界面處理方式對剛柔復合式路面界面層強度影響的試驗研究

唐智倫 熊潮波 王火明

【摘要】界面層強度是影響剛柔復合式路面使用性能的重要因素，為了尋求合理的界面處理方式以及不同界面處理方式對界面強度的影響規律，本文通過室內拉拔試驗和剪切試驗研究了不同水泥混凝土板界面處理方式對剛柔復合式路面界面層強度的影響。結果表明，采用拋丸噴砂處理的界面，采用相同粘結層材料的情況下，得到的界面粘結強度和抗剪強度均較高;采用精銑刨處理，最佳的銑刨深度宜控制在6mm。論文成果對于今后修筑剛柔復合式路面時合理選擇界面處理方式有重要參考價值。

【關鍵詞】剛柔復合式路面;界面強度;斜剪試驗;拉拔試驗;噴砂界面;精銑刨

Experimental study on the effect of interface treatment on the strength of interface layer of rigid-flexible composite pavement

Tang Zhi-lun，Xiong Chao-bo，Wang Huo-ming

（China Merchants Chongqing Transportation Research and Design Institute Co.， LtdChongqing400067）

【Abstract】The interface layer strength is an important factor affecting the performance of rigid-flexible composite pavement. In order to find a reasonable interface treatment method and the influence of different interface treatment methods on the interface strength， this paper studies different cement concrete through indoor drawing test and shear test. The effect of the interface treatment on the strength of the interface layer of rigid-flexible composite pavement. The results show that the interface bond strength and shear strength are higher when the same bonding layer material is used in the interface treated by shot blasting. The optimum milling depth should be controlled by fine milling. At 6mm. The results of the thesis have important reference value for the reasonable selection of interface treatment methods in the construction of rigid-flexible composite pavement in the future.

【Key words】Rigid-flexible composite pavement;Interface strength;Oblique shear test;Drawing test;Sandblasting interface;Fine milling

1. 概述

剛柔復合式路面指的是在水泥混凝土板上加鋪瀝青層而形成的路面結構，界面層位于水泥混凝土板與瀝青面層之間，起粘結和防水作用。實踐表明：界面層質量是影響剛柔復合式路面使用壽命的重要因素。界面層強度（包括抗剪強度和粘結強度）是評價界面層質量的重要指標。影響剛柔復合式路面界面層強度的因素有很多，主要包括以下兩個大的方面：（1）界面層防水粘結材料;（2）水泥混凝土板界面處理方式。目前常用的界面層防水粘結材料包括卷材類和涂抹類兩種，防水粘結層材料的性能對界面層強度有很大影響。有很多人曾做過不同的防水粘結層材料的界面層強度試驗，得到了許多有用的結論。然而，針對水泥混凝土板界面處理方式對界面層強度影響的試驗開展不多。本文通過室內拉拔試驗和斜剪試驗研究了不同的水泥混凝土板界面處理方式對界面層抗剪強度與粘結強度的影響。同時，針對精銑刨界面，研究了不同銑刨深度對界面層強度的影響，得到了最佳的銑刨深度。

2. 試驗材料及方法

2.1試驗材料。

試驗采用熱涂SBS改性瀝青作為界面層防水粘結材料，水泥混凝土板采用采用普通硅酸鹽水泥（32.5）、中砂（河砂）和集料（碎石）。按照C30強度等級設計。加鋪層瀝青混合料采用普通蘭煉AH-90瀝青，集料采用石灰巖，混合料級配采用AC-16C型。鑒于本文研究的重點是水泥混凝土板界面處理方式對界面層強度的影響，因此對于面層瀝青混合料的組成設計不予強調。SBS改性瀝青試驗結果見表1，水泥混凝土板配合比見表2。

