【技术】沥青路面粘层油种类对界面抗剪性能的影响
摘要：本文是通过简单剪切试验来评价粘层的应用效果，研究了粘层油种类、洒布量、和试验温度对界面抗剪强度的影响，粘层油分别为热沥青、普通乳化沥青、SBR改性乳化沥青三种，洒布量为0.4 kg/m2、0.6 kg/m2、0.8 kg/m2、1.0 kg/m2、1.2 kg/m2。结果显示SBR改性乳化沥青效果最好，最佳洒布量为乳化沥青洒布量为0.8kg /m2。
关键词：沥青路面；抗剪性能；粘层油
1 引言
在外界环境和车辆荷载的作用下，为了保证沥青路面结构的整体性及耐久性，在沥青面层间设置了粘层使面层间保持较好的粘结性，粘层中沥青用量较少且是用水稀释后应用，常用做粘层的材料有热沥青、乳化沥青等。有关沥青路面的层间抗剪强度研究表明，粘结性能好的粘层材料可以直接影响把层间界面弯拉应力和剪应力的传递至整个路面结构，反之亦然；不设置粘层油或粘结性能不足会降低路面的承载能力且极易引起路面结构滑移，还会导致磨耗层底部弯拉应力集中而加速路面产生疲劳开裂。
在新建工程和水泥混凝土路面加铺改造工程中往往广泛使用，但是在增强粘层抗剪强度方面没有达成共识，层间抗剪强度的评价也不统一。本文采用简单剪切试验对比分析多种粘层油的抗剪强度，评价了粘层油的粘结效果。
2 原材料试验
沥青路面层间抗剪强度与使用的粘层材料有密切关系，粘层材料粘度越大，各层之间的粘结强度就越高，抵抗剪切能力也会随之增加。若粘层材料粘度较小，则会使相邻两面层不能够很好的粘结到一起，同时由于沥青材料的流动性，反而会使粘层在层间起到润滑的作用，降低沥青路面层间抗剪强度。本试验采用的基质沥青为道路石油沥青70＃，粘层油为热沥青、普通阳离子乳化沥青、SBR改性乳化沥青，其各项的技术指标测试结果见表1-3。
采用旋转压实成型试件，上层为AC-13沥青混合料10cm，下层为AC-16沥青混合料10cm。成型一天后，把复合试件上下进行切割，切割厚度的试件高度5cm左右，及上下面层个留2.5cm。
表1热沥青技术指标
|
项 目 |
试验方法 |
1-1区指标要求 |
实测值 |
|
针入度(25℃ 100g 5s 0.1mm ) |
T 0604-2011 |
80-100 |
90 |
|
软化点(℃) |
T 0606-2011 |
≥45 |
48.5 |
|
延度(5cm /min 15℃ cm) |
T 0605-2011 |
≥100 |
>130 |
|
延度(5cm /min 10℃ cm) |
T 0605-2011 |
≥45 |
>80 |
|
延度(5cm /min 5℃ cm) |
T 0605-2011 |
/ |
6.7 |
|
溶解度( %) |
T 0607-2011 |
≥99.5 |
100 |
|
密度(g/cm) |
T 0603-2011 |
实测 |
1.011 |
|
闪点(℃) |
T 0611-2011 |
≥245 |
259 |
|
蜡含量(%) |
T 0615-2011 |
≤2.2 |
1.89 |
|
旋转薄膜烘箱后残留物 |
|||
|
质量损失(%) |
T 0610或T 0609 |
≤±0.8 |
0.033 |
|
延度(5cm /min 10℃ cm) |
T 0605-2011 |
≥8 |
10.02 |
|
针入度比(25℃, %) |
T 0604-2011 |
≥57 |
56.99 |
表2普通阳离子乳化沥青技术指标
| 试验项目 |
指标要求 |
实测值 |
试验方法 |
|
|
道路标准粘度C25.3(s) |
1-10 |
9 |
T0621-1993 |
|
|
筛上剩余量(1.18mm)/% |
≤0.1 |
0.03 |
T0652-1993 |
|
|
蒸发残留物含量/% |
≥50 |
53 |
T0651-1993 |
|
|
储存稳定性(1d)/% |
≤1.0 |
0.9 |
T0655-1993 |
|
|
蒸发残留物性质 |
针入度(25℃)0.1mm |
50～200 |
60 |
T0604-2011 |
