沥青路面层间抗剪强度影响因素研究

王 鑫

(山西省公路局太原分局勘测设计所 太原市 030012)

沥青路面层间抗剪强度影响因素研究

王 鑫

(山西省公路局太原分局勘测设计所 太原市 030012)

针对沥青路面层间抗剪问题，开展不同工况下的抗剪强度试验。研究得出：在使用粘结材料后，层间抗剪强度显著提高，其中粘结材料为super PCR改性乳化沥青的抗剪强度最大，为1.473MPa；温度对层间抗剪强度的影响较大，随着温度不断升高，沥青路面层间抗剪强度不断降低，在温度为60℃、粘结材料洒布量为0.5kg/m2的情况下，沥青路面层间抗剪强度仅为0.255MPa，较20℃时下降了82.65%；油污的污染比砂性土对层间抗剪强度的降低更为显著，当油污的洒布量为0.4kg/m2时，层间抗剪强度为0.353MPa；通过对不同的路面结构组合类型进行剪切试验可以得出：AC-13+AC-20层间抗剪强度最大的组合为4cm+6cm。最后通过工程案例分析，总结出提高沥青路面层间抗剪强度的施工质量控制措施。

沥青路面；层间抗剪强度；粘结材料；污染程度

沥青路面具有较好的平整度、耐磨、振动小以及施工维修方便等特点逐渐成为我国高等级公路主要面层类型。沥青路面为多层弹性体系，因此层间的抗剪强度对公路的耐久性、整体性都具有较大影响。特别是近年来交通量不断上升，重载汽车增多，在陡坡路段和高温天气下，沥青路面容易发生剪切破坏。如果沥青路面层间抗剪强度不足，沥青路面将会发生拥包、滑移等破坏。

沥青路面层间抗剪强度对道路的使用寿命有极为重要的影响，若抗剪强度不足还容易造成拥包、推移等病害，因此对沥青路面层间抗剪强度影响因素的研究显得至关重要。有研究表明，我国大部分沥青路面的破坏与层间粘结质量有关[1]。在不同类型的沥青混合料之间使用一定量的粘结材料，可以使沥青面层形成稳定的整体，提高其层间的抗剪强度[2]。沥青材料对温度比较敏感，因此温度对层间抗剪强度也具有一定影响。本文将就粘结材料、温度、层间污染程度及路面结构组合类型对沥青路面层间抗剪强度的影响展开室内试验研究。

1 粘结材料对层间抗剪强度的影响

1.1 试验材料与试件制备

粘结材料对层间抗剪强度影响较大，为对比粘结材料对层间抗剪强度的影响，本次试验采用的粘结材料有SBR改性乳化沥青、super PCR改性乳化沥青、SBS改性沥青和GMR溶剂型粘结剂，粘结材料用量均为0.5kg/m2。

本次试验采用AC-13与AC-20路面结构组合，两结构层均为5cm。为真实模拟路面的实际情况，采用双车辙板取芯的方法制作试件。首先在模具中成型下层结构，自然情况下静置24h后脱模，用油漆刷在已脱模的下层车辙板上均匀涂抹一定量的粘结材料，当乳化沥青完全破乳后，将其放入模具中制作上层。在试件成型后静置24h，然后脱模钻取试验所用的试件。

1.2 剪切试验

1.3 试验结果分析

同一种路面结构涂有4种不同的粘结材料的抗剪强度试验见表1。

表1 不同粘结材料的抗剪强度

将表1试验结果整理为柱状图，见图1。

由图1可以看出在使用粘结材料后，沥青路面层间抗剪强度都要大于未使用粘结材料的抗剪强度，其中super PCR改性乳化沥青提高层间抗剪强度最大，达到1.473MPa。由表1可以看出添加super PCR改性乳化沥青的层间抗剪强度约是未使用粘结材料的2.17倍，其次是GMR溶剂型粘结剂，抗剪强度达到1.461MPa，是无粘结材料的2.15倍，而使用SBR改性乳化沥青的抗剪强度最小，为0.975MPa。

2 温度对层间抗剪强度的影响

2.1 试验材料与试件制备

沥青材料对温度较为敏感，因此不同温度下层间抗剪强度也将不同[5]。为研究温度对层间抗剪强度的影响，本次试验采用20℃、40℃、60℃三个实验温度，选用super PCR改性乳化沥青作为粘结材料，粘结材料用量分为0.3kg/m2、0.5kg/m2两组。

试验试件在双车辙板成型取芯后，放入烘箱内，分别加热至20℃、40℃、60℃，然后进行抗剪强度试验，试验仪器为MTS材料试验机。

2.2 试验结果分析

通过室内剪切试验，层间抗剪强度试验结果见表2、表3。

表2 粘结材料用量为0.3kg/m2时

表3 粘结材料用量为0.5kg/m2时

由表2、表3可以看出当温度升高时，沥青路面层间抗剪强度不断降低，并且随着温度升高，抗剪强度下降的越快。抗剪强度较20℃时不论粘结材料用量大小，其下降率均大于80%，因此温度对沥青路面层间抗剪强度的影响较大。

