⅲ级强力清扫,钢刷划毛2～3≥0.50

4结论

本文通过建立力学模型，分析了不同工况下的层间剪应力控制标准，进而通过大量室内试验，分析

了基层表面不同处治措施下的层间粘结性能的变化情况，建立了沥青路面基层表面处治技术指标及标准，主要结论如下：

① 以纵坡度和平曲线半径为主要影响因素，层间剪应力为主要指标，将半刚性基层路面、复合式路面/桥面、隧道路面进行了层间工作状态分级，并在实际工程中简化为特殊路段与一般路段两级。

② 半刚性基层顶面除浆拉毛处理后，其抗滑性能、抗剪切性能、抗拉拔性能以及抗冲刷性能均有提高。随着混凝土刚性基层表面粗糙度的增大，层间剪切强度呈现出先增大后减小的变化趋势。基层面板拉毛处理的层间抗剪强度最大，未经处理的原状界面抗剪强度最小，刻槽处理的抗剪强度居中。基层表面拉毛处理过的抗剪强度比未经任何处理的原状表面提高了38%。

③ 推荐半刚性基层表面除浆拉毛技术的设计指标为构造深度，采用铺砂法进行检测与评定，要求构造深度≥0.6 mm。推荐水泥混凝土刚性基层表面糙化处治技术的设计指标为糙化深度和构造深度，制定了三个等级工况相应的设计标准，分别采用3 m直尺与铺砂法进行检测与评定。

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Study on Base Surface Treatment Quality Control Indexes of Asphalt Pavement

CAO Xiaofeng1， ZHU Jinpeng2

(1.Guangdong Traffic Group Co.， LTD， Guangzhou， Guangdong 510623， China；2.Chang’an University， School of Highway， Xi’an， Shanxi 710064， China)

[Abstract]In view of the shortage of design standard on base surface treatment technology in our country，the work status of interlayer with different road geometric characteristics were calculated and analyzed.The classification index and the standard of different pavement structure were made，which were based on the longitudinal gradient and plane curve radius.The laboratory tests of different base surface treatment technology application effects was evaluated.On the basis of calculated work status，the design standard of the base surface treatment technology was put forward.

[Key words]asphalt pavement； interlayer； classification of work status； surface treatment technology； design standard

[收稿日期]2014-02-20

[基金项目]国家自然科学基金资助项目(51508204)；广东省交通运输厅科技项目(科技-2015-02-010，科技-2013-02-077)；教育部留学回国人员科研启动基金资助项目(第49批)

[作者简介]曹晓峰(1965-)，男，浙江兰溪人，硕士，高级工程师，从事公路工程建设与管理工作。

[中图分类号]U 415.12

[文献标识码]

[文章编号]1674-0610(2014)03-0147-04