2.2試驗方法。

試驗采用直接拉拔試驗測定界面層粘結強度，采用450斜剪試驗測定界面層抗剪強度。采用砂輪對水泥混凝土板界面進行處理，模擬以下四種界面：噴砂界面、精銑刨界面、人工界面、光面。精銑刨界面銑刨深度控制為4±1mm，人工界面鑿孔深度控制為3±1mm，噴砂界面最大深度控制為2mm。試驗采用水泥混凝土板+防水粘結層+瀝青混合料層復合板試件，采用車轍儀輪碾成型。經養護待強度達到要求后，在切割機上將復合板切割成標準尺寸的試件。此次試驗采用的試件尺寸（長×寬×高）為：抗剪試驗試件尺寸（10×5×10）cm，拉拔試驗試件尺寸（5×5×10）cm。試驗溫度控制在25±2℃，防水粘結層厚度為1mm。

3. 試驗結果與分析

（1）通過拉拔試驗和剪切試驗，得到不同水泥混凝土板界面處理方式下的界面層強度見表3。

（2）試驗結果表明，就抗剪強度而言，最好的是精銑刨界面，其次是噴砂界面、人工界面，最差的是光面;就粘結強度而言，最好的是噴砂界面，其次是精銑刨界面和人工界面，最差的是光面。此外，試驗結果還表明水泥混凝土板界面處理方式對界面層抗剪強度的影響要比對粘結強度的影響大。分析原因，筆者認為：剛柔復合式路面界面層抗剪強度來源于兩個方面，一是防水粘結層材料的粘結作用，二是面層瀝青混合料與水泥混凝土板界面構造深度之間的摩擦咬合作用。精銑刨界面構造深度最大，與面層瀝青混合料的摩擦咬合作用最強，因此，其抗剪強度表現為最大。光面由于界面構造深度最小，因此，界面抗剪強度基本上依靠防水粘結層材料的粘結作用，摩擦咬合作用較小。對于界面層的粘結強度而言，主要是依靠防水粘結層材料的粘結作用，并且與實際粘結面積的大小有關。由于噴砂界面表面呈平滑的曲面狀，使得瀝青面層與水泥混凝土板能夠緊密結合在一起，且粘結面積較大，因此，其粘結強度較高。人工界面由于界面呈現為一個一個獨立的坑洞，使得面層瀝青混合料很難與水泥混凝土板緊密結合，由于坑洞處縫隙的存在，使得界面層粘結強度最小。因此，綜合抗剪強度與粘結強度而言，最好的水泥混凝土板界面處理方式為噴砂界面，其次為精銑刨界面和人工界面，最差的是光面。對于高速公路，特大型橋梁橋面鋪裝結構，優先推薦使用噴砂界面。對于人工界面和光面只能用于低等級道路或者是對于界面層抗剪強度要求不高的路段。

4. 精銑刨界面最佳銑刨深度的確定

（1）此次試驗還對精銑刨界面的銑刨深度進行了量化研究，目的是想弄清楚精銑刨界面的銑刨深度與界面強度（抗剪強度和粘結強度）的關系。同樣選擇熱涂SBS改性瀝青作為防水粘結層材料，涂層厚度為1mm。對不同銑刨深度進行了剪切試驗和拉拔試驗，試驗溫度控制在25±2℃。試驗結果見表4。

（2）通過試驗發現，銑刨深度對界面層抗剪強度和粘結強度都有一定影響。具體來說，隨著銑刨深度逐漸增大，抗剪強度呈現先增大后減小的趨勢，也即是隨著銑刨深度的增大，抗剪強度出現一個峰值，此峰值對應的銑刨深度為6mm。對于粘結強度而言，隨著銑刨深度增大而不斷增大，但增長趨勢逐漸減緩。尤其是當銑刨深度超過4mm后，粘結強度隨銑刨深度增加而增長緩慢。

