透层用材料主要性能指标对抗剪效果的影响研究

吴士祥

(黑龙江省公路工程监理咨询公司)

1 前言

基层与面层间抗滑移能力的强弱直接影响路面结构整体受力效果。现阶段我国沥青路面施工现场主要通过喷洒透层材料对基层表面的空隙进行封堵，同时提供抵抗车辆荷载水平剪切作用产生的剪切滑移作用。长期以来，针对层间抗滑移能力的分析研究以抗剪试验为主，其中实验条件的相互差异性导致现有研究成果间并不具备很好的横向可比性，尤其在直剪和斜剪作用模式的选择存在较大分歧。鉴于这一现状，笔者从建立透层材料自身性能与其抗剪效果间影响关系的基点出发，基于对透层材料自身性能的选择而层间抗剪强度也作为一项重要指标广泛用于对透层应用效果的评价之中。

2 透层材料基本性能测定

本文选用两种不同稀释比例的煤油稀释沥青、Ⅰ型乳化沥青及A型稀释乳化沥青等四种透层材料作为试验用原材料，其中乳化沥青为成品沥青，煤油稀释沥青为实验室按体积比例经高速搅拌设备精确配置，其中原材料沥青应用辽河90#沥青，，各项基本性能指标均满足规范要求，如表1所示。

表1 配置稀释沥青用沥青原材料性质

表2 乳化沥青基本性能指标

3 透层材料关键性能指标测定

透层作为连接基层与面层间的关键功能层，必须满足以下几点功能要求:具备较强的粘结能力、具备较强的表面渗透能力、具备较强的表面扩散成膜能力、具备较强的防渗水能力。因此，笔者通过试验探索对几项关键性能提出了相应的评价方法及评价指标，并在试验中对四种不同透层材料的各项指标进行了测定，下图1、图2、图3分别表征了四种不同透层材料的渗透系数、流动系数及平板抗拉拔强度指标的基本情况。

图1 不同透层材料的渗透速率对比图

4 竖向直剪作用模式分析

(1)大量前期研究表明正压力作用下对层间抗滑移效果是有利的，因此，为确保层间处于最危险受力状态，采用竖向直剪模式更具说服力。

图2 不同透层材料的流动系数对比图

图3 不同透层材料平板抗拉拔强度对比图

(2)层间位置作用力较为复杂，既有层间摩擦，同时又包含层间透层粘结作用，而本文中的研究试图将二者分开考虑，在竖向直剪模式下即可单一考虑透层材料洒布在层间产生的粘结作用效果。

(3)传统拉拔试验明显与层间实际受力状态相距甚远。

(4)可为后期实现层间疲劳剪切的研究工作打下基础。

5 抗剪试验结果分析

综上分析，笔者在研究中采用竖向直剪试验手段对不同透层材料自身抗剪能力展开对比分析，表3列出不同透层材料在不同透层洒布油量下的抗直剪强度数据。

表3 不同透层材料抗剪强度

(1)不同洒布量对透层材料抗剪效果的影响分析

由图4的试验图示分析可见:透层洒布油量对基层与面层间透层的抗直剪能力影响很大，关系趋势线基本呈现显著的二次曲线走势，验证前期研究中最佳洒布油量的存在;不同透层油量相对应的最佳洒布油量有差异，但总体在1.0～1.2 L/m2之间变化;从最大极差比较情况及二次线的整体趋势分析可知，不同的透层材料抗剪强度对洒布量的敏感度不同，煤油稀释类沥青的敏感性普遍低于乳化类沥青的敏感度，表明在进行乳化沥青施工时对油量控制需提供更严格的工艺要求。

(2)不同透层材料对最大抗剪强度的对比分析

表4 不同透层材料的最大抗剪强度对比

从图4分析可知，四种不同透层材料的最大抗剪强度差距很大，乳化沥青类透层与煤油稀释沥青相比，其抗竖向剪切能力是后者的近2.5～3倍，而稀释乳化沥青由于加入部分稀释试剂，导致其抗剪切能力的小幅降低。

图4 流动特性指标对透层抗剪效果影响

6 透层材料关键性能指标对其抗剪效果的影响分析

表5 透层材料关键性能指标与渗透效果评定汇总表

从图5、图6分析可以看出，透层材料的渗透特性及流动特性均与其抗直剪特性间存在较好的相关性。从试验结果中也可以看到，乳化沥青类透层尽管在渗透能力上弱于煤油稀释沥青，但试验过程中发现，煤油稀释沥青在基层表面由于部分渗入基层，很难形成完整油膜，而乳化沥青由于渗入作用相对较弱，其表面油膜完整。由此可见，透层的渗入量与表面的残留量之间关系微妙，传统认为油膜越厚相应抗剪能力越差的论断仍存在很大讨论余地。为此，在本节试验中得出流动性越好，抗滑移能力越差的结论同样有待于后期研究的深入探讨。

图5 流动特性指标对透层抗剪效果影响

图6 流动特性指标对透层抗剪效果影响

图7 抗拉拔强度对透层抗剪效果的影响

此外，从图7中可以看出透层材料自身拉拔强度与其抗剪切效果间存在良好的线性关系，相关系数R2=0.984，且透层拉拔强度越大，其对基面层间提供抗滑移的效果越为明显。

表6列出本文对四种材料关键指标与抗剪强度指标间的回归函数关系:

表6 关键指标与抗直剪强度间回归函数

7 结论

(1)透层材料自身渗透性能及流动性能与其抗直剪效果间相关性较好，且随着其流动性能的不断增强，其抗滑移能力随之有所衰减。

(2)透层材料平板拉拔强度指标与其抗直剪强度间相关性良好，表明在竖向直剪作用模式下可完全消除层间磨阻力因素的影响。

(3)透层材料各项关键指标对其抗剪效果的影响较为显著，建议通过对抗剪强度指标的控制对透层磁疗各项性能指标进行控制，为完善透层应用评价体系提供基础。