工学论文：橡胶沥青衬垫式碎石封层黏结性能

   摘要：针对旧水泥混凝土路面加铺改造工程的层间黏结问题，选择适用于该工程的碎石封层结构，通过室内直接剪切试验对比分析了橡胶沥青衬垫式碎石封层与橡胶沥青单层碎石封层的黏结性能，利用正交试验优化了橡胶沥青衬垫式碎石封层的配合比．结果表明：单层碎石封层及衬垫式碎石封层为最佳碎石封层结构；橡胶沥青衬垫式碎石封层第１层沥青洒布量为２．４ｋｇ／ｍ２，第１层碎石撒布量为９ｍ３／ｋｍ２，第２层沥青洒布量为２．０ｋｇ／ｍ２，第２层碎石撒布量为１２ｍ３／ｋｍ２时，层间抗剪强度最优；橡胶沥青衬垫式碎石封层黏结性能较橡胶沥青单层碎石封层提高３０％左右．
       关键词：道路工程；旧水泥混凝土路面；加铺改造工程；直接剪切试验；正交分析；衬垫式碎石封层；黏结性能
   １碎石封层结构优选根据不同的应用情况和使用条件，可将碎石封层归纳总结为７种类型：单层碎石封层、双层碎石封层、镶入式碎石封层、衬垫式碎石封层、帽封层、三明治封层、土工织物封层．根据文献，７种碎石封层均可用于道路养护当中，但其中的单层碎石封层、双层碎石封层及衬垫式碎石封层以其独特的结构形式，也可用于沥青路面结构的下封层．在旧水泥混凝土路面改造工程中，由于基层采用旧水泥混凝土面板，因此单层碎石封层及衬垫式碎石封层是最佳碎石封层结构．现通过室内试验，对比分析橡胶沥青衬垫式碎石封层与单层碎石封层的黏结性能．
      ２黏结性能试验用原材料洒布型橡胶沥青，碎石采用９．５～１３．２ｍｍ的玄武岩碎石，直接剪切试验设计剪切试验模型选择为：旧水泥混凝土路面＋橡胶沥青碎石封层＋ＳＭＡ－１３．试验时首先预制尺寸为３００ｍｍ×３００ｍｍ×５０ｍｍ的Ｃ４０水泥混凝土板，将水泥混凝土振动压实后表面抹平，３０ｍｉｎ后在板上进行表面拉毛处理，然后在标准条件下养护７ｄ．待达到强度要求后，把预制好的水泥混凝土板放入３００ｍｍ×３００ｍｍ×１００ｍｍ试模内，洒铺２种结构类型（单层、衬垫式）的橡胶沥青碎石封层，洒铺的用量及过程按照橡胶沥青碎石封层的施工工艺进行．最后用轮碾仪在封层上成型ＳＭＡ－１３沥青混凝 土 试 板，成 型 时 混 合 料 碾 压 温 度 为１４０～１５０℃．试件成型１２ｈ后从试模中取出．最后在成型好的板上钻芯，芯样为直径１０ｃｍ的圆柱体．直接剪切试验采用多功能路面材料剪切仪，测定在不同橡胶沥青及碎石用量下的层间抗剪强度，以此来评价封层的黏结性能，进而优选出最佳配比．正交试验结果分析根据文献，路面结构层间抗剪性能是由层间材料本身的性质（黏度、用量及其与上下层的黏结作用）以及上下层结构性质构成的．因此，当上下层结构性质确定后，层间材料的用量将对层间抗剪强度产生很大影响：当小于最佳用量时，不足以黏结相邻的两个结构层；当达到最佳用量时，橡胶沥青碎石封层更为完满地黏附于上下结构层之间，使层间抗剪能力逐渐增强；当超过最佳用量时，则使结构层之间的沥青膜增厚，多余的橡胶沥青碎石封层形成了使矿料发生位移的润滑剂，以致在高温时易形成推挤和滑移，出现塑性变形．本文通过直接剪切试验测定在不同橡胶沥青及碎石用量下的层间抗剪强度，以此来评价封层质量的优劣，优选出最佳配比．橡胶沥青单层碎石封层及橡胶沥青衬垫式碎石封层材料的推荐用量时，随着碎石用量增大，其层间抗剪强度逐渐增大．