双层联铺沥青混凝土室内外层间黏结强度研究

赵华军

（山西路桥集团长临高速公路有限公司，山西 临汾 041000）

目前沥青路面施工逐渐向精细化发展，沥青路面层间黏结问题变得越来越突出，为了大幅度提高沥青路面层间黏结效果，沥青路面双层联铺技术在经济性、适用性诸多方面体现了更大的优势，已得到许多国家的认可（尤其欧洲国家）[1]。沥青路面双层联铺技术具有摊铺厚度大、摊铺效率高、混合料温度下降慢、路面铺筑时有效碾压时间长的优势，能够在要求的碾压温度范围内对路面充分碾压，从而使路面具有更好的层间黏结和压实度[2-5]。所以，本文引进了欧洲国家采用的沥青路面双层联铺技术，研究沥青路面双层联铺相对传统摊铺技术层间的质量变化情况。

1 沥青路面双层联铺的特点

双层联铺工艺对上中面层或中下面层双层同时摊铺、一次性压实，使两层混合料相互嵌挤、黏结，形成一个整体的双层路面结构层，充分地利用下层混合料的余热改善上层混合料的压实条件，降低环境对混合料温度散失的影响，保证充分的压实时间，实现更高的压实度。同时，两层的骨料相互嵌挤，黏结料相互融合，能够形成整体的复合式结构层，节约了两层之间喷洒的黏结材料，实现了最佳的层间黏结。

双层联铺设备对两种级配的混合料同时摊铺，因此必须配备两批运料车、两台拌和站，且混合料供应充足。混合料供应完毕后，通过双层联铺机前后布置的两套螺旋布料器和熨平板，将两层混合料分层一次摊铺，同时使用大功率压实设备对两层混合料一次碾压成型。目前，国内外应用较广的双层联铺设备主要有：戴纳派克F300CS、维特根SP1600等，戴纳派克F300CS最大摊铺宽度11.75 m；维特根SP1600最大摊铺宽度16 m。

2 双层联铺层间黏结研究

沥青路面双层联铺实现了路面层间完全“热接热”，与采用黏层油的处理方法“冷接冷”相比，“热接热”技术不仅使层间黏结强度得到提高，而且双层联铺不需要进行黏层施工，降低了成本，提高了施工效率。

2.1 路面结构设计

单层独立铺筑及双层一次摊铺选用4 cm AC-13 SBS改性沥青混合料+7 cm AC-20 SBS改性沥青混合料结构。上面层粗集料采用玄武岩，下面层粗集料采用石灰岩，细集料全部采用石灰岩机制砂，矿粉采用石灰岩磨细矿粉，上面层油石比5.2%，下面层油石比4.4%，SBS改性沥青SBS掺量为4.5%（内掺）。沥青混合料摊铺温度为160℃～170℃。

2.2 室内芯样抗拉、抗剪试验

2.2.1 试件成型

在试验室制作两次成型、一次成型的马歇尔试件。上面层和下面层两次成型时，采用φ101.6的标准马歇尔试模，两层均采用标准马歇尔成型方法，各层试件高度（63.5±1.3 mm）/2，各层击实次数采用38次，成型完下面层试件，待冷却后，在试件表面涂刷0.4 kg/m2的改性乳化沥青，破乳后，再在其上成型上面层试件；成型上面层时，无法实现正反面的击实，故上面层混合料试件击实采用单面75次击实。一次成型试件时，分别计算31.75±0.65 mm所用上、下面层混合料质量，依次装入标准马歇尔试模，以标准马歇尔成型方法成型。

2.2.2 室内试件抗拉强度试验及分析

采用环氧树脂和固化剂按1∶1混合的黏结剂，将马歇尔试件底部与拉拔试验用水泥混凝土面板黏结，然后将拉拔仪拔头黏结在试件顶端，待试件两面黏结牢固，通过拉拔仪对其层间黏结力进行检测试验，拉拔的速率为10 mm/min。所测结果见表1。

