超薄罩面层间黏结性能评价及检测方法对比分析

谢婷婷

（山西省公路局朔州分局,山西 朔州 036001）

0 引言

超薄罩面作为一项新型路面养护技术，具有施工简便、快速高效、对交通影响小等优点，可有效提升路面平整度，保证车辆运行安全。但由于施工、材料性能等各方面因素影响，极易出现层间黏结性能失效问题，造成拥包、剥离等质量病害，降低道路使用性能，威胁行车安全，缩短运营年限。相较于常规加铺层，超薄罩面所用材料、配比、结构形式、施工工艺各不相同，且层间黏结行为也存在较大不同，利用常规加铺层黏结性能评价及检测方式对超薄罩面层间黏结性能实施检测存在较大局限性[1]。因此，该文系统分析了超薄罩面层间黏结性能评价及检测方法，对提高超薄罩面施工质量，保证道路安全稳定运营，具有重要意义。

1 加铺结构及层间黏结受力分析

1.1 普通加铺层结构及层间受力分析

普通加铺层结构主要由原始路面、黏结层、加铺层组成，受材料性能、施工工艺及施工机械等各方面因素影响，其厚度一般不低于40 mm。加铺层覆盖在原始道路结构表面，用于承担和传递交通荷载与外界环境作用，其中以冲击荷载、竖向压应力、横向剪切作用最为显著。加铺层与原始道路结构之间通过黏结层连接形成整体结构，共同承受交通荷载作用，并将荷载传递至道路路面结构[2]。一般情况下，道路路面结构受力以竖向压应力及横向剪应力为主。压应力具体是指结构在拉伸作用下产生的方向共线的力，而剪应力则是指路面各结构层间产生的方向不共线但平行的力，具体如图1 所示。

图1 路面加铺结构及受力示意图

若路面加铺层层间黏结性能较低时，黏结层便成为路面结构受力最不利环节，极易产生剪切破坏，主要病害形式包括拥包、开裂、剥离等。对于该种情况，现行《公路工程沥青路面技术规程》中明确了具体的提升路面结构层间抗剪性能的设计方式[3]。同时，适当增加加铺层厚度可有效缓解外界环境作用对黏结层造成的不利影响，显著增强路面结构层间黏结效果，提升道路整体性。

1.2 超薄罩面层间黏结行为及对比分析

超薄罩面结构与普通加铺层结构组成基本相同，包括原始路面、黏结层、加铺层，但相较于普通加铺层，超薄罩面加铺层较薄，通常位于15~20 mm 之间，因此，在交通荷载作用下，二者受力情况存在显著差异[4]。

为有效了解普通加铺层和罩面层力学特性，按照弹性层状原理，通过BISAR 系统分别对两种加铺层力学特性实施比较分析，针对竖向及水平荷载条件下单圆荷载中心位置下方2 cm 及4 cm 位置的受力状况，分析加铺层厚度差异对黏结层竖向及水平应力的影响。模拟工况为双圆均布荷载、标准轴载为单轴双轮100 kN，当量圆半径为10.65 cm，距离为31.95 cm；假定层间达到完全结合状态，结构层参数见表1。应力计算结果见表2。

表1 结构层的主要计算参数

表2 结构层水平及竖向应力的计算结果

通过表2 能够看出：保持其他条件相同时，当黏结层深度增大时，结构层受到的水平及竖向应力均有所降低，且水平应力下降幅度较大。针对普通加铺层而言，当加铺层厚度较大时，其黏结层深度随之增大，能显著降低传递至黏结层表面的荷载作用，以竖向荷载作用下的拉应力和压应力为主。而对于超薄罩面来讲，由于加铺层厚度较薄，黏结层深度相对较浅，因此其受到的竖向及水平应力作用较大，实际施工时应重视该问题[5]。此外，工程实践中采用的黏结层材料大多对温度较为敏感，且厚度较薄，当夏季温度较高时，其层间黏结性能显著下降，即在高温环境及交通荷载共同作用下超薄罩面层间黏结能力变化更大。为有效确保超薄罩面在厚度较薄的条件下，仍旧拥有优良的层间黏结能力，充分发挥路用性能，对施工材料、配比、工艺等实施优化，例如通过室内实验确定最佳配合比，并利用试验段施工实践，确定最佳施工工艺参数，确保达到最优施工效果；同时，黏结层选用的沥青材料应具有优良的高温稳定性能，60 ℃动力黏度不小于20 kPa·s。

由此可见，公路路面养护施工中，不论采用何种加铺形式，其层间黏结性能均是重点考虑因素，直接决定路面路用性能，影响道路使用年限。超薄罩面与普通加铺层层间黏结性能与加铺层厚度密切相关，相较于普通加铺层，超薄罩面承受的竖向及水平应力较大，且对交通荷载及外界温度变化较为敏感[6]。

