差異改性瀝青路面層間抗剪強度影響研究

王小慶 展洪斌

摘 ? 要：為了提高瀝青路面的使用性能，本文主要對瀝青路面層間抗剪強度的影響因素進行研究，主要分為溫度、濕度、道路線型對瀝青路面的層間抗剪強度的影響規律，通過數值模擬、試驗研究得到：環境溫度為30℃～60℃作用下的瀝青路面層間抗剪強度，層間抗剪強度隨著環境溫度的升高而呈現減小的趨勢，在40℃、60℃的轉折點下速率變化較快，橫向剪應力隨著路面坡度從0°～5°逐漸增大，在3%時發生轉折。分析了四種粘層材料作用下的層間抗剪強度，并進行優劣排序：SBS改性瀝青、液體瀝青、乳化瀝青以及90號基質瀝青。并且對應相應的影響，從差異改性瀝青角度給出了解決措施。

關鍵詞：差異改性 ?層間抗剪強度 ?瀝青路面 ?粘層

中圖分類號：U416. 217 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0050-03

Abstract： in order to improve the performance of asphalt pavement， this paper mainly studies the influencing factors of the interlaminar shear strength of asphalt pavement， mainly including the influence law of temperature， humidity and road line type on the interlaminar shear strength of asphalt pavement. Through numerical simulation and experimental research， it can be concluded that the interlaminar shear strength and interlaminar shear strength of asphalt pavement under the action of environmental temperature of 30-60 ℃ The degree decreases with the increase of ambient temperature， and the rate changes rapidly at the turning point of 40 ℃ and 60 ℃. The transverse shear stress increases gradually with the road slope from 0-5 ° and turns at 3%. This paper analyzes the interlaminar shear strength under the action of four kinds of bonding materials， and sorts the advantages and disadvantages： SBS modified asphalt， liquid asphalt， emulsified asphalt and 90 matrix asphalt. And corresponding to the corresponding impact， from the point of view of different modified asphalt， the solutions are given.

Key Words： Differential modification; Interlaminar shear strength; Asphalt pavement; Tack coat

瀝青路面作為我國道路路面的主要形式，具有表面平整、行車舒適、耐磨性好及施工、養護簡便等優點，因此在道路應用中越來越廣泛。但是由于我國高速公路建設起步較晚，發展相對遲緩以及交管運營不完善等原因，導致瀝青路面出現較多的病害，其中層間剪切破壞表現得尤為突出。瀝青路面層間剪切破壞問題一直是國內外相關專家學者研究的重點，目前改性瀝青是增強層間剪切性能、提高路面使用壽命的有效措施。這里主要研究差異改性瀝青路面層間抗剪強度影響因素，從而有效的控制瀝青路面的層間剪切性能。然而，由于道路所處自然環境的不同以及各國路面設計理念及施工方法存有差異，導致瀝青路面層間抗剪強度的研究存有一定的不足，因此，關于差異改性瀝青路面層間抗剪強度理論與試驗研究，對瀝青路面設計和施工具有十分重要的理論與實踐意義。

1 ?影響因素分析

1.1 溫度

眾所周知，瀝青路面層間粘層材料和瀝青混合料都屬于粘彈性材料，二者對外界溫度的變化均表現出強烈的敏感性，并且不同品種、不同標號的瀝青和粘層材料對溫度的敏感性往往會有很大的差別，尤其是在高溫季節，瀝青粘度會隨著外界氣溫的升高而逐漸降低，致使瀝青自身發生軟化，穩定性急劇降低，從而導致瀝青路面整體穩定性發生變化。與此同時，作為同類感溫材料的粘層材料也會產生同樣的力學響應，繼而對瀝青路面層間抗剪強度產生較大的影響。為了清晰的分析溫度對層間抗剪強度的影響，通過有限元模擬軟件計算了30℃～60℃時的瀝青路面層間抗剪強度，結果見圖1。

瀝青混合料具有典型的孰彈性特性，其力學性能指標與溫度密切相關。低溫時，回彈模量較大，而隨著溫度的升高，塑性變形顯著增大，抗變形能力降低。分別計算30℃～60℃情況下路面的層間抗剪強度，從圖1看出，溫度升高，面層最大橫向剪應力隨這溫度升高而增大，60℃抗剪強度約為30℃時抗剪強度的4.24倍。對比剪應力與剪應變的變化發現，剪應變的增長幅度明顯大于剪應力，這是因為溫度升高，瀝青混合料模量減小，抵抗變形的能力下降，相同的應力水平下，變形增大[1]。由此可見，溫度不僅對剪應力有影響，而且會使瀝青混合料的力學特性發生改變，導致面層抗剪能力急劇衰減，從而加速車轍的產生。