|
软化点℃ |
≥45 |
50.1 |
T0606-2011 |
|
|
延度(15℃)cm |
＞40 |
＞90 |
T0605-2011 |
|
表3 SBR改性乳化沥青技术指标
| 试验项目 |
指标要求 |
实测值 |
试验方法 |
|
|
恩格拉粘度(25℃) |
1-10 |
7 |
T0622-1993 |
|
|
筛上剩余量(1.18mm)/% |
≤0.1 |
0.05 |
T0652-1993 |
|
|
蒸发残留物含量/% |
≥50 |
60 |
T0651-1993 |
|
|
储存稳定性(1d)/% |
≤1.0 |
0.9 |
T0655-1993 |
|
|
蒸发残留物性质 |
针入度(25℃)0.1mm |
40～120 |
80 |
T0604-2011 |
|
软化点℃ |
＞50 |
61 |
T0606-2011 |
|
|
延度(10℃)cm |
≥40 |
110 |
T0605-2011 |
|
3 试验结果分析
简单剪切试验的测试结果用来分析沥青路面粘层种类，粘层油洒布量和测试温度对界面抗剪强度的影响，每种粘层油，不同洒布量和试验温度采用三个试件作为平行试验，三个试件的平均值作为试验结果，静态试验结果由静态分析系统软件完成，置信区间为95%。界面抗剪强度由测得的抗剪强度结果来评价，试验夹具及试验中的试件如图1所示。在标准剪切速率22.5N/min剪切每个试件直至破坏，图2为典型的剪切位移曲线，剪切应力结果见下表所示。
表4 热沥青剪切试验结果
| 试验温度25℃ |
试验温度55℃ |
|||||||
|
洒布量（kg/m2） |
空隙率（%） |
剪应力值（MPa） |
平均剪应力（MPa） |
标准差（MPa） |
空隙率（%） |
剪应力值（MPa） |
平均剪应力（MPa） |
标准差（MPa） |
|
0 |
6.6 |
0.247 |
0.271 |
0.0208 |
6.7 |
0.051 |
0.055 |
0.0039 |
|
6.0 |
0.281 |
6.5 |
0.058 |
|||||
|
6.2 |
0.285 |
6.9 |
0.057 |
|||||
|
0.2 |
6.1 |
0.296 |
0.305 |
0.0152 |
6.2 |
0.047 |
0.051 |
0.004 |
|
6.6 |
0.302 |
6.9 |
0.052 |
|||||
|
6.3 |
0.317 |
5.4 |
0.055 |
|||||
|
0.4 |
5.9 |
0.291 |
0.294 |
0.006 |
7.0 |
0.043 |
0.053 |
0.0057 |
|
6.0 |
0.289 |
6.4 |
0.057 |
|||||
|
6.5 |
0.301 |
5.9 |
0.059 |
|||||
|
0.6 |
6.8 |
0.261 |
0.251 |
0.0112 |
7.0 |
0.046 |
0.0453 |
0.006 |
|
6.5 |
0.254 |
6.4 |
0.051 |
|||||
|
7.1 |
0.239 |
6.8 |
0.039 |
|||||
表5 普通阳离子乳化沥青剪切试验结果
| 试验温度25℃ |
试验温度55℃ |
|||||||
|
洒布量（kg/m2） |
空隙率（%） |
剪应力值（MPa） |
平均剪应力（MPa） |
标准差（MPa） |
空隙率（%） |
剪应力值（MPa） |
平均剪应力（MPa） |
标准差（MPa） |
|
0 |
6.5 |
0.247 |
0.271 |
0.0208 |
6.8 |
0.051 |
0.055 |
0.0045 |
|
5.8 |
0.281 |
6.5 |
0.058 |
|||||
|
6.2 |
0.285 |
7.0 |
0.057 |
|||||
|
0.2 |
5.8 |
0.28 |
0.27 |
0.0152 |
6.2 |
0.054 |
0.055 |
0.005 |
|
6.2 |
