摘 要:针对目前沥青常见的层间粘结力不强导致早期破坏的现象,从粘结层结构、沥青材料的选择、施工过程等方面分析了问题出现的原因,并提出改善的措施,从而提高沥青混凝土路面层间粘结力。
关键词:粘结力,沥青混凝土,层间
中图分类号:U416. 21
当沥青层之间或沥青层与基层之间结合面上的摩阻力大大低于沥青混合料本身时,层间界面会存在抗剪强度不足的薄弱环节,当路面受到较大的水平剪切力时易发生剪切位移,使沥青面层发生水平推移、车辙及壅包等病害。粘结层对沥青层之间的拉应力和剪应力的传递有至关重要的作用,层间粘结力不足会导致层间推移及上面层层底拉应力集中,这种应力集中将加速疲劳开裂导致整个路面的破坏。为了保证沥青路面的优良路用性能,必须在沥青混凝土层间铺设粘结层或经过处理以提高层间的粘结力。结合国内对提高沥青层间粘结力的讨论,应该从以下几方面加以阐述。
1 沥青粘结层的分析
1. 1 粘结层的分类
1) 下封层。多用于多雨潮湿地区的高速公路、一级公路的沥青面层空隙较大、渗水严重的路面或铺筑基层后不能及时铺筑沥青面层而需要开放交通时,宜在喷撒透层油后铺筑下封层。下封层的沥青油石比为7. 5 %～13. 5 %,石料用量为5. 4 kg/ m2～8. 1 kg/ m2 ,石料规格为Ⅱ级配矿料,施工工艺为稀浆封层机拌和摊铺。
2) 粘层。双层或三层热拌热铺沥青混合料路面在铺筑上面层前,其下面的沥青层已被污染,水泥混凝土路面上铺筑沥青面层时必须撒铺粘层。沥青用量为0. 3 L/ m2～0. 5 L/ m2 ,施工工艺为喷撒,不需要用石料。
3) 透层。沥青路面的级配砂砾、级配碎石基层及水泥、石灰、粉煤灰等无机料稳定土或粒料的半刚性基层上必须撒透层沥青。沥青用量为0. 7 L/ m2～1. 1 L/ m2 ,石料用量为2 kg/ m2～3 kg/ m2 ,石料规格为石屑或砂,施工工艺为撒沥青、撒石屑并碾压。
1. 2 粘结层受力分析
粘结层的作用是把上下沥青面层粘结起来,使荷载从上面的沥青层传递到下面的沥青层的同时没有层间滑移或分层现象发生。根据参考文献[1 ]中阐述的观点,试验温度为60 ℃时,在一定的范围内随着沥青用量的增加抗剪强度有所增加其原因在于,沥青混合料在基底表面击实后,沥青混合料与基底表面紧密接触,抗剪强度源于沥青混合料中的骨料与基底的摩擦力及沥青的粘结力,由于沥青用量的增加,沥青混合料与基底的接触面增大,这样抗剪强度有所增加。粘结层沥青厚度超过沥青混合料纹理深度之后,沥青粘结层的粘结力降低,由于击实的作用多余的沥青被挤出试件,其粘结力降低的水平趋于稳定。试验温度30 ℃时,由于温度的降低,沥青的粘度增加从而粘结力有所增加,但随着沥青用量的增加多余的沥青被挤出,其粘结力趋于稳定。
2 原材料的因素
2. 1 沥青含量与路用性能的关系
下封层、粘层及透层油的施工工艺有一个共同的特点,就是都可以提高刚性、柔性结构层之间的抗剪强度,但它们的抗剪强度不同。下封层作为沥青路面结构层间结合料时的抗剪强度最
大,作为粘结过渡层效果最好。
一般可用击实法模拟工程实际,既可用于确定沥青粘结层的合理用量,也可以用来确定沥青粘结层的抗剪强度,但对基底材料的强度要求较高,否则击实时基底材料会破坏。试件的试验温
度是关键,温度低抗剪强度高,温度高抗剪强度低。同样条件下,利用击实法成型的试件,水泥混凝土为基底的试件的抗剪强度要比以钢板为基底的试件的抗剪强要高,这说明基底的粗糙程度对抗剪强度有影响,而且比基底的强度对抗剪强度影响大。所以要在提高基底强度的同时注意提高其粗糙程度,而得到较高的抗剪强度。
2. 2 沥青材料的确定
