碎石封層主要性能指標試驗分析評價

吳士祥

(黑龍江省公路工程監理咨詢公司)

碎石封層主要性能指標試驗分析評價

吳士祥

(黑龍江省公路工程監理咨詢公司)

摘 要:對同步碎石封層的主要性能和指標進行了試驗研究分析，結果表明，采用低溫敲擊試驗評價封層瀝青與石料低溫粘結性具備可行性;加設碎石封層可使基面層間抗剪切滑移能力增強，路面疲勞壽命提升，對延緩反射裂縫的向上擴展也有明顯功效;此外，加設碎石封層前在基層表面噴灑透層油對提升路面結構整體抗滑移能力有利。

關鍵詞:瀝青路面;碎石封層;反射裂縫;滑移能力

1 試驗及分析

1.1 選用瀝青

為確保與碎石良好的粘結能力，選用瀝青為成品SBS改性瀝青，各項性能指標如表1所示。

表1 試驗選用改性瀝青基本性能參數

1.2 選用石料

具體指標見表2。

表2 選用單粒徑碎石性能指標

2 碎石封層關鍵性能指標研究分析

2.1 碎石均勻布料器的開發

同步碎石封層施工過程中為確保高溫下瀝青與石料間的良好粘結，采用專用設備在160～170℃條件下噴出霧狀熱瀝青，同時進行碎石灑布以確保二者同步接觸。而在試驗室內要完成二者的同步接觸難度非常大，迄今已有研究中并無相應新型室內模擬試驗設備具備此項功能。因此，在碎石封層室內模擬試驗之前，自行設計碎石均勻布料器以盡量縮短灑布瀝青后用于鋪灑碎石過程中耗費的時間，力求最大限度模擬現場碎石與瀝青的灑布狀態。

2.2 碎石封層抗剪切性能研究

碎石封層良好的抗滑移剪切能力是基層與面層在車輛荷載作用下處于整體受力狀態的重要保證。就目前的研究現狀而言，在該領域國內已有相當規模的研究力量投入，尤其在溫度、石料用量、粘結料用量等因素與封層抗剪切能力間影響關系研究中已相對較為成熟，因此本文在石料及瀝青用量選擇中參照同步碎石封層理論確定基本用量，并通過變換層間組合方式進行封層抗剪切能力對比分析。具體試驗結果如表3所示。

表3 不同層間處治措施抗剪切能力分析

從上表可以看出，相比于未處理工藝，加設碎石封層后抗直剪強度增長近4倍，碎石封層改性瀝青的粘結功效得以充分發揮，表明加設碎石封層后基面層間抗剪切滑移能力有所增強;此外，在加設碎石封層前在基層表面噴灑乳化瀝青透層后對路面結構整體抗滑移能力的提升是有利的，因此，在碎石封層施工前噴灑透層材料對保證基面層間良好的粘結作用是必不可少的。

2.3 碎石封層延緩反射裂縫性能研究

(1)試驗介紹。

①試件的制備

半剛性基層由于其材料摻入大量水泥、石灰等無機結合料，因此在試件制備期及養生期間若環境濕度過低，試件極易產生干裂現象。因此，在試驗中為模擬基層真實表面裂縫狀態，在基層放入養生室之前對其中部進行人為折傷，模擬基層表面寬度10 mm左右裂縫。

②碎石封層彎拉試驗及加載模型介紹

考慮到基層表面裂縫與碎石封層間的直接接觸，因此在試驗過程中必須制備雙層試件，上層瀝青試塊尺寸與基層相同，加載時下部加墊20 mm厚度橡膠墊層，具體加載形式見圖1所示。

圖1 力學作用模式

③試驗溫度

綜合考慮試驗設備、試驗條件及同類對比等諸多因素，關于碎石封層延緩反射裂縫功效研究的彎拉疲勞試驗溫度確定為15℃，這一溫度與北方春融期溫度較為相近。

④加載波形及頻率

在加載波形中選用最常用的半正弦波形加載，加載頻率為10 Hz，以模擬路面車輛65～70 km/h車速下的作用模式。

⑤試驗觀測模式

由于反射裂縫由基層表面反射至面層表面需經歷一段裂縫逐步擴散的發展過程，有研究表明瀝青混合料防反射裂縫能力的差異將對裂縫的擴散歷程產生影響。為此，通過對疲勞彎拉試驗手段對加設碎石封層后雙層復合梁的防裂能力進行分析，同時在試驗中對不同裂縫擴展階段對應疲勞壽命進行記錄整理，確定碎石封層在延緩反射裂縫性能的基本功效。

(2)試驗結果分析。

①抗彎拉試驗結果

在進行疲勞試驗之前必須對兩種不同處治措施下試件進行彎拉試驗以確定兩種情況下的最大抗彎拉強度指標，具體試驗結果如表4所示。

表4 復合梁彎拉試驗數據

②疲勞彎拉試驗結果分析

試驗通過記錄裂縫發展過程中的三個階段對應的疲勞次數展開對比分析，表5為不同處治工藝下雙層復合梁試件抗彎拉疲勞開裂的試驗結果。

表5 雙層復合梁疲勞疲勞彎拉試驗分析

3 結論

(1)采用低溫敲擊試驗評價封層瀝青與石料低溫粘結性是具備可行性的，采用低溫掉粒率作為低溫粘附性評價指標具備較好的區分度;

(2)加設碎石封層后基面層間抗直剪強度增長近4倍，表明抗剪切滑移能力有所增強;在加設碎石封層前在基層表面噴灑乳化瀝青透層對路面結構整體抗滑移能力的提升有利;

(3)加設碎石封層對路面疲勞壽命有明顯提升，對延緩反射裂縫的向上擴展有明顯功效，同時使路面整體對應力水平的敏感度有所削減;

(4)加設碎石封層后在兩種應力水平下裂縫擴展時間均出現不同程度的減小，其中大應力水平下這種減小的幅度更大，這表明加設碎石封層后在延緩裂縫擴散上具備一定功效。

中圖分類號:U416.214

C

1008-3383(2011)06-0075-01

收稿日期:2011-05-05