瀝青路面層間抗剪強度影響因素研究

王 鑫

(山西省公路局太原分局勘測設計所 太原市 030012)

瀝青路面層間抗剪強度影響因素研究

王 鑫

(山西省公路局太原分局勘測設計所 太原市 030012)

針對瀝青路面層間抗剪問題，開展不同工況下的抗剪強度試驗。研究得出：在使用粘結材料后，層間抗剪強度顯著提高，其中粘結材料為super PCR改性乳化瀝青的抗剪強度最大，為1.473MPa；溫度對層間抗剪強度的影響較大，隨著溫度不斷升高，瀝青路面層間抗剪強度不斷降低，在溫度為60℃、粘結材料灑布量為0.5kg/m2的情況下，瀝青路面層間抗剪強度僅為0.255MPa，較20℃時下降了82.65%；油污的污染比砂性土對層間抗剪強度的降低更為顯著，當油污的灑布量為0.4kg/m2時，層間抗剪強度為0.353MPa；通過對不同的路面結構組合類型進行剪切試驗可以得出：AC-13+AC-20層間抗剪強度最大的組合為4cm+6cm。最后通過工程案例分析，總結出提高瀝青路面層間抗剪強度的施工質量控制措施。

瀝青路面；層間抗剪強度；粘結材料；污染程度

瀝青路面具有較好的平整度、耐磨、振動小以及施工維修方便等特點逐漸成為我國高等級公路主要面層類型。瀝青路面為多層彈性體系，因此層間的抗剪強度對公路的耐久性、整體性都具有較大影響。特別是近年來交通量不斷上升，重載汽車增多，在陡坡路段和高溫天氣下，瀝青路面容易發生剪切破壞。如果瀝青路面層間抗剪強度不足，瀝青路面將會發生擁包、滑移等破壞。

瀝青路面層間抗剪強度對道路的使用壽命有極為重要的影響，若抗剪強度不足還容易造成擁包、推移等病害，因此對瀝青路面層間抗剪強度影響因素的研究顯得至關重要。有研究表明，我國大部分瀝青路面的破壞與層間粘結質量有關[1]。在不同類型的瀝青混合料之間使用一定量的粘結材料，可以使瀝青面層形成穩定的整體，提高其層間的抗剪強度[2]。瀝青材料對溫度比較敏感，因此溫度對層間抗剪強度也具有一定影響。本文將就粘結材料、溫度、層間污染程度及路面結構組合類型對瀝青路面層間抗剪強度的影響展開室內試驗研究。

1 粘結材料對層間抗剪強度的影響

1.1 試驗材料與試件制備

粘結材料對層間抗剪強度影響較大，為對比粘結材料對層間抗剪強度的影響，本次試驗采用的粘結材料有SBR改性乳化瀝青、super PCR改性乳化瀝青、SBS改性瀝青和GMR溶劑型粘結劑，粘結材料用量均為0.5kg/m2。

本次試驗采用AC-13與AC-20路面結構組合，兩結構層均為5cm。為真實模擬路面的實際情況，采用雙車轍板取芯的方法制作試件。首先在模具中成型下層結構，自然情況下靜置24h后脫模，用油漆刷在已脫模的下層車轍板上均勻涂抹一定量的粘結材料，當乳化瀝青完全破乳后，將其放入模具中制作上層。在試件成型后靜置24h，然后脫模鉆取試驗所用的試件。

1.2 剪切試驗

1.3 試驗結果分析

同一種路面結構涂有4種不同的粘結材料的抗剪強度試驗見表1。

表1 不同粘結材料的抗剪強度

將表1試驗結果整理為柱狀圖，見圖1。

由圖1可以看出在使用粘結材料后，瀝青路面層間抗剪強度都要大于未使用粘結材料的抗剪強度，其中super PCR改性乳化瀝青提高層間抗剪強度最大，達到1.473MPa。由表1可以看出添加super PCR改性乳化瀝青的層間抗剪強度約是未使用粘結材料的2.17倍，其次是GMR溶劑型粘結劑，抗剪強度達到1.461MPa，是無粘結材料的2.15倍，而使用SBR改性乳化瀝青的抗剪強度最小，為0.975MPa。

2 溫度對層間抗剪強度的影響

2.1 試驗材料與試件制備

瀝青材料對溫度較為敏感，因此不同溫度下層間抗剪強度也將不同[5]。為研究溫度對層間抗剪強度的影響，本次試驗采用20℃、40℃、60℃三個實驗溫度，選用super PCR改性乳化瀝青作為粘結材料，粘結材料用量分為0.3kg/m2、0.5kg/m2兩組。

試驗試件在雙車轍板成型取芯后，放入烘箱內，分別加熱至20℃、40℃、60℃，然后進行抗剪強度試驗，試驗儀器為MTS材料試驗機。

2.2 試驗結果分析

通過室內剪切試驗，層間抗剪強度試驗結果見表2、表3。

表2 粘結材料用量為0.3kg/m2時

表3 粘結材料用量為0.5kg/m2時

由表2、表3可以看出當溫度升高時，瀝青路面層間抗剪強度不斷降低，并且隨著溫度升高，抗剪強度下降的越快?？辜魪姸容^20℃時不論粘結材料用量大小，其下降率均大于80%，因此溫度對瀝青路面層間抗剪強度的影響較大。

