沥青面层与半刚性基层层间抗剪切性能评价
文章来源：中国沥青路面网
为了确保半刚性基层与沥青面层抗剪切性能良好，《公路沥青路面施工技术规范》中规定：在半刚性基层施工完成后应洒布透层油，在沥青面层施工前应洒布粘层油。但对其洒布量仅作建议性指导，且对洒布后的沥青面层与半刚性基层联结层的抗剪切性能未提出评价方法与指标，而评价方法以及评价指标的缺乏无形之中为施工单位留下较大的技术操纵余地，直接造成联结层材料选择具有极大的自由性，施工过程亦无法进行较为精确的质量控制，为路面运营期使用质量的保证埋下了极大的隐患，因此提出沥青面层与半刚性基层抗剪切性能的评价方法、评价指标意义重大。
另外，目前中国也没有评价沥青面层与半刚性基层层间联结效果的专用检测仪器，在工程中通常按照材料的产品说明书来指导施工，每道工序的验收只能通过目测或经验判断，致使质量评价标准凌乱不一，对规范施工技术也造成了不良影响。针对这种情况，有必要开发一套专门用于沥青路面沥青面层与半刚性基层层间抗剪切性能检测的试验仪器。
综合上述情况，该文研发了具有中国自主知识产权的扭剪仪，并且依据该设备建立一套沥青路面沥青面层与半刚性基层层间抗剪切性能评价技术方法，为沥青面层与半刚性基层层间处理施工过程中材料的选择、质量的控制提供相关依据。
试验设备
试验原理分析
根据相关力学分析，在沥青面层底部和半刚性基层材料顶部，在荷载作用下均存在不同大小的剪应力，很容易联想到，将该点面层底部的最大剪应力与基层顶面的最大剪应力相减，称为层间的剪应力水平。但上下层的剪应力差是矢量差，不仅需要知道两个剪应力的数值大小，还应该明确其方向，但由于面层底部的最大剪应力与基层顶面的最大剪应力的方向并不一致，且随着层间粘结状态的变化而变化，因此，这样定义层间的应力并不合适，为了明确层间剪应力的定义，该文利用Bisar有限元软件对层间的X向与Y向进行数值模拟分析。
选用古德曼分析模型作为力学模型，荷载方式采用双圆均布荷载，标准轴载kN，当量圆半径为10.65cm，轮隙间距为1.5倍当量圆半径，路面结构采用高等级公路典型路面结构。
其中在计算点位的选择上，由于考虑以往力学计算分析中数据的分布状态，选取在轴心投影关键点1、2、3、4、5、6及轮隙边缘处关键点7作为力学分析的基本作用点。
可以看出：当路面基层与下面层结合越趋向于完全连续状态，其层间的主应力差分布越趋于平衡；而当层间接触不良，层间剪应力差的水平分布呈现明显的不均布现象，并在车轮作用中心位置出现受力最不利点位。Y方向的主应力变化与X方向有一定的类似，仅在数值上有一定差别。因此水平向的应力可在一定程度上作为层间抗剪切能力的评价指标，但为了模拟汽车对层间揉搓的效果，该文提出以沥青面层与半刚性基层层间最大扭矩作为评价层间抗剪切能力的评价指标，该试验更接近于路面实际受力情况。
试验设备研发
根据受力模式，该文研发了沥青面层与半刚性基层层间扭转剪切试验仪，该仪器的拉伸速率为1.0mm/min，最大剪力扭矩为N·m，剪切速率为1.4r/min。
试验时将成型好的试件固定在底座锚具上，底座夹具采用2个内径为mm的半圆，两个半圆形夹具采用螺栓旋紧联结。夹具的高度为7.5cm。将试件上承层表面用吹风机吹干，利用锚具将试件上承层与连接压头下部的圆盘锚固紧。开动电机的开关，电机使驱动轴以1.4r/min速率向连接压头施加扭力，通过传感器的测量，数据采集控制装置和显示装置记录试件在扭转剪切过程中的时间和相应的扭矩值。以扭剪过程中最大扭矩值对应的扭剪强度作为沥青面层与半刚性基层层间的扭剪强度。
试验方案
设计方案
沥青面层与半刚性基层层间抗剪切能力是由沥青的粘结力与集料之间的摩阻力构成，因此沥青的用量以及集料的规格和撒布量就显得尤为重要。为此，该文设计如下试验方案：从提高沥青面层与半刚性基层层间抗剪切性能出发，对沥青不同的洒布量以及不同规格集料与撒布量的层间组合进行抗剪切性能评价，推荐最佳的层间组合措施，进而达到指导施工实践的目的。
