瀝青路面層間黏結性能影響因素及改善措施

陳俊彥

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

瀝青路面結構可被視為是材料單一結構和相互聯系結構的總和，其中，材料單一結構指的是瀝青路面的表面層、中面層、下面層均采用瀝青混合料。為了使得不同層次、不同類型的瀝青混合料之間能夠形成穩定的相互聯系，則需要靠黏結材料作為媒介來使不同面層形成穩定的整體結構，而抗剪強度則是衡量層間黏結性能的主要技術指標[1]。近年來，隨著瀝青路面在公路新建和改擴建工程中的應用，提高瀝青路面的穩定性和使用壽命，成為工程應用過程中一直進行研究的重要課題，并取得了一定的研究成果[1-4]。但在實際工程中，由層間黏結性能不足引起的路面病害仍大量存在。因此，詳細地總結和分析影響瀝青路面層間黏結性能的主要因素，并提出相應的改善措施，對有效改善和提高瀝青路面層間黏結性能，延長路面使用壽命，具有一定的現實意義。

1 影響因素分析

1.1 黏結材料

瀝青面層層間的黏結性主要源于黏結材料的黏結性能[1]，因此，黏結材料的自身的性質對層間黏結性能具有重要的影響。現階段，可用于黏結層的材料種類繁多，為了進一步掌握不同黏結材料對面層層間黏結性能的影響，此處就不同黏結材料在相同溫度下對瀝青面層與剛性基層之間的黏結性能進行三軸壓縮剪切試驗，剪切位置為AC-20與剛性基層間，試驗所選溶劑型黏結劑為山西某公司生產的GMR溶劑型黏結劑，剪切數據統計如表1。

表1 不同黏結材料的層間抗剪強度試驗統計表

圖1 不同黏結材料的層間抗剪強度對比

從圖1中可以看出，不同黏結材料在相同的試驗溫度、灑布數量的情況下，抗剪強度存在明顯的差異。灑布黏結料的層間抗剪強度明顯高于未灑布黏結料的層間抗剪強度，直接利用基質瀝青作為黏結料雖具有一定的效果，但層間抗剪強度較小。這說明在要求加強瀝青路面層間黏結性能的情況下，需要在層間灑布一定量的黏結材料，其材料類型則可根據公路等級及工程造價進行合理比選。

1.2 溫度

在不同的溫度條件下，黏層材料的黏結性能存在一定的差異。研究中選取了SBR改性乳化瀝青作為黏結材料，分別在20℃、50℃的條件下對其黏結性能進行試驗，層間剪切位置為AC-13與AC-20層間，試驗數據如表2所示。

表2 20℃和50℃時層間抗剪強度分析表

從表2中可以看出，在高溫情況下（50℃）瀝青路面層間抗剪強度明顯降低，在溫度從20℃升至50℃時，灑布不同數量的SBR改性乳化瀝青，強度下降了都達80%以上，可見溫度對于黏結性能具有重要影響。同時，在不灑布或灑布數量變化的情況下，高溫時強度下降百分率之間并未出現太大差異，這說明高溫總會降低瀝青面層層間黏結能力，與黏結材料的自身性質差異不大。

1.3 污染程度

在路面鋪筑過程中，由于不同路面結構層在施工完成后都會有一定的間歇時間，由于施工機械通行原因，或在未完成鋪筑的情況下為了滿足交通需求就開放交通，都會使得路面層受到一定污染，這種污染主要源于輪胎或貨物上的泥土，即泥土污染。對不同污染程度路面層間黏結性能的影響進行分析（污染程度可以用單位面積上污染物的質量表示），試驗數據見表3。

表3 不同污染程度下層間剪切破壞強度數據統計表

圖2 不同污染程度下層剪切破壞強度

如圖2所示，在不同的污染程度下，試件的層間剪切破壞強度存在明顯的差異，隨著污染程度的增大，試件承受破壞的能力以逐漸降低。這充分說明，污染程度對瀝青路面層間的黏結性能有很大的影響，污染越嚴重，影響就越大。

1.4 路面結構組合

瀝青路面為層狀結構體系，但在不同的工程中路面各層之間的厚度和施工工藝存在一定的差異，這些差異會使得不同面層間的黏結性能存在差異。為了分析層間結構組合對瀝青路面層間黏結性能的影響，研究選取AC-13混合料與AC-20混合料，在相對密度、孔隙率、油石比均滿足規范要求的情況下，分別按 AC-13+AC-20厚度為 5 cm+5 cm、4 cm+6 cm、3 cm+7 cm來成型試件，并對其黏結性能進行剪切試驗，試驗數據見表4。

表4 不同結構組合下試驗數據表

圖3 不同結構組合下的抗剪強度

從圖3中可以看出，在其他條件相同的情況下，不同路面結構組合下抗剪強度存在較為明顯的差異。這說明相鄰兩層路面結構組合對瀝青路面層間黏結性能具有一定的影響，在本研究中，選取4 cm+6 cm結構組合時抗剪強度最高，是理想的路面結構組合形式。