当粘结材料用量为0.3kg/m2时，40℃与60℃的层间抗剪强度较20℃时下降率分别为80.31%和82.49%。当粘结材料用量为0.5kg/m2时，试验温度为40℃时抗剪强度较20℃时的下降率达到80.87%，当试验温度为60℃时，抗剪强度下降率为82.56%。

对比表2、表3可以看出随着粘结材料(super PCR改性乳化沥青)用量的增加，当温度不断升高时，层间抗剪强度下降越快。

3 污染程度对层间抗剪强度的影响

沥青路面层间的污染程度将直接影响其抗剪强度。在路面铺筑过程中，由于不同的路面结构层在施工完成后有一定的间歇时间，此时会因天气、行车、机械漏油等因素对路面造成一定污染，污染物主要是泥土和油污。

3.1 试验准备

试件的制备与以上各试验相同，沥青路面层间粘结材料选用super PCR改性乳化沥青，用量为0.5kg/m2。泥土选用研磨细的砂性土，油污选用普通柴油，污染物的洒布量设为0.1kg/m2、0.2kg/m2、0.3kg/m2、0.4kg/m2四组。试验温度为20℃，竖向应力设为0.35MPa。

3.2 试验结果分析

通过抗剪强度试验，不同污染程度的层间抗剪强度见表4。

表4 不同污染程度的层间抗剪强度

将表4试验结果整理为散点图，见图2。

通过表4、图2可以看出污染物为砂性土的抗剪强度大于污染物为油污的。当污染物洒布量为0.4kg/m2时，沥青路面层间抗剪强度达到最小，砂性土为0.728MPa；污染物为油污的层间抗剪强度为0.353MPa。

随着污染物的增多，沥青路面层间抗剪强度也不断降低。污染物为油污的抗剪强度下降速率要大于砂性土，当污染物洒布量为0.1kg/m2时，污染物为砂性土的层间抗剪强度下降率为10.89%，而油污的层间抗剪强度下降率达到了26.56%。最终污染物洒布量为0.4kg/m2时，油污的抗剪强度下降率为56.79%，也大于砂性土的49.94%。当油污的洒布量为0.2kg/m2时，其层间抗剪强度相当于砂性土洒布量为0.4kg/m2时的层间抗剪强度。

由试验结果分析：当污染物为砂性土时，砂土颗粒阻碍了粘结材料粘结沥青面层，减少了上下两层的接触面积，并且在剪切试验时，由于砂性土的存在，使得层间的静摩擦变成滑动摩擦；实际施工时的油污多为柴油或机油，柴油具有与沥青材料相同的烷烃和环烷烃[6]，因此柴油对沥青具有较高的溶解力和渗透力，当污染物为柴油时，柴油会渗入粘结材料，使得粘结材料中油分含量增多，降低粘结材料的粘性，从而降低沥青路面层间的抗剪强度。

4 路面结构组合的影响

沥青路面是层状体系，因此在设计与施工时路面结构组合多种多样，路面结构组合的不同对抗剪强度的影响存在一定差异。

4.1 试验准备

本次试验采用AC-13混合料与AC-20混合料，厚度设计为5cm+5cm、4cm+6cm、3cm+7cm三种组合，分别记为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，并进行剪切试验，试件成型及试验过程与以上各试验相同。

4.2 试验结果分析

通过抗剪强度试验，得到不同结构组合的抗剪强度，见表5。

表5 不同结构组合的层间抗剪强度

通过表5的结果可以看出在其他条件相同的情况下路面结构组合对层间抗剪强度影响较大，第二种结构组合类型的层间抗剪强度最大，为0.757MPa。第一种结构组合类型安全系数与层间抗剪强度都较小，分别为2.6、0.581MPa，层间抗剪强度是第二种类型的76.75%。

5 工程案例分析

5.1 工程概况

本次试验选用山西省某一级公路K4+560～K5+060路段，该公路面层采用7cm的AC-20与5cm的SMA-16，粘结材料选用SBR改性乳化沥青，洒布量为0.5kg/m2。在该试验路段投入使用一年后路面未出现拥包、推移等破坏现象。

5.2 施工质量检测

对该试验路段随机钻取3个试样进行室内抗剪强度试验，试验结果见表6。

表6 钻芯取样试验结果

由表6结果可以看出该路段在投入使用后依旧保持了较高的抗剪强度，因此可以针对本文所讨论的层间抗剪强度影响因素提出几点质量控制措施。

5.3 质量控制措施

(1)根据路面面层结构合理选择粘结材料。根据本次试验可以看出在使用粘结材料后沥青路面层间抗剪强度显著提高，其中GMR溶剂型粘结剂效果最好。但是在实际使用中GMR溶剂型粘结剂价格较高，需要专业的设备施工，因此使用较少。SBS改性沥青与SBR改性乳化沥青效果也很好，相对性价比较高。