當粘結材料用量為0.3kg/m2時，40℃與60℃的層間抗剪強度較20℃時下降率分別為80.31%和82.49%。當粘結材料用量為0.5kg/m2時，試驗溫度為40℃時抗剪強度較20℃時的下降率達到80.87%，當試驗溫度為60℃時，抗剪強度下降率為82.56%。

對比表2、表3可以看出隨著粘結材料(super PCR改性乳化瀝青)用量的增加，當溫度不斷升高時，層間抗剪強度下降越快。

3 污染程度對層間抗剪強度的影響

瀝青路面層間的污染程度將直接影響其抗剪強度。在路面鋪筑過程中，由于不同的路面結構層在施工完成后有一定的間歇時間，此時會因天氣、行車、機械漏油等因素對路面造成一定污染，污染物主要是泥土和油污。

3.1 試驗準備

試件的制備與以上各試驗相同，瀝青路面層間粘結材料選用super PCR改性乳化瀝青，用量為0.5kg/m2。泥土選用研磨細的砂性土，油污選用普通柴油，污染物的灑布量設為0.1kg/m2、0.2kg/m2、0.3kg/m2、0.4kg/m2四組。試驗溫度為20℃，豎向應力設為0.35MPa。

3.2 試驗結果分析

通過抗剪強度試驗，不同污染程度的層間抗剪強度見表4。

表4 不同污染程度的層間抗剪強度

將表4試驗結果整理為散點圖，見圖2。

通過表4、圖2可以看出污染物為砂性土的抗剪強度大于污染物為油污的。當污染物灑布量為0.4kg/m2時，瀝青路面層間抗剪強度達到最小，砂性土為0.728MPa；污染物為油污的層間抗剪強度為0.353MPa。

隨著污染物的增多，瀝青路面層間抗剪強度也不斷降低。污染物為油污的抗剪強度下降速率要大于砂性土，當污染物灑布量為0.1kg/m2時，污染物為砂性土的層間抗剪強度下降率為10.89%，而油污的層間抗剪強度下降率達到了26.56%。最終污染物灑布量為0.4kg/m2時，油污的抗剪強度下降率為56.79%，也大于砂性土的49.94%。當油污的灑布量為0.2kg/m2時，其層間抗剪強度相當于砂性土灑布量為0.4kg/m2時的層間抗剪強度。

由試驗結果分析：當污染物為砂性土時，砂土顆粒阻礙了粘結材料粘結瀝青面層，減少了上下兩層的接觸面積，并且在剪切試驗時，由于砂性土的存在，使得層間的靜摩擦變成滑動摩擦；實際施工時的油污多為柴油或機油，柴油具有與瀝青材料相同的烷烴和環烷烴[6]，因此柴油對瀝青具有較高的溶解力和滲透力，當污染物為柴油時，柴油會滲入粘結材料，使得粘結材料中油分含量增多，降低粘結材料的粘性，從而降低瀝青路面層間的抗剪強度。

4 路面結構組合的影響

瀝青路面是層狀體系，因此在設計與施工時路面結構組合多種多樣，路面結構組合的不同對抗剪強度的影響存在一定差異。

4.1 試驗準備

本次試驗采用AC-13混合料與AC-20混合料，厚度設計為5cm+5cm、4cm+6cm、3cm+7cm三種組合，分別記為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，并進行剪切試驗，試件成型及試驗過程與以上各試驗相同。

4.2 試驗結果分析

通過抗剪強度試驗，得到不同結構組合的抗剪強度，見表5。

表5 不同結構組合的層間抗剪強度

通過表5的結果可以看出在其他條件相同的情況下路面結構組合對層間抗剪強度影響較大，第二種結構組合類型的層間抗剪強度最大，為0.757MPa。第一種結構組合類型安全系數與層間抗剪強度都較小，分別為2.6、0.581MPa，層間抗剪強度是第二種類型的76.75%。

5 工程案例分析

5.1 工程概況

本次試驗選用山西省某一級公路K4+560～K5+060路段，該公路面層采用7cm的AC-20與5cm的SMA-16，粘結材料選用SBR改性乳化瀝青，灑布量為0.5kg/m2。在該試驗路段投入使用一年后路面未出現擁包、推移等破壞現象。

5.2 施工質量檢測

對該試驗路段隨機鉆取3個試樣進行室內抗剪強度試驗，試驗結果見表6。

表6 鉆芯取樣試驗結果

由表6結果可以看出該路段在投入使用后依舊保持了較高的抗剪強度，因此可以針對本文所討論的層間抗剪強度影響因素提出幾點質量控制措施。

5.3 質量控制措施

(1)根據路面面層結構合理選擇粘結材料。根據本次試驗可以看出在使用粘結材料后瀝青路面層間抗剪強度顯著提高，其中GMR溶劑型粘結劑效果最好。但是在實際使用中GMR溶劑型粘結劑價格較高，需要專業的設備施工，因此使用較少。SBS改性瀝青與SBR改性乳化瀝青效果也很好，相對性價比較高。