0.26 |
6.9 |
0.057 |
|||||
|
5.9 |
0.271 |
5.4 |
0.042 |
|||||
|
0.4 |
6.3 |
0.243 |
0.227 |
0.006 |
7.0 |
0.044 |
0.047 |
0.003 |
|
6.2 |
0.226 |
6.4 |
0.048 |
|||||
|
6.1 |
0.213 |
5.9 |
0.049 |
|||||
|
0.6 |
6.0 |
0.206 |
0.21 |
0.0112 |
7.0 |
0.054 |
0.046 |
0.007 |
|
5.9 |
0.217 |
6.4 |
0.045 |
|||||
|
6.3 |
0.208 |
6.8 |
0.039 |
|||||
表6 SBR改性乳化沥青剪切试验结果
| 试验温度25℃ |
试验温度55℃ |
|||||||
|
洒布量（kg/m2） |
空隙率（%） |
剪应力值（MPa） |
平均剪应力（MPa） |
标准差（MPa） |
空隙率（%） |
剪应力值（MPa） |
平均剪应力（MPa） |
标准差（MPa） |
|
0 |
6.5 |
0.247 |
0.266 |
0.0177 |
6.9 |
0.059 |
0.055 |
0.0045 |
|
5.8 |
0.272 |
6.5 |
0.053 |
|||||
|
6.2 |
0.280 |
7.0 |
0.053 |
|||||
|
0.2 |
6.0 |
0.41 |
0.351 |
0.059 |
6.2 |
0.059 |
0.055 |
0.006 |
|
6.1 |
0.351 |
6.9 |
0.053 |
|||||
|
6.3 |
0.293 |
5.4 |
0.054 |
|||||
|
0.4 |
5.8 |
0.243 |
0.252 |
0.008 |
7.0 |
0.05 |
0.049 |
0.005 |
|
6.5 |
0.259 |
6.4 |
0.044 |
|||||
|
6.1 |
0.255 |
5.9 |
0.054 |
|||||
|
0.6 |
6.3 |
0.255 |
0.242 |
0.019 |
6.7 |
0.045 |
0.044 |
0.005 |
|
6.4 |
0.250 |
6.4 |
0.038 |
|||||
|
6.3 |
0.220 |
6.6 |
0.048 |
|||||
表4-表6的试验结果表明了平均层间抗剪强度和其标准差的变化关系，每种试验温度下的平均抗剪强度统计分组也列在相应表里。表4表明，采用热沥青作为粘层油，25℃时测得的其平均层间抗剪强度出现了峰值0.305MPa，对应的洒布量为0.2L/m2，在55℃时，不通过下的层间平均抗剪强度可以看出，没有洒布透层油试件的抗剪强度最大。表5表明，采用普通阳离子乳化沥青作为粘层油时，不同洒布量下层间平均抗剪强度的变化，25℃和55℃测试时发现不同洒布量下层间平均抗剪强度相差很小，这两种情况下，均是不洒透层油试件的层间抗剪强度最大。表6显示了用SBR作为粘层油时，界面平均抗剪强度随粘层油洒布量的变化规律，在25℃试验条件下，层间平均抗剪强度为0.351MPa，对应的洒布量为0.2L/m2，更大的洒布量会导致层间平均抗剪强度逐渐下降。因此，无论是哪一种粘层油，在一定的洒布量条件下均有最大平均抗剪强度，此时对应的洒布量即为最佳洒布量。
4 结论
为了评价采用简单剪切试验研究粘层油的最佳洒布量及应用效果，分析了粘层油洒布量、试验温度对层间剪切强度的影响。包括三种粘层油，分别为热沥青、普通乳化沥青、SBR改性乳化沥青，试验温度分别为25℃和55℃。SBR提供了较大的层间抗剪强度，显示出最好的性能，最佳洒布量为0.2L/m2。在较低的试验温度下，增加粘层油洒布量逐渐降低了层间平均抗剪强度，但是在更高的试验温度下层间平均抗剪强度对洒布量不敏感。
参考文献
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