1.5 級配

瀝青路面由于不同路面結構層的作用不同，為了使工程經濟合理，混合料級配類型往往需要根據功能要求進行一定的調整，由于各層礦料級配不同，使得各層混合料的密實度和孔隙率不同，這將造成層間黏結強度存在先天性差異。為了弄清楚級配對層間黏結性能的影響，研究中選用了骨架—密實型、懸浮—密實型兩種基層混合料，對基層與下面層間的黏結性能的影響進行剪切試驗，試驗數據如表5。

表5 不同基層級配下的抗剪強度試驗 MPa

圖4 不同級配下的層間抗剪強度

從圖4中可以看出，在相同建材、試驗條件下，兩種基層級配半剛性基層的抗剪強度存在一定的差異，骨架—密實結構的抗剪強度要優于懸浮—密實結構。這也說明基層級配對基面層之間的黏結性存在一定的影響。實際上不同面層的混合料級配不同，也會在很大程度上使得各層之間的黏結性能存在差異[3]，在工程實踐中，不能忽視由級配不同造成的黏結性差異。

2 改善措施

2.1 合理確定黏結材料

黏結材料對路面層間黏結性能具有直接的影響，瀝青材料有熱黏性的優點，但在溫度較高的情況下，又極易吸熱軟化，這主要源于普通基質瀝青軟化點偏低的緣故。研究表明[2]，無論是乳化瀝青，還是SBR改性乳化瀝青，乃至SBS改性瀝青，在高溫穩定性方面比基質瀝青都有較為明顯的提升。同時，結合前文的分析可以發現，在相同條件下，使用改性瀝青的層間黏結性能，比直接使用基質瀝青或不用黏結料的層間黏結性能有明顯的增強。因此，在確定層間黏結材料時，可根據當地材料產況和項目建設成本，選擇SBR改性乳化瀝青或SBS改性瀝青，以確保層間黏結性能。

GMR溶劑型黏結劑是最為理想的黏結材料，自身黏性大，水穩定性和溫度穩定性都較好，施工工期短，但材料成本高，并且需要專業機具，工程造價高，而SBR改性或SBS改性黏結材料在性能方面已基本滿足路面工程要求，一般多用于市政工程或需搶修的公路工程中。

2.2 控制施工溫度

溫度對于路面層間黏結性能具有重要影響，高溫狀態下路面層間黏結性能大大地被削弱，因此，在鋪灑黏層瀝青后需要進行適當的冷卻過程，使得黏性材料的黏性充分地發揮出來，先保證黏層材料與面層之間黏結性能之后，再鋪筑上一面層混合料。

2.3 保證層間界面潔凈

層間污染對層間黏結性能的影響十分明顯，要改善層間性能，下一面層鋪筑時，保證層間界面的潔凈顯得尤為重要。為了保證施工時層間界面干凈，可從以下幾個方面進行。

a）鋪灑黏層材料前徹底清掃下一結構層。無論下一結構層是基層還是面層，都會存在一定的養護期。在養護期間，下一結構面層難免會受到一定程度的污染，為此，在鋪筑上一結構層時，應該進行清掃。對于污染嚴重的地方，可用鋼刷結合水沖的方式將污染物清理干凈。

b）鋪灑黏層材料路段封閉交通。封閉交通能夠明顯減少污染源，從根源上解決層間污染現象，保證黏層油不會因污染物的影響而降低黏結性能。

c）及時攤鋪下封層或下一結構層，在噴灑完黏層油后，若黏層油是SBR改性乳化瀝青，當乳化瀝青破乳之后，就應及時進行其他防反射裂縫的材料、封層或下一結構層的攤鋪，并且要對施工車輛的輪胎進行清洗，避免二次污染。

2.4 合理選擇各層級配及層間結構組合

無論是混合料級配類型，還是黏結方式對于路面層間黏結性能都有很大的影響，因此，選擇良好的級配和黏結方式是改善層間黏結強度的有效措施[5]。骨架—密實結構和懸浮—密實結構是新建公路路面常用的基層級配類型，結合前文分析，骨架—密實結構的黏結性能要好。但在實際工程應用中，還得結合黏結材料和層間結構組合形式進行相應的室內試驗，進而確定各層礦料級配。層間結構組合時可選用上一結構層厚度略小于下一結構層厚度的組合形式較好，以保證下一結構層有足夠的強度，保證層間良好的黏結性能。

3 結語

文中總結了黏結材料、溫度、層間污染、黏結方式、基層級配等5種影響瀝青路面層間黏結性能的因素，并對各種影響因素的影響程度和變化規律進行了詳細的分析；結合筆者施工經驗，針對性提出改善黏結性能的具體措施。在工程施工方案設計和實施工作中，可結合工程性質、資金、技術及機具等條件，從黏結材料確定、施工溫度控制、層間界面潔凈程度、級配類型和黏結方式5個方面，綜合考慮，以改善瀝青路面層間黏結性能，提升瀝青路面的路用性能和使用壽命。層間黏結性能的影響因素是多方面的，在此方面的研究仍有一定的必要性，本文對于提升層間黏結性能的進一步研究，具有一定的參考價值。