（3）分析原因，筆者認為有以下幾方面：首先，隨著銑刨深度由0逐漸增大，使得瀝青混合料與水泥混凝土板之間的機械咬合作用增強，界面層的抗剪強度不再僅僅依靠防水粘結層自身的粘結作用，而部分依靠瀝青混合料與水泥板之間的機械咬合作用。因此，隨著銑刨深度增加，界面層抗剪強度呈現增大趨勢。但是，隨著銑刨深度的進一步增大，因為水泥板的鑿縫深度較大，使得一方面加鋪層瀝青混合料與水泥板之間不能很好的密切粘結，不可避免會在鑿縫內存留細微的縫隙，盡管隨著銑刨深度增大，瀝青混合料與水泥板之間有效接觸面積增大，但隨之出現細微縫隙的可能性也增大了，微裂隙的存在會削弱界面層的抗剪強度;另一方面由于銑刨深度過大，使得在鑿縫尖端的應力集中更加明顯，由于應力集中現象出現，使得界面層出現微裂紋的幾率大大增加，因此，應力集中也會削弱界面層的抗剪強度。因此，出現界面層抗剪強度隨銑刨深度增加而呈現先增后減的變化不足為奇。

（4）其次，隨著界面層銑刨深度的增大，使得瀝青層與水泥板之間的有效接觸面積逐漸增大。盡管隨著銑刨深度的增加，瀝青層與水泥板之間出現空隙和微裂紋的幾率也隨著增加，但顯而易見的是，這并不影響有效接觸面積的逐漸增大。此處提到的有效接觸面積指的是瀝青混合料與水泥板之間實際的接觸面積，不包括彼此之間存在的空隙和微裂紋。因此，這里的有效接觸面積只是一個理想化的概念，實際上并不確定，也是無法準確測量得到的。由于瀝青混合料與水泥混凝土板之間的有效接觸面積逐漸增大，使得彼此之間的粘結強度也逐漸增大。而之所以會出現后期增長緩慢的原因，正是由于隨著銑刨深度增大而出現更多的空隙和微裂紋的緣故。如圖1反映了界面層強度隨銑刨深度的變化關系。

（5）通過對精銑刨界面銑刨深度的定量研究，得到的結論是：界面抗剪強度隨著銑刨深度的增大呈現先增大后減小的變化趨勢，當銑刨深度在6mm左右時，界面抗剪強度達到最大值;界面粘結強度隨著銑刨深度的增大而逐漸增大，但當銑刨深度超過4mm之后，增大趨勢不明顯。綜合考慮界面層抗剪強度及粘結強度后，筆者認為：對于精銑刨界面控制銑刨深度在6mm是最佳的。考慮實際施工可能存在的誤差，提出精銑刨界面最佳銑刨深度為：5～7mm，控制在4～8mm是合適的。當然，實際工程中對銑刨深度的選擇還需要考慮所在路段的實際受力情況，綜合考慮各種因素之后決定。

5. 結論

（1）通過室內拉拔試驗和剪切試驗，對不同水泥混凝土板界面處理方式進行界面層的強度測試。結果表明，在同等條件下，采用噴砂處理水泥混凝土板界面時，界面層抗剪強度與粘結強度都是比較高的。對于精銑刨界面而言，界面層強度隨著銑刨深度變化而變化，當銑刨深度為6mm左右時，界面層強度達到最高。

（2）因此，在實際工程中，應該優先選用噴砂或者精銑刨來處理水泥混凝土板界面，且當采用精銑刨界面時，要盡量控制銑刨深度在6mm左右。然而，必須說明的是：本文所有的試驗都是采用SBS改性瀝青作為界面層防水粘結材料。試驗所得到的結論是否對于所有的防水粘結層材料都適用還有待進一步的試驗研究。

參考文獻

[1]高金歧，羅曉輝，徐世法等。瀝青粘結層抗剪強度試驗分析。北京建筑工程學院學報，2003（3）：67～71.

[2]王火明。剛柔性路面界面層強度特性研究[碩士學位論文]。重慶;重慶交通大學，2008.

[3]柏圓。橋面鋪裝粘結層的研究[碩士學位論文]。西安;長安大學，2005.