针对目前在施工现场最为常用的透层＋下封层的层间处理措施，该文选择PC-2型乳化沥青作为透层材料，分别从乳化沥青洒布量、碎石粒径、碎石撒布量3个因素考虑，研究这3个因素对沥青面层与半刚性基层层间抗剪切性能的影响。
试验准备和试件成型
在进行试验前，需成型特定的双层试件。试件的成型方法分为：基层材料的成型、联结材料的洒布、沥青混凝土层的成型3个步骤，具体方法为：
(1)为了便于试验，同时保证有效的碾压厚度，根据目前工程上基层混合料的最大公称粒径为26.5mm，因此确定无机结合料的试件高度为8cm。根据重型击实试验确定基层材料的最佳含水量，利用静压法成型。基层试件成型后，需按照规范规定的养生条件养生28d，然后，将试件放到常温下风干24h，待表面干燥后，准备下阶段试件成型。
(2)在洒布联结材料之前，首先应用钢刷将干燥表面的浮浆刷干净，然后将基层试件放到天平上，洒布试验需要的联结材料，通过玻璃棒将联结材料涂抹均匀。具体的洒布量依照工程设计与试件的表面积综合确定。
(3)待处理后的试件放凉后，安放在两个半圆形的组合模具内，准备成型沥青混合料层。根据马歇尔击实试验结果确定的油石比和密度，考虑现场的压实度水平，计算沥青混合料的成型用量。组合模具直径为15cm，高24cm，可以根据不同的垫片高度调整成型的沥青面层厚度，沥青混合料采用静压法成型。
试验结果及分析
试验结果
进行正交试验，每种试件成型9个备用，3个试件为一组。随后将试件进行扭剪试验，具体试验方法见前文所述，试验结果取3个试件测试结果的平均值，当一组测试值中的某个测定值与平均值之差过大时，该测试值予以舍弃，并以其余测试值的平均值作为试验结果。
数据分析
试验结果，Ki表征水平号为i时，对应试验结果之和，Ki表示任一列上因素取水平ｉ时所得试验结果的算术平均值。针对乳化沥青洒布量，试验结果为K2K3K1；针对碎石粒径，试验结果为K2K1K3；针对碎石撒布量，试验结果为K2K3K1。因此，最佳的试验组合为A2B2C2，即当乳化沥青洒布量为1.0L/m2、碎石粒径为5~10mm、碎石撒布量为60%时，沥青面层与半刚性基层层间联结抗剪切性能最佳。
具体到每个因素的变化趋势，根据表4试验结果，对于乳化沥青洒布量，随着沥青含量的增加，扭剪值先增大后降低，说明随着沥青的增加，层间的抗剪切性能逐渐增强，但超过一定范围后，多余的沥青会发挥“润滑”作用，进而导致抗剪切性能下降；对于集料的粒径，随着粒径的增大，扭剪值也呈现先增大后减小的变化，说明碎石的摩阻力在适中的粒径下最大；对于集料的撒布量，随着撒布量的增加，扭剪值也呈现先增大后减小的变化，说明随着撒布量的增加，碎石的摩阻力在提高，但沥青的粘结面积在降低，导致其粘结力下降，两者存在一个最佳的比例，当碎石的撒布量超过该比例后，层间的抗剪切性能随之下降。
因此，通过对3个因素的趋势图分析，沥青面层与半刚性基层层间抗剪切能力确是由沥青的粘结力与集料之间的摩阻力构成，为了达到层间抗剪切性能最佳，两者存在一个最佳的比例，任一方超过该比例后，层间的抗剪切性能均会随之下降，对于此次试验，当乳化沥青洒布量为1.0L/m2、碎石粒径为5~10mm、碎石撒布量为60%时，沥青面层与半刚性基层层间联结抗剪切性能最佳。
结论
(1)研发的扭剪仪可评价沥青路面沥青面层与半刚性基层层间抗剪切性能，由于该设备模拟了汽车轮胎对层间揉搓的效果，更接近于路面实际受力情况，因此数据更具代表性。
(2)沥青面层与半刚性基层层间抗剪切能力是由沥青的粘结力与集料之间的摩阻力构成，为了达到层间抗剪切性能最佳，两者存在一个最佳的比例，任一方超过该比例层间的抗剪切性能均会下降。
(3)对于目前在施工现场最为常用的透层+下封层的层间处理措施，当乳化沥青洒布量为1.0L/m2、碎石粒径为5~10mm、碎石撒布量为60%时，沥青面层与半刚性基层层间联结抗剪切性能最佳。
转载请注明：http://www.abuoumao.com/hytd/5566.html