2 层间黏结性能评价与检测方法对比分析

2.1 黏结性能指标要求与检测方法

现行《公路工程沥青路面养护技术标准》及《公路工程沥青路面施工技术规程》中重点针对沥青路面压实度、平整度、宽度、厚度等相关指标质量控制进行了明确规定，但对于超薄罩面施工质量标准、层间黏结性能控制标准及检测方法均未作具体规定。同时，地方及行业标准、规范中，对于层间黏结性能仍未给出具体要求。现行《公路工程路基路面试验检测规范》中给出了层间黏结强度检测方法，主要包含拉拔强度与抗剪切强度两项指标。《公路桥梁工程铺装层设计与施工技术规程》（JTG/T3364-02—2019）中针对防水层黏结性能及检测方式作出了相关规定。现有层间黏结性能指标及检测方式如表3 所示。

表3 现有层间黏结性能指标及检测方法对比

通过表3 能够看出，工程实践中，按照相关施工规范、标准规定，层间黏结性能检测指标具体包含抗剪强度与黏结强度两方面。抗剪强度具体指的是道路结构层能够承受交通荷载作用下产生的剪应力作用，其检测内容包含扭剪强度、剪切强度等[7]；而黏结强度具体指的是黏结层承受竖向荷载作用的性能，其试验方法主要有拉脱试验、拉拔试验等。同时，还能利用三点、多点弯曲试验对混合结构层层间黏结性能实时监测。

2.2 评价指标与检测方法的对比分析

结合上文分析情况能够看出，当前，对于普通加铺层层间黏结性能评价指标及检测方式多种多样，且各自具有不同的特征，部分检测方式对检测设备、检测环境要求较高，无法通过现场试验方式完成；部分检测方式检测对象较为复杂，由材料自身至黏结层，再到路面结构层，存在较大差异；同时，还有部分检测方式实际检测时，对承载条件要求存在一定差别，如有些为竖向荷载工况，有些为水平荷载工况，还有些为竖向荷载与水平荷载共同作用工况[8]。

通过上述对超薄罩面层间力学特性的分析，因其铺设厚度较薄，黏结层深度相对较浅，在交通荷载作用下，其受到的竖向及水平应力作用较大，并且工程实践中采用的黏结层材料大多对温度较为敏感，且厚度较薄，在高温环境及交通荷载共同作用下超薄罩面层间黏结性能与普通加铺层存在一定差异，因此，在确定其层间黏结性能评价指标及检测方式时，应根据其力学特性及黏结行为特征，采用现场试验与实验室检测相结合的方式进行检测，主要检测项目为水平及竖向荷载条件下黏结强度。同时，可通过扭剪强度试验与拉拔试验对超薄罩面层间黏结性能实施现场试验[9]，并利用实验室试验对黏层材料60 ℃动力黏度、沥青混合料高温稳定性、黏结性能实施检测，从而对超薄罩面层间黏结性能作出有效评定。

3 工程项目实例

某公路工程项目，原始路面结构为AC-13 沥青混凝土路面，由于重载交通影响，沥青路面产生了诸多裂缝、车辙、坑槽等质量病害，严重影响道路使用性能，缩短使用年限。为有效改善道路路用性能，结合道路病害实际情况，通过综合研究决定，采取超薄罩面实施修复处理[10]，具体处理措施为：先对原沥青路面裂缝、车辙、坑槽等实施修复处理，并喷洒SBS 乳化沥青，洒布量控制在1.0 kg/m2，然后铺设厚度为20 mm 的高黏性改性沥青罩面层。超薄罩面铺设完成后对其黏结性能实施检测与评定，具体数据如表4 所示。

表4 超薄罩面结构层间黏结性能检测结果

通过表4 能够看出：此超薄罩面在水平及竖向应力共同作用下，其拉拔强度、扭剪黏结强度等各项指标均符合标准要求，层间黏结效果优良。道路运营3 个月后对罩面层实施现场检测，其表面较为完整，未出现开裂、剥离、脱落现象。

4 结论

综上所述，公路沥青路面养护施工中，超薄罩面铺设厚度较薄，在交通荷载作用下，其受到的竖向及水平应力作用较大，且在高温环境及交通荷载共同作用下其黏结性能与普通加铺层存在一定差异。因此，在对其层间黏结性能实施检测时，应根据其力学特性及黏结行为特征，科学选用检测方式，通过现场试验与实验室检测相结合的方式对其水平及竖向荷载条件下黏结强度进行检测。同时，利用扭剪强度试验与拉拔试验对超薄罩面层间黏结性能实施现场试验，并利用实验室试验对黏层材料60 ℃动力黏度、沥青混合料高温稳定性、黏结性能实施检测，从而对超薄罩面层间黏结性能作出有效评定。