復合式路面層間處置方法及技術標準研究

朱金鵬

（山西省交通建設工程質量檢測中心（有限公司），山西 太原 030032）

隨著對行車舒適性和路面快速養護要求的提高，近年來水泥混凝土路面加鋪瀝青層越來越普遍，但是由于該結構上下兩層性能差距大，層間處置的不合理將會導致路面在較短時間內發生瀝青層剝落、推移等病害，嚴重影響到路面使用壽命，因此合理的層間處置對提高復合式路面整體性能，延長其使用壽命具有較大的意義[1]。

1 黏層對層間結合狀態的影響分析

圖1 層間剪切試驗儀

圖2 層間拉拔試驗儀

復合式路面由于上下面層的模量性能相差很大，在行車荷載作用下，瀝青與水泥混凝土兩面層會產生不協調變形，使層間發生滑移、開裂，嚴重影響路面使用壽命。因此板面的結合狀態是影響復合式路面壽命的重要因素。

通常為了提高板面結合狀態，在復合式面層間設置黏層，即在瀝青層與水泥混凝土路面之間灑鋪瀝青材料薄層。為了研究板面結合狀態對路面使用性能的影響，本文對瀝青面層與水泥路面基層間噴灑和不噴灑黏層油兩種情況進行剪切、拉拔、層間疲勞試驗。其中黏層采用改性乳化瀝青，試驗結果及分析如下。

試驗采用4 cm AC-13C 型瀝青面層+黏層+6 cm 水泥混凝土路面層結構，先在（300×300 ×100）mm 的模中成型車轍板，再用小鉆芯機鉆出Φ10×10 cm 的芯層作為剪切、拉拔試驗的試件[2]。

1.1 黏層對抗剪強度的影響

表1 復合式路面層間有無黏層油剪切試驗結果

層間抗剪強度是評定瀝青水泥層間接觸狀態的一個主要指標[3]，本文對瀝青水泥層間采用和不采用黏層油兩種情況進行剪切試驗，試驗條件為25 ℃、40 ℃和60 ℃剪切3 種情況，試驗結果如表1 和圖3 所示。

圖3 復合式路面不同情況下層間抗剪強度

由表1、圖3 可知，層間抗剪強度對層間結合狀態的變化很敏感，在不同溫度下，層間無黏層油剪切強度僅為層間采用改性乳化瀝青黏層油的63%、48%和66%，表明黏層油對于抗剪強度有很大的改善，可見黏層油對提高層間抗剪性能是非常有利的。

1.2 黏層對拉拔強度的影響

本文對瀝青水泥層間噴灑和不噴灑黏層油兩種情況進行拉拔試驗，試驗溫度為25 ℃、40 ℃、60 ℃三種情況，試驗結果如表2 和圖4 所示。

表2 復合式路面層間拉拔試驗

圖4 復合式路面不同情況下層間拉拔強度

由表2 和圖4 可以看出，復合層層間拉拔強度隨試驗溫度的增加而降低。層間噴灑黏層油后層間拉拔強度明顯提高，對于25 ℃、40 ℃、60 ℃下，噴灑與不噴灑黏層油的層間拉拔強度分別提高159%、85%和312%，改善效果明顯。

2 黏層對路面壽命的影響

復合面層層間剪切疲勞壽命是決定路面使用壽命的一個重要指標，本文對復合式路面層間采用和不采用黏層油兩種情況進行剪切疲勞試驗，黏層油采用改性乳化瀝青，疲勞試驗的應力水平分別為0.2、0.3、0.4、0.5，試驗結果如表3 和圖5 所示。

表3 復合式路面層間疲勞壽命試驗

圖5 復合式路面不同應力水平下層間疲勞壽命

由表3 和圖5 可知，復合面層剪切疲勞壽命隨應力比的增加而顯著降低，且噴灑黏層油后對層間剪切疲勞壽命提高顯著。應力水平分別在0.2、0.3、0.4、0.5 情況下，噴灑黏層油比不噴灑時疲勞壽命提高360%、97%、134%和278%。