由表６可知，橡胶沥青衬垫式碎石封层层间抗剪强度随着第１层橡胶沥青用量的增加呈先增大后减小 的 趋 势，说 明 第１层 橡 胶 沥 青 用 量 为２．４ｋｇ／ｍ２时对层间抗剪强度影响最显着；同理，当第１层碎石用量为９ｍ３／ｋｍ２，第２层橡胶沥青用量为２．０ｋｇ／ｍ２，第２层碎石用量为１２ｍ３／ｋｍ２时对层间抗剪强度影响最显着．就测试指标而言，极差Ｒ越大的因素，说明其对层间黏结强度指标的影响越大．比较表６中各极差Ｒ值大小，可见Ａ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｂ，所以，各因素对测试指标影响的主次顺序是第１层沥青洒布量＞第２层沥青洒布量＞第２层碎石撒布量＞第１层碎石撒布量．优选组合时，根据各因素显着性影响水平来确定最优水平，进而选出最优组合．对于橡胶沥青衬垫式碎石封层，可以得出其最优组合为Ａ２Ｂ３Ｃ２Ｄ３，即第１层沥青洒布量为２．４ｋｇ／ｍ２，第１层碎石撒布量为９ｍ３／ｋｍ２，第２层沥青洒布量为２．０ｋｇ／ｍ２，第２层碎石撒布量为１２ｍ３／ｋｍ２时，其层间抗剪强度最优．综上可知，若碎石用量过大，则碎石之间的沥青膜将逐渐减少，无法提供足够的沥青膜与碎石黏结，碎石之间将变得松散，同时又无法提供足够的自由燕霞，等：橡胶沥青衬垫式碎石封层黏结性能 ６８１沥青将面层与旧水泥混凝土板黏结形成统一整体，使碎石和面层混合料界面处形成贫油层，黏结能力变小，所以此种情况下的抗剪强度低；当碎石用量适当、沥青用量过大时，多余的沥青会形成使矿料发生位移的润滑剂，此时的抗剪强度也随着沥青用量的增加而减小．２种碎石封层的界面分别橡胶沥青单层碎石封层所采用的碎石尺寸较大，能用于黏结旧水泥混凝土板的自由沥青较少，而橡胶沥青衬垫式碎石封层第１层采用２．３６～４．７５ｍｍ小粒径碎石，自由沥青量较大，可以提供足够的沥青与旧水泥混凝土板黏结，且又洒布１层橡胶沥青与大粒径的碎石，大粒径碎石能够同时嵌入到上面层与小粒径碎石当中去，增加了内摩阻力，有效增加了层间抗剪强度．因此橡胶沥青衬垫式碎石封层层间抗剪强度要大于橡胶沥青单层碎石封层层间抗剪强度．
      ３结论（１）碎石封层主要分为７种结构形式，在旧水泥混凝土路面改造过程中，由于基层采用旧水泥混凝土面板，因此单层碎石封层及衬垫式碎石封层是最佳碎石封层结构．（２）通过直接剪切试验，确定橡胶沥青单层碎石封层材料用量为：橡胶沥青用量与碎石用量之比为２．６∶１１，此时层间抗剪强度最大，为０．２８７ＭＰａ；衬垫式 碎 石 封 层 材 料 用 量 为：第１层 沥 青 洒 布 量２．４ｋｇ／ｍ２，第１层碎石撒布量９ｍ３／ｋｍ２，第２层沥青洒布量２．０ｋｇ／ｍ２，第２层碎石撒布量１２ｍ３／ｋｍ２，此时层间抗剪强度最优．衬垫式碎石封层的黏结性能要优于单层碎石封层．（３）层间材料用量对层间抗剪强度有很大影响．当层间材料用量较小时，不足以形成一层均匀的薄膜来黏结相邻的两个结构层；当层间材料用量较大时，将使结构层之间的沥青膜增厚，多余的层间材料会形成使矿料发生位移的润滑剂，以致在高温时易形成推挤和滑移，出现塑性变形．
       参考文献：
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