1.2 道路線型

瀝青路面層間剪切破壞程度，將隨著該破壞路段所處的地理位置發生變化，尤其在長大縱坡路段表現得尤為明顯，這說明車輛荷載對瀝青路面層間產生剪切破壞程度，受該路面自身縱坡坡度的影響較大，為充分探究縱坡坡度對瀝青路面層間抗剪強度的影響，本研究模擬瀝青路面實際的縱坡狀況，道路坡度變化會對瀝青面層剪應力和路面材料性能產生直接影響。通過開展縱坡路段瀝青路面結構及材料設計的研究，可逆向為今后公路施工提供必要的技術參考[2]。在縱坡路段瀝青路面中，相對于剪應力水平的增幅，剪應變水平的增加幅度大得多。即車輛荷載相同時，縱坡路段與平坡路段上瀝青路面結構的主要差異表現為瀝青路面的變形差異，車輛荷載增大時這種差異會更大。

從圖2可以看出，縱坡在3%以下時對層間剪應力影響很小，但當坡度達到3%時，剪應力增大到0.3MPa，縱坡達到5%時，剪應力達到0.35MPa。這是因為車輛在上坡行駛過程中，為了克服阻力，司機一般采取動力上坡的方式。當車輛慢速行駛時，輪胎與路面之間的水平荷載增大，故應提高縱坡路段瀝青路面中面層的抗剪強度。應力隨坡度的變化呈良好的線性關系，對于結果分析結合實際路面情況可知，車輛的變速超載、重載對長大縱坡瀝青路面破壞極為嚴重。

1.3 粘層油

不同的粘層油灑布量以及粘層油種類都會對層間界面特性會產生較大影響。瀝青路面在層間接觸良好的狀況下，粘層材料與集料的抗剪強度成為瀝青路面層間不發生剪切破壞的重要保障，其大小主要由處在熔融狀態下的粘層油與固體集料表面發生接觸時的接觸角以及粘層材料自身的表面張力決定。根據前期大量的研究，90號基質瀝青、液體瀝青、SBS改性瀝青以及乳化瀝青的最佳灑布量分別為1.2kg/m2、1.1kg/m2、1kg/m2和0.8kg/m2[3]。為了研究不同粘層材料作用下層間界面特性的影響，分別選用四種瀝青作為粘層材料，得到了不同粘層材料作用下瀝青路面層間抗剪強度，結果見圖3。

在粘層材料作用后，其層間抗剪強度均產生了不同幅度的提高，說明粘層材料的灑布，能夠有效的抵抗瀝青路面層間剪切破壞，繼而增強瀝青路面的層間抗剪強度。對于同一級配組合類型的瀝青路面結構層[4]，其層間抗剪強度隨著粘層材料類型的不同而表現出明顯的差異性，其中灑布SBS改性瀝青的路面層間抗剪強度表現最優，其次，依次為液體瀝青、乳化瀝青、基質瀝青，這也直接說明了粘層材料自身的特性，對瀝青路面層間抗剪強度產生重要的影響。

2 ?差異改性措施

根據上述分析可知，增加瀝青路面的層間剪切性能就必須選用合適的改性瀝青，而改性瀝青的選用，需要從高溫的耐用性、道路線型的特殊性、粘層材料的粘結性能等方面進行綜合考慮。對于炎熱地區，盡量選擇SBS改性瀝青等對于溫度變化較為不“敏感”的改性瀝青材料，對于坡度大于3%的長大縱坡、轉彎半徑較小等特殊性路段，應采取多層改性瀝青組合形式，并且選用效果較好的SBS改性瀝青、液體瀝青作為粘層材料組合類型，以增強瀝青路面的層間抗剪強度，提高瀝青路面的使用壽命。

3 ?結語

本文主要針對瀝青路面的層間抗剪強度的影響因素進行分析，通過數值模擬軟件計算出環境溫度為30℃～60℃作用下的瀝青路面層間抗剪強度，層間抗剪強度隨著環境溫度的升高而呈現減小的趨勢，在40℃、60℃的轉折點下速率變化較快，橫向剪應力隨著路面坡度從0°～5°逐漸增大，在3%時發生轉折。分析了四種粘層材料作用下的層間抗剪強度，并進行優劣排序：SBS改性瀝青、液體瀝青、乳化瀝青以及90號基質瀝青。最終，針對影響瀝青路面層間抗剪強度的因素研究，提出了瀝青路面的差異改性措施，為指導實際工程施工提供了參考依據。

參考文獻

[1] 吳少鵬，王家主，陳太泉.長大縱坡瀝青路面應力分析[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2006（6）：969-972.

[2] 朱俊，雷茂錦，張航，等.基于層間剪切的瀝青路面粘層力學性能研究[J].武漢理工大學學報：交通科學與工程版，2013，37（4）：775-779.

[3] 毛昱.瀝青路面層間抗剪強度理論與試驗研究[D].蘭州理工大學，2018.

[4] 安改俊.縱坡路段瀝青路面材料組成與結構設計[J].交通世界，2018（20）：34-35.