(2)施工過程中控制施工溫度。溫度較高的情況下會降低粘結材料的粘結性能，因此在鋪撒粘結材料后應等待粘結材料降至適當溫度，待粘結材料充分發揮粘結性能時再攤鋪上面層。

(3)施工過程中保證瀝青路面層間清潔程度。在鋪撒粘結材料前應清掃一下結構層，污染嚴重的部位應采用鋼刷和水沖的方式徹底清除污染物。在鋪撒粘結材料后應盡快攤鋪上一層面層，避免因施工養護期造成粘結材料的污染。同時對攤鋪機車輪進行沖洗避免造成二次污染。

(4)路面結構設計時應合理選擇路面結構組合類型。在實際工程中應進行室內試驗，確定各層混合料級配與路面結構組合類型。在方案設計中，下面層應略小于上層厚度，這樣可以保證下層結構具有足夠的強度以保證層間的粘結性能。

6 結語

(1)本文采用了SBR改性乳化瀝青、super PCR改性乳化瀝青、SBS改性瀝青和GMR溶劑型粘結劑四種瀝青路面層粘結材料，通過剪切試驗可以得出super PCR改性乳化瀝青的粘結性能最好，瀝青路面層間抗剪強度達到1.473MPa，大約是未使用粘結材料的2.12倍。

(2)在其他條件相同的情況下，溫度對瀝青路面層間抗剪強度影響較大，溫度不斷升高時，抗剪強度不斷減小。當溫度為60℃、粘結材料灑布量為0.5kg/m2時，瀝青路面層間抗剪強度僅為0.255MPa，較20℃時下降了82.65%。

(3)當瀝青路面層間粘結材料受到污染時，其層間抗剪強度也會不斷降低。油污的污染對層間抗剪強度的影響較砂性土更為顯著，當油污灑布量為0.4kg/m2時，層間抗剪強度最小，僅為0.353MPa，較無污染時下降了56.79%。

(4)通過對不同類型的路面結構組合進行抗剪強度試驗，可以得出路面結構組合類型對瀝青路面層間抗剪強度影響較大，并且得到AC-13與AC-20的組合為4cm+6cm時層間抗剪強度較為理想。

(5)通過工程案例分析與鉆芯取樣檢測，可以總結出提高瀝青路面層間抗剪強度的工程質量控制措施，對提高瀝青路面層間抗剪強度提供一定指導意義。

[1] 劉麗.瀝青路面層間處治技術研究[D].西安：長安大學，2008.

[2] 杜永安.層間粘結性能對瀝青路面抗剪強度的影響[J].交通科技，2012(1)：75-78.

[3] 韋剛，楊文軍，戰琦琦，等.加鋪層防裂材料使用效果影響參數的灰熵分析[J].重慶交通大學學報，2010,29(2)：207-210.

[4] 中華人民共和國交通運輸部.JTG E20-2011公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5] 鄧子健，沈躍.瀝青路面層間抗剪強度試驗分析 [J].山西交通科技，2006(8)：11-14.

[6] 何銳，武書華，陳華鑫，等.瀝青路面層間粘結性能影響因素試驗研究[J].中外公路，2015(4)：272-276.

Experimental study on the Influence Factors of Shear Strength between Layers of Asphalt Pavement

WANGXin

(Survey Design Institute of Shanxi Provincial Highway Taiyuan Branch, Taiyuan 030012, China)

Aimed to the inter-layer shear resistance problem of asphalt pavement, the paper conducted a serial of shear strength test under different working conditions. The results shows that: After the use of bondingmaterial, the shear strength between structural layers increased significantly，and the shear strength of the adhesive material for super PCR modified emulsified asphalt is the biggest -1.473MPa；Temperature has great influence on the shear strength between layers, and the shear strength of asphalt pavement decreases with the increasing of temperature.When the temperature is 60℃ and the amount of the bonding material is 0.5kg/m2, the inter-layer shear strength of asphalt pavement is only 0.255MPa, which is 82.65% lower than that of 20℃；The pollution of oil pollution is more significant than the decrease of the inter-layer shear strength of sandy soil.When the amount of the oil spill is 0.4kg/m2, the shear strength of the layer is 0.353MPa. Through the shear test of different types of pavement structure, it can be concluded thatthe maximum shear strength of the AC-13+AC-20 layer is the combination of 4cm+6cm.Finally, through the engineering case analysis, the paper summed up the construction quality control measures to improve the shear strength of the asphalt pavement layer.

Asphalt pavement；Inter-layer shear strength；Bonding material；Degree of pollution

1673-6052(2016)11-0042-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.012

U416.01

A