道路界面黏结剂对其抗剪性能影响试验与分析

2022-06-25邵珠涛丁建友张亚财

水电站设计 2022年2期

邵珠涛，丁建友，张亚财

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南昆明 650051）

0 前言

沥青道路面层由多层沥青混凝土结构组成，在层间洒铺乳化沥青，以保证面层的整体性，层间黏结沥青类型和用量为影响面层整体性的主要因素，若材料和用量不当，将会导致道路出现拥包、裂缝、坑槽等病害。层间黏结剂所能发挥的效果直接影响到铺面结构的整体性及使用性能，文献［1～3］应用有限元软件分析了在不同层间接触条件和不同荷载作用下，路面结构的响应差异。沥青道路面层结构是一种典型的层状结构，常规面层结构为两层或三层。研究发现，由于铺装各层材料性质的差异和施工缺陷的存在，使得层间易出现黏结不足的问题，从而会导致层间抗剪能力的降低［4］。层间黏结性能受多种因素的影响，文献［5］研究了沥青种类、温度、水、冻融等因素对桥梁防水黏结层层间抗剪能力的影响，文献［6］针对作为黏层材料使用的高黏乳化沥青进行了性能评价。黏结材料自身性能是影响面层结构整体性的重要因素，文献［7］重点分析了温度、沥青针入度、沥青种类以及界面含灰量对层间黏结性能的影响，并对不同影响因素下层间材料的黏结强度进行了测试评价。以上研究为增加道路面层间的黏结性和提高道路面层的整体性提供了宝贵经验，但研究重心为在不同环境下，黏层可发挥的作用或者乳化沥青本身性能指标对黏层的影响，未能针对具体沥青类型和用量对黏层的影响作出评价，因此，对路面黏层的施工指导意义有限。鉴于此，本研究以道路沥青面层结构作为对象，考虑黏层材料类型和用量，通过室内剪切试验，为层间黏结合理选材和选量提供试验支撑。

1 试验材料与设备

1.1 试验材料

为提高沥青混合料面层间抗剪能力，便于合理选材，本研究选取几种典型黏层材料通过直剪试验确定其剪切强度。如图1所示：上面层混合料采用骨架空隙型OGFC-10，下面层混合料采用悬浮密实型AC-13，其中，粗集料采用玄武岩，细集料为粒径较小的机制砂，填料采用碱性石料磨细的矿粉，沥青采用自制的高黏弹改性沥青。上下层层间选用普通乳化沥青、高黏弹乳化沥青及树脂乳化沥青做黏层材料，根据文献［8］可知，新建道路黏结层乳化沥青用量为0.3～0.6L／m2，本次试验黏结剂用量分别取0.3L／m2、0.4L／m2、0.5L／m2、0.6L／m2。试验温度取常温状态下25℃。OGFC-10和AC-13混合料配比组成见表1。

图1 路面面层铺装结构示意

表1 OGFC-10及AC-13混合料配比组成

1.2 试件制作

对于沥青层与沥青层的试件制作，首先采用单面击实32次成型铺装下层，养护完成后涂抹适量黏结材料，黏结材料破乳或干燥后，再单面击实32次成型铺装上层，成型好后养护备用。

1.3 试验设备

采用自行研制的直剪设备（见图2），对成型好的黏层试件进行直剪试验，再对试件层间最大抗直剪强度进行测试（见图3）。

图2 直剪设备

图3 直剪试验

2 最佳截面黏结方案确定

影响黏结效果的主要因素包括黏结剂种类和用量，各因素下选择不同试验水平如表2所示。

表2 试验因素水平

在各试验因素的交互作用影响下，试件界面具有不同的抗剪切性能，按照正交方法，进行试验方案设计，并通过直剪试验得到不同试验方案下界面抗剪切强度（见表3），通过正交分析，确定了界面最佳黏结方案为：采用0.5L／m2的树脂乳化沥青作为黏结剂。

表3 直剪强度

3 不同黏结剂用量对界面抗剪性能的影响规律分析

分别分析采用普通乳化沥青、高黏弹乳化沥青、树脂乳化沥青作为黏层剂时，黏结界面直剪强度随黏结剂用量的变化规律如图4所示。

由图4可知，在本次试验范围内，采用普通乳化沥青作为黏结剂，界面抗剪强度随黏结剂用量的增加而先升高后降低，采用高黏弹乳化沥青作为黏结剂，界面抗剪强度随黏结剂用量的增加升高，采用树脂乳化沥青作为黏结剂，界面抗剪强度随黏结剂用量的增加而先升高后降低。由此可推测，不同黏结剂对黏结界面抗剪强度的影响规律不同，在外因素不变的情况下，界面抗剪强度由黏结剂种类和用量共同决定。

图4 黏结剂用量对界面黏结效果的影响规律

4 不同黏结剂对界面黏结效果的影响分析

分析采用普通乳化沥青、高黏弹乳化沥青、树脂乳化沥青作为黏层剂时，不同黏结剂用量的面层结构黏结界面抗剪强度（见图5）。

图5 黏结剂种类对界面黏结效果的影响

由图5可知，采用普通乳化沥青作为界面黏结剂，其最佳用量为0.4L／m2，此时，界面抗剪强度最高，为0.88MPa；采用高黏弹乳化沥青作为界面黏结剂，其最佳用量为0.6L／m2，此时，界面抗剪强度最高，为0.92MPa；采用树脂乳化沥青作为界面黏结剂，其最佳用量为0.5L／m2，此时，界面抗剪强度最高，为1.25MPa。据此可知，作为沥青道路面层黏结剂，不同黏结剂的最佳用量不同，采用0.5L／m2的树脂乳化沥青作为层间黏结剂时，道路面层结构抗剪能力最强。