表1 室内拉拔试验结果

通过表1可以得出，两层分别成型的试件抗拉强度为两层一次成型的61%。其原因为两次成型试件的黏结面为水平断面，试件受拉时，受拉抗力主要表现为试件水平断面内改性沥青和乳化沥青的黏结性能。而两层一次成型时，两层混合料间存在不平整的界面，其表现为三维突起、凹陷状态，相比水平断面受力接触面增大，最终表现为一次成型的沥青混合料抗拉强度远比两层分别成型的抗拉强度大。

2.2.3 室内试件抗剪试验及分析

室内剪切试验采用与抗拉试验相同的试件，采用剪切仪对试件的层间进行直剪试验，速率为10 mm/min。测试结果见表2。

表2 室内试件剪切试验结果 MPa

从表2可以得出，两层分别成型的抗剪强度是两层一次成型抗剪强度的58.6%。主要原因与室内试件抗拉强度相近，两层一次成型的试件抗剪力由层间沥青提供外，主要由层间三维锯齿状骨料之间的嵌挤力提供，同时又具有更大的接触面，故可提供更大的抗剪强度。

2.3 现场芯样抗拉、抗剪试验

2.3.1 现场取芯

为了对比两层分别摊铺与两层一次摊铺的黏结效果，对某高速公路两层一次摊铺路段钻取芯样，钻取芯样的厚度为4 cm AC-13 SBS改性沥青混合料上面层+7 cm AC-20 SBS改性沥青混合料中面层，其中双层联铺路面结构钻取芯样6个，两层分别摊铺路段钻取芯样6个，用于剪切试验各3个，拉拔试验各3个。钻取的芯样通过切割机切割平整，只留上、中面层进行试验。

2.3.2 现场芯样抗拉试验及分析

通过拉拔试验仪对钻取的芯样进行拉拔测试，采用环氧树脂和固化剂按1∶1混合的黏结剂，将芯样底部与水泥混凝土面板进行黏结，然后将拉拔仪拔头黏结在芯样顶端，一定时间后待芯样两面黏结牢固，再通过拉拔仪对其层间黏结力进行检测试验，拉拔的速率为10 mm/min。所测结果见表3。

表3 现场芯样拉拔试验结果

从现场芯样拉拔试验结果表3可知，两层分别摊铺的抗拉强度是两层一次摊铺抗拉强度的56%，与室内试件抗拉强度比基本相当。从单值来看，现场两层分别摊铺的芯样抗拉拔强度相比室内成型的马歇尔试件抗拉拔强度略高，两层一次摊铺芯样的抗拉拔强度相比室内一次成型的马歇尔试件抗拉拔强度也略高。主要原因为现场的压实功远高于室内马歇尔击实仪的击实功，在高压实功下集料与集料被压实的更为紧密，最终表现为现场芯样的抗拉拔力略大于室内芯样。

2.3.3 室内试件抗剪试验及分析

分别选择3个现场钻取的芯样，底端切平，通过剪切仪对芯样的层间黏结力进行测试，以直剪法进行剪切，速率为10 mm/min。测试结果见表4。

表4 野外钻取芯样抗剪试验结果 MPa

从野外钻取芯样抗剪试验结果表4可知，两层分别摊铺的抗剪强度是两层一次摊铺抗剪强度的74%。相对室内试验来说，现场两层分别摊铺和两层一次摊铺抗剪强度均有所提高。主要原因与野外抗拉强度相同，高压实功下，试件三维锯齿咬合力更为紧密，最后表现为室外抗剪强度明显高于室内。

3 结论

a）室内试件一次成型的混合料抗拉强度、抗剪强度比两次成型的混合料均高，约为两次成型的1.6～1.7倍，现场钻取的芯样也表现为一次成型的抗拉强度、抗剪强度比两次成型抗拉强度、抗剪强度高，约为两次成型的1.3～1.8倍。

b）现场钻取芯样的抗拉强度、抗剪强度均高于室内芯样。主要原因为现场芯样的压实功远高于室内马歇尔击实功，三维锯齿面接触更为紧密，集料间骨架嵌挤牢固，黏结性能更好。

c）沥青路面双层联铺技术将会大幅度提高层间黏结效果，提高施工效率，降低施工成本，减小层间污染，有利于工程质量。