粘層油對(duì)瀝青面層層間結(jié)合的性能研究

 引言
由于高速公路渠化交通和車(chē)輛日趨大型化，路面受車(chē)輪荷載比較集中，承受了更大的剪切推移力，容易產(chǎn)生剪切推移破壞，而路面層間粘結(jié)劑的合理選擇將對(duì)瀝青路面抗剪性能產(chǎn)生直接的影響。我國(guó)《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004中9.2建議了各種粘層油的品種和用量，但大都是相對(duì)于馬歇爾方法設(shè)計(jì)的瀝青路面而言的，而且是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)試灑確定的，對(duì)粘層油路用性能研究缺乏工程實(shí)踐及相關(guān)試驗(yàn)研究。為此，本文將針對(duì)不同品種和用量的粘層油的粘結(jié)力以及其對(duì)GTM法設(shè)計(jì)的瀝青路面路用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。
1 GTM工作原理
GTM（Gyratory Testing Machine）試驗(yàn)機(jī)由美國(guó)工程兵團(tuán)發(fā)明于60年代，它把混合料成型壓實(shí)、力學(xué)剪切和車(chē)輛模擬機(jī)集合并于一臺(tái)試驗(yàn)機(jī)。它的一個(gè)重要的特性是能夠通過(guò)GTM滾輪壓力的下降和旋轉(zhuǎn)角度的增加直接反映出顆粒狀塑性材料中可能出現(xiàn)的塑性過(guò)大的現(xiàn)象。更加合理的模擬了現(xiàn)場(chǎng)壓實(shí)設(shè)備與隨后交通荷載的作用。采用了和應(yīng)力有關(guān)的推理方法進(jìn)行混合料的力學(xué)分析和設(shè)計(jì)，克服了馬歇爾等經(jīng)驗(yàn)方法的不足。
2 試驗(yàn)研究
2.1 試驗(yàn)材料 本試驗(yàn)瀝青選用70號(hào)基質(zhì)瀝青和SBS改性瀝青。AC-13粗集料選用的玄武巖，細(xì)集料選用石灰?guī)r。AC-20粗細(xì)集料均選用石灰?guī)r。礦粉為石灰?guī)r礦粉。對(duì)上述材料按JTG F40-2004《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求進(jìn)行了規(guī)定項(xiàng)目的試驗(yàn)檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，均符合相關(guān)技術(shù)要求。
2.2 級(jí)配設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)研究模擬高等級(jí)公路的上、中面層，上面層為5cmAC-13型改性瀝青混合料，中面層為7cmAC-20型瀝青混合料。對(duì)上述兩種類(lèi)型瀝青混合料利用GTM成型法進(jìn)行不同油石比下的旋轉(zhuǎn)壓實(shí)，根據(jù)旋轉(zhuǎn)結(jié)果（GSI與GSF結(jié)果）和成型試件的毛體積密度，確定中面層AC-20型瀝青混合料油石比為4.1%，表面層AC-13型改性瀝青混合料油石比為4.9%。
2.3 粘層材料 本試驗(yàn)選擇的粘層油為兩類(lèi)，一類(lèi)為熱瀝青，分別為濱洲70號(hào)基質(zhì)瀝青和加入改性劑改性的SBS改性瀝青；另一類(lèi)為乳化瀝青，分別為普通乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青。參考規(guī)范規(guī)定的粘層油用量，并根據(jù)在實(shí)際工程的經(jīng)驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，在瀝青路面的上面層與中面層噴灑的粘層油種類(lèi)與用量見(jiàn)表1。