由以上分析可知，噴灑黏層油后復合面層層間的抗剪強度、拉拔強度及剪切疲勞壽命都得到了顯著的提高。由于黏層的作用，使得復合路面瀝青層和混凝土層之間黏結成一個較為穩定的整體，能夠抵抗在車輛荷載作用下路面內部產生的各種水平應力和豎向應力，使得路面在較長時間內具備良好的路用性能。

3 黏層材料的選擇及最佳灑布量確定

黏結層材料的選擇及灑布量是影響層間結合狀態的重要因素，黏層油過少不能全部覆蓋水泥混凝土表面，影響水泥混凝土面板與瀝青混凝土層的黏結；用量過多，則形成較厚的自由瀝青，將導致形成薄弱層，導致層間滑移病害。在工程中，經常使用的黏層油材料有：改性乳化瀝青、普通熱瀝青、高黏瀝青、SBS 改性瀝青等。因此對層間灑布不同黏層油材料進行室內剪切和拉拔試驗，評定出最優黏層油材料，并確定最優黏層油的灑布量。

3.1 不同黏層材料最佳灑布量的確定

3.1.1 改性乳化瀝青

分 別 按 照 0.2 kg/m2、0.4 kg/m2、0.6 kg/m2、0.8 kg/m2、1.0 kg/m2、1.2 kg/m2灑布量灑布改性乳化瀝青，對成型好的試件進行剪切試驗，25 ℃和60 ℃試驗結果如圖6 所示。

圖6 不同溫度下改性乳化瀝青用量與抗剪強度的關系

從圖6 中可以看出，改性乳化瀝青灑布量較小時，抗剪強度隨灑布量的增加而增大，當灑布量達到0.6 kg/m2時，抗剪強度達到峰值，隨后抗剪強度隨灑布量的增加而急劇降低，因此改性瀝青最佳灑布量為0.6 kg/m2。

3.1.2 熱瀝青

分 別 按 照 0.2 kg/m2、0.4 kg/m2、0.6 kg/m2、0.8 kg/m2、1.0 kg/m2、1.2 kg/m2、1.4 kg/m2、1.6 kg/m2灑布量灑布70 號熱瀝青，對成型好的試件進行剪切試驗，25 ℃和60 ℃試驗結果如圖7 所示。

圖7 不同溫度下70 號瀝青用量與抗剪強度的關系

從圖7 可以看出，25 ℃條件下熱瀝青灑布量為0.6 kg/m2時，抗剪強度達到峰值；60 ℃條件下熱瀝青灑布量為0.4 kg/m2時，抗剪強度達到峰值。高溫條件下熱瀝青的最佳灑布量要略小一些。無論常溫還是高溫，抗剪強度在達到峰值后都急劇下降，瀝青灑布量過大，會在層間形成一層富油層，容易形成層間滑移破壞，因此應嚴格控制黏層瀝青用量。綜合考慮路面使用環境與施工因素，熱瀝青的最佳灑布量宜為 0.6 kg/m2。

3.1.3 高黏瀝青

分 別 按 照 0.2 kg/m2、0.4 kg/m2、0.6 kg/m2、0.8 kg/m2、1.0 kg/m2、1.2 kg/m2、1.4 kg/m2、1.6 kg/m2灑布量灑布高黏瀝青，對成型好的試件進行剪切試驗，25 ℃和60 ℃試驗結果如圖8 所示。

圖8 不同溫度下高黏瀝青用量與抗剪強度的關系

由圖8 可看出，抗剪強度隨高黏瀝青灑布量的增加而增加，而且25 ℃和60 ℃的瀝青抗剪強度均在灑布量為1.4 kg/m2后基本恒定，這與改性乳化瀝青和基質瀝青不同。因此，高黏瀝青最佳灑布量為1.4 kg/m2。

3.1.4 SBS 改性瀝青

分 別 按 照 0.2 kg/m2、0.4 kg/m2、0.6 kg/m2、0.8 kg/m2、1.0 kg/m2、1.2 kg/m2、1.4 kg/m2、1.6 kg/m2灑布量灑布SBS 改性熱瀝青，對成型好的試件進行剪切試驗，25 ℃和60 ℃試驗結果如圖9 所示。

圖9 不同溫度下SBS 改性瀝青用量與抗剪強度的關系

由圖9 可看出，無論25 ℃還是60 ℃條件下，抗剪強度隨SBS 改性瀝青灑布量的增加而增加，灑布量超過1.4 kg/m2后，抗剪強度逐漸下降。因此，SBS 改性瀝青最佳灑布量為1.4 kg/m2。