(2)施工过程中控制施工温度。温度较高的情况下会降低粘结材料的粘结性能，因此在铺撒粘结材料后应等待粘结材料降至适当温度，待粘结材料充分发挥粘结性能时再摊铺上面层。

(3)施工过程中保证沥青路面层间清洁程度。在铺撒粘结材料前应清扫一下结构层，污染严重的部位应采用钢刷和水冲的方式彻底清除污染物。在铺撒粘结材料后应尽快摊铺上一层面层，避免因施工养护期造成粘结材料的污染。同时对摊铺机车轮进行冲洗避免造成二次污染。

(4)路面结构设计时应合理选择路面结构组合类型。在实际工程中应进行室内试验，确定各层混合料级配与路面结构组合类型。在方案设计中，下面层应略小于上层厚度，这样可以保证下层结构具有足够的强度以保证层间的粘结性能。

6 结语

(1)本文采用了SBR改性乳化沥青、super PCR改性乳化沥青、SBS改性沥青和GMR溶剂型粘结剂四种沥青路面层粘结材料，通过剪切试验可以得出super PCR改性乳化沥青的粘结性能最好，沥青路面层间抗剪强度达到1.473MPa，大约是未使用粘结材料的2.12倍。

(2)在其他条件相同的情况下，温度对沥青路面层间抗剪强度影响较大，温度不断升高时，抗剪强度不断减小。当温度为60℃、粘结材料洒布量为0.5kg/m2时，沥青路面层间抗剪强度仅为0.255MPa，较20℃时下降了82.65%。

(3)当沥青路面层间粘结材料受到污染时，其层间抗剪强度也会不断降低。油污的污染对层间抗剪强度的影响较砂性土更为显著，当油污洒布量为0.4kg/m2时，层间抗剪强度最小，仅为0.353MPa，较无污染时下降了56.79%。

(4)通过对不同类型的路面结构组合进行抗剪强度试验，可以得出路面结构组合类型对沥青路面层间抗剪强度影响较大，并且得到AC-13与AC-20的组合为4cm+6cm时层间抗剪强度较为理想。

(5)通过工程案例分析与钻芯取样检测，可以总结出提高沥青路面层间抗剪强度的工程质量控制措施，对提高沥青路面层间抗剪强度提供一定指导意义。

[1] 刘丽.沥青路面层间处治技术研究[D].西安：长安大学，2008.

[2] 杜永安.层间粘结性能对沥青路面抗剪强度的影响[J].交通科技，2012(1)：75-78.

[3] 韦刚，杨文军，战琦琦，等.加铺层防裂材料使用效果影响参数的灰熵分析[J].重庆交通大学学报，2010,29(2)：207-210.

[4] 中华人民共和国交通运输部.JTG E20-2011公路工程沥青及沥青混合料试验规程[S].北京：人民交通出版社，2011.

[5] 邓子健，沈跃.沥青路面层间抗剪强度试验分析 [J].山西交通科技，2006(8)：11-14.

[6] 何锐，武书华，陈华鑫，等.沥青路面层间粘结性能影响因素试验研究[J].中外公路，2015(4)：272-276.

Experimental study on the Influence Factors of Shear Strength between Layers of Asphalt Pavement

WANGXin

(Survey Design Institute of Shanxi Provincial Highway Taiyuan Branch, Taiyuan 030012, China)

Aimed to the inter-layer shear resistance problem of asphalt pavement, the paper conducted a serial of shear strength test under different working conditions. The results shows that: After the use of bondingmaterial, the shear strength between structural layers increased significantly，and the shear strength of the adhesive material for super PCR modified emulsified asphalt is the biggest -1.473MPa；Temperature has great influence on the shear strength between layers, and the shear strength of asphalt pavement decreases with the increasing of temperature.When the temperature is 60℃ and the amount of the bonding material is 0.5kg/m2, the inter-layer shear strength of asphalt pavement is only 0.255MPa, which is 82.65% lower than that of 20℃；The pollution of oil pollution is more significant than the decrease of the inter-layer shear strength of sandy soil.When the amount of the oil spill is 0.4kg/m2, the shear strength of the layer is 0.353MPa. Through the shear test of different types of pavement structure, it can be concluded thatthe maximum shear strength of the AC-13+AC-20 layer is the combination of 4cm+6cm.Finally, through the engineering case analysis, the paper summed up the construction quality control measures to improve the shear strength of the asphalt pavement layer.

Asphalt pavement；Inter-layer shear strength；Bonding material；Degree of pollution

1673-6052(2016)11-0042-04

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.11.012

U416.01

A