2.4 試件制作 特制成型車(chē)轍板板模，將120mm高的車(chē)轍板板模兩側(cè)的擋板分成兩段，底端70mm，上端為50mm。先用碾壓法成型中面層板塊，再?lài)姙⒉煌N類(lèi)和劑量的粘層瀝青，最后加鋪瀝青混凝土上面層，通過(guò)碾壓次數(shù)保證中、上面層的密度與GTM旋轉(zhuǎn)試件的密度一致。在噴灑乳化瀝青時(shí)，要保證充分破乳。
2.5 性能試驗(yàn)與評(píng)價(jià)
2.5.1 抗車(chē)轍能力。瀝青路面主要承受垂直荷載和水平荷載的作用，如果瀝青面層層間產(chǎn)生滑移，受力狀態(tài)發(fā)生巨大變化，路面表面層極易產(chǎn)生車(chē)轍和開(kāi)裂。噴灑粘層油能否有效防止層間滑動(dòng)，是否反而會(huì)促進(jìn)層間滑動(dòng)，在此基礎(chǔ)上，研究粘層油對(duì)高溫抗車(chē)轍能力的影響是十分必要的。
上述試驗(yàn)結(jié)果表明，加入粘層瀝青對(duì)瀝青路面抗車(chē)轍能力存在一定的影響的。當(dāng)乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青增加到0.8kg/m2時(shí)，動(dòng)穩(wěn)定度明顯降低，且噴灑后流淌現(xiàn)象比較明顯，因此，對(duì)于乳化瀝青來(lái)說(shuō)，0.8kg/m2作為瀝青用量上限。而基質(zhì)瀝青與SBS改性瀝青作為粘層油的車(chē)轍板試件動(dòng)穩(wěn)定度與不同的噴灑量有很好的相關(guān)性。當(dāng)粘層油用量為0.8kg/m2時(shí)，相當(dāng)于每平方米增加了0.8kg的純?yōu)r青用量，隨著瀝青用量的增加，對(duì)瀝青路面抗車(chē)轍能力會(huì)造成負(fù)面影響。
2.5.2 拉拔試驗(yàn)。本研究利用美國(guó)進(jìn)口的MTS-810做拉拔試驗(yàn)代替剪切試驗(yàn)。將成型后的120mm厚的車(chē)轍板用萬(wàn)能切割機(jī)鋸成長(zhǎng)寬高為55mm×55mm×75mm小試件，試件頂面與底面分別用萬(wàn)能膠與兩個(gè)拉頭膠結(jié)在一起。為了測(cè)定粘層瀝青材料的溫度穩(wěn)定性，該試驗(yàn)在60℃的溫度條件下進(jìn)行，拉拔速度控制在10mm/s。
試驗(yàn)結(jié)果表明，從粘層瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度來(lái)看，SBS改性瀝青在用量達(dá)到一定程度時(shí)，粘結(jié)強(qiáng)度最大，其用量為0.4kg/m2～0.6kg/m2時(shí)最為合適；SBR改性乳化瀝青粘結(jié)強(qiáng)度次之。對(duì)于SBR改性乳化瀝青粘層與SBS改性瀝青粘層，在粘層瀝青用量為0.4kg/m2時(shí)，有大量試件并未從層間聯(lián)結(jié)處破壞，而是試件本體發(fā)生破壞，一般為中面層破壞。普通基質(zhì)瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度次于SBR改性乳化瀝青，而乳化瀝青粘結(jié)強(qiáng)度最差。且大多從面層聯(lián)結(jié)處破壞。因此選用改性瀝青作為粘層瀝青更為合理。
3 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，基質(zhì)瀝青和乳化瀝青粘層雖能起到層間聯(lián)結(jié)和抗剪切的作用，但效果較差。而以SBS改性瀝青和SBR改性乳化瀝青作為粘層油效果較好。選用SBS改性瀝青時(shí)建議用量為0.3kg/m2～0.5kg/m2，選用SBR改性乳化瀝青時(shí)建議用量為0.4kg/m2～0.6kg/m2。采用改性瀝青和乳化改性瀝青作粘層油基本能夠使瀝青面層層間實(shí)現(xiàn) “全連續(xù)結(jié)構(gòu)”，形成一個(gè)整體，達(dá)到更好的抗車(chē)轍能力。