從改性乳化瀝青、70 號基質瀝青、高黏瀝青和SBS 改性瀝青抗剪強度曲線變化趨勢來看，60 ℃和25 ℃確定的最佳用量相差不大。改性乳化瀝青和70 號基質瀝青，不同溫度下確定的最佳用量有點不同，高溫下可能會比常溫下確定的最佳用量稍小一些。所以，在確定黏層油用量時，應結合所在地區的氣溫狀況，為了避免產生層間滑移，南方地區黏層油的用量應比北方地區減少一些。

為便于層間抗剪強度影響因素分析，研究采用25 ℃時確定的最佳用量，即：改性乳化瀝青、普通熱瀝青、高黏瀝青和SBS 改性瀝青的用量分別是0.6 kg/m2、0.6 kg/m2、1.4 kg/m2和 1.4 kg/m2。

3.2 不同黏層材料試驗對比分析

選擇滿足上述指標要求的黏層油材料，黏層油進行室內剪切、拉拔試驗，評定其抗剪、拉拔強度，最終確定合適黏層油材料。

3.2.1 室內剪切試驗

對復合式面層灑布改性乳化瀝青、普通熱瀝青、高黏瀝青、SBS 改性瀝青等幾種情況進行室內剪切試驗。黏層油灑布量為各種黏層材料的最佳灑布量：改性乳化瀝青灑布量0.6 kg/m2，普通熱瀝青灑布量為0.6 kg/m2，高黏瀝青黏層油灑布量1.4 kg/m2，SBS改性瀝青灑布量1.4 kg/m2。試驗溫度分別為25 ℃、40 ℃和60 ℃，各黏層油復合式面層層間抗剪強度如表4 和圖10 所示。

表4 不同黏層材料復合面層層間剪切強度 MPa

圖10 不同黏層材料復合面層層間抗剪強度對比

根據試驗結果可知，高黏瀝青和SBS 改性瀝青作黏層油時，層間抗剪強度最大，改性乳化瀝青次之，普通熱瀝青最低。

3.2.2 室內拉拔試驗

試件成型及材料配制與剪切試驗相同，各黏層油復合式面層層間拉拔強度如表5 和圖11 所示。

表5 不同黏層材料復合面層層間拉拔強度 MPa

圖11 不同黏層材料復合面層層間拉拔強度對比

根據試驗結果可知，與抗剪強度特性相似，SBS改性瀝青和高黏瀝青作黏層油時層間拉拔強度最大，改性乳化瀝青次之，普通熱瀝青最低。

3.3 黏層材料選擇

根據以上試驗結果，對黏層材料抗剪性能、拉拔性能進行對比，分為優、良、中三檔，結果如表6 所示。

表6 不同黏層材料性能比較

從表6 可看出，僅考慮黏層材料的抗剪性能與抗拉拔性能，SBS 改性瀝青和高黏瀝青最優，其次為改性乳化瀝青和普通熱瀝青。因此，應根據工程實際工況，確定黏層材料的使用類型。在南方高溫地區長大縱坡路段宜采用SBS 改性瀝青和高黏瀝青作為黏層材料，北方寒冷地區和普通路段可選用改性乳化瀝青和普通熱瀝青作為黏層材料。

4 結語

a）分析了黏層對層間結合狀態及路面壽命的影響，對層間無黏層油及灑布改性乳化瀝青黏層油兩種情況進行試驗，得出噴灑黏層油后層間抗剪強度提高30%～60%，拉拔強度提高1～2 倍，層間疲勞壽命提高1～3 倍。

b）通過抗剪、拉拔等試驗確定了各種黏層瀝青材料的最佳用量。根據試驗結果，改性乳化瀝青、普通熱瀝青、高黏瀝青和SBS 改性瀝青的最佳用量分別是 0.6 kg/m2、0.6 kg/m2、1.4 kg/m2和 1.4 kg/m2。

c）僅考慮黏層材料的抗剪性能與抗拉拔性能，SBS 改性瀝青和高黏瀝青最優，其次為改性乳化瀝青和普通熱瀝青。