沥青具有热粘性,但存在软化点偏低、易吸热软化的缺点。由于沥青缺乏高温抗变形能力,因而降低了高温环境下路面的承载能力,容易形成车辙等病害,当然沥青放在面层当中还会出现粘附轮胎现象,致使车轮飘滑,造成安全隐患。下封层宜采用层铺法表面处治或稀浆封层法施工。稀浆封层可采用乳化沥青或改性乳化沥青作结合料。透层油的选择是根据基层类型,常用的有液体沥青、乳化沥青、煤沥青等。液体石油沥青根据使用目的与场所,可选用快凝、中凝、慢凝。宜采用针入度较大的石油沥青,使用前按先加热后加稀释剂的顺序,掺配煤油或轻柴油,经适当的搅拌、稀释而成。乳化沥青类型根据集料品种及使用条件选择。阳离子乳化沥青可适用于各种集料品种,阴离子乳化沥青适用于碱性石料。乳化沥青的破乳速度、粘度宜根据用途与施工方法选择。煤沥青用于各种等级公路的基层透层时宜采用T21 级或T22 级,与道路石油沥青、乳化沥青混合使用,以改善渗透性并能与基层连接成为一体。粘层油宜采用快裂或中裂乳化沥青、改性乳化沥青,也可以采用快、中凝液体石油沥青。粘层油品种和用量,应根据下卧层的类型通过试验确定。当粘层油上铺筑薄层大空隙排水路面时,粘层油的用量宜增加到0. 6 L/ m2～1. 0 L/ m2 。当沥青层之间兼作封层而喷撒的粘层油宜采用改性沥青或改性乳化沥青,其用量不少于1. 0 L/ m2 。
3 施工因素
3. 1 施工准备
粘层施工前应检查基层或下卧沥青层的质量,不符合要求的不得铺筑沥青层。旧沥青路面或下卧层已被污染时,必须清洗或经铣刨处理且待路面干燥后再进行施工。施工应尽量选在夏季且一天当中气温较高时,不允许夜间或凌晨施工。
3. 2 施工方案
按照规范要求,粘层施工时须使沥青喷撒成雾状,在路面全宽内均匀分布成一薄层。粘层油宜在当天撒布,待乳化沥青破乳、水分蒸发完成,或稀释沥青中的稀释剂基本挥发完成后,紧跟着铺筑沥青层。透层沥青施工时,若沥青为热改性沥青,特别是SBS 改性沥青,需要在高温时进行喷撒,施工质量受施工环境、温度及基层的清洁状况影响。否则,容易出现离析、水和沥青分离、喷撒不匀,沥青阻塞洒布机出油孔等现象。透层沥青的施工对石屑的干燥度要求很高,所用石屑必须经过过筛。同时,撒布石屑后必须及时碾压才能达到满意的质量效果。下承层是半刚性基层的透层宜紧接在基层碾压成型后表面稍变干燥,但尚未硬化的情况下喷撒。为了更好地使透层的粘结力增强,无机结合料粒料基层上撒布透层沥青应在铺筑沥青层前1 d～2 d 撒布。下封层的作用效果明显优越于粘层、透层。它是由级配石料、沥青乳化液、添料、助剂,通过稀浆封层施工机械按比例集中投料、拌和并完成摊铺的一种细料式沥青混凝土薄层施工工艺,具有密级配、大油量的特点,粘结性和密封性都特别好。在摊铺沥青面层时可直接进行沥青路面的施工,下封层会在沥青混合料的高温及压路机的振动下进一步密实,真正起到粘结、密实、防水的作用。
4 粘结强度的评价
沥青层间粘结力的评价主要是通过对沥青混合料的抗剪强度进行试验分析。目前有一种原理简单且参数可以改变的直剪仪器,这种设备还可以用来方便地测试路面钻芯和试验室制备的圆柱体试件。为此设计制造了一种可在MTS 上操作的简单直剪仪器。该仪器的两个剪切套具间的间距可调,并且利用MTS 可以方便地以控制应变或控制应力的模式加载,荷载的大小和试验温度也可调整。仪器通过剪切套具下的支撑的偏移来实现剪切,操作简便,试验数据由软件自动采集和输出。
根据文献[4 ]得知:表面有水(模拟雨水) 的粘结层的粘结强度比相同情况下干燥路段的要低。潮湿路段的粘结强度随时间而增长,但始终不能达到相同条件下干燥路段的强度。层间结合料用量为0. 36 L/ m2 ,潮湿路段的剪切强度比层间结合料用量为0. 09 L/ m2 的潮湿路段的要高。
5 结语
通过对粘结力影响重大的主要结构层进行分析,从沥青粘结层结构、材料特征、施工等方面提炼出改善沥青粘结力的注意事项,以便更全面地指导沥青路面的施工。
参考文献:
[1 ]高金岐,罗晓辉. 沥青粘结层抗剪强度试验分析[J ] . 北京建筑工程学院学报,2003 ,3 (1) :9212.
[2 ]J TG F4022004 ,公路沥青路面施工技术规范[ S] .
[3 ]孙立军. 沥青路面结构行为理论[M] . 北京:人民交通出版社,2005. 24225.
[4 ]刘细军,郝培文. 评价沥青路面粘结层粘结强度的新试验方法[J ] . 中外公路,2006 (2) :49250.
[5 ]齐守魁. 沥青混凝土路面渗水病害防治措施浅析[J ] . 山西建筑,2004 ,30 (17) :1502151.
