不同处理技术对复合式路面界面糙化及界面强度的影响研究

谭淑芳 张洪刚 农新伟

摘要：刚柔复合式路面是一种长寿命沥青路面结构，其界面处理是刚柔复合式路面结构应用的关键技术。文章针对机制砂混凝土表面较厚的浮浆层，通过构造深度、摩擦系数试验对比研究了刻槽、铣刨、抛丸三种表面糙化技术。研究结果表明：刻槽、铣刨、抛丸等技术均能大幅提升混凝土表面的构造深度、摩擦系数、界面强度，表面糙化效果明显，有利于保障复合式路面界面整体稳定性及强度。文中提出的刻槽、铣刨、抛丸3种表面糙化技术的工艺控制参数及效果评价指标，可为刚柔复合式路面设计、施工等环节界面处理提供技术参考。

关键词：复合式路面;刚柔界面;处理技术;构造深度;摩擦系数;界面强度

0 引言

复合式路面结合了水泥路面和沥青路面的优点，是一种兼具刚-柔两种特性的路面结构。与其他结构形式的路面有所不同，刚柔复合式路面的损坏主要集中在沥青加铺层的损坏，其损坏形式主要有车辙与推移、开裂与水损坏[1]。对于复合式路面出现的车辙和推移病害，主要的应对技术措施是以下两个方面：（1）采用高性能的改性沥青作为粘结料，采用骨架密实型的级配，采用合理的摊铺碾压工艺，以提高沥青混合料的高温稳定性、水稳定性和强度;（2）加强刚柔界面的糙化处理，提高其抗剪强度和粘结强度，使沥青层与水泥混凝土板更好地粘结在一起，提高整体受力性能[2]。

广西地区石灰岩及水泥资源丰富，在水泥路面设计与施工技术方面有优势。近年来广西一直在研究、应用复合式路面，在结构设计、界面处理技术、加铺层材料组成设计方面都取得了一些技术成果，但界面强度问题仍是复合式路面的一大难题，其中界面糙化是复合式路面层间界面问题研究的热点。因此有必要针对复合式路面界面糙化问题进行不同处理技术的对比研究，以提高复合式路面界面粘结强度及技术性能，延长路面使用寿命。

1 界面糙化处理措施

刚柔复合式路面的界面层处于沥青层与水泥混凝土板之间，刚柔过渡部位，起到粘结沥青层与水泥板的作用，由于水平方向的剪应力超过界面层的抗剪强度，极易发生破坏，用作刚柔界面的材料要求具有很强的粘结能力，良好的适应变形能力、不透水性和足够的耐久性。因此，界面处理的主要目的是消除水泥混凝土表面较厚的薄弱浮浆层，提高水泥混凝土面板表面构造深度或粗糙度，增强面层沥青混合料之间的机械咬合作用和化学吸附作用，并铺筑抗剪切能力较高的界面粘结层材料，从而提升刚柔复合式路面界面整体稳定性及强度[3]。

对水泥混凝土路面界面进行糙化处理主要分为前处理和后处理。在水泥混凝土浇筑后初凝时间内采用表面拉毛及露石等表面处理方法为前处理;在水泥混凝土硬化成型后采用凿毛、刻槽、铣刨、抛丸、酸洗、露石等表面糙化方法为后处理。本文主要对比研究了刻槽、铣刨、抛丸3种机械物理处治措施对界面糙化效果及界面粘结强度的影响。

本文通过室内外试验研究，结合构造深度、摩擦系数、粘结强度等试验研究了复合式路面在不同界面处理技术下的糙化效果对比，提出了相对应的层间处理技术建议[4]。

2 依托工程

本文依托工程为广西某高速公路复合式路面结构，面层结构组成为：28cm水泥混凝土面层+1cm橡胶沥青同步碎石封层（应力吸收层）+4cm橡胶沥青混凝土面层。水泥混凝土面层采用机制砂混凝土，表面未处理前采用混凝土碳化深度测定仪测得浮浆层厚度约为1.0～1.2mm，如表1所示。

3 不同处理技术研究

3.1 界面刻槽

刻槽是指在硬化的水泥混凝土面板表面采用刻槽机进行钩刻，刻槽方向与行车方向垂直，通过刻槽可以大幅提高混凝土表面的宏观纹理和构造深度，同时槽深内可以有效吸附界面粘结材料（如橡胶沥青封层），增加混凝土与上承层的层间抗推移强度，提高层间界面强度。本文研究了刻槽深度对界面糙化处理的影响，采用刻槽机对该水泥路面表面进行了不同槽深的刻槽处理，槽距2cm，槽宽3mm，槽深1～3mm，刻槽后的表面构造深度如下页表2所示。由测试结果可知，刻槽可以增大水泥混凝土表面宏观构造和摩擦力。构造深度与刻槽深度具有明显的相关性，随槽深增加而增加，刻槽深度不宜低于2.5mm[5]。该技术的施工优点是对界面宏观构造有较大改善，施工快，对结构损伤小，施工造价低，适用于大规模的施工应用;缺点是在槽距间的浮浆层并未完全除掉，槽距间界面处理效果受限。

3.2 界面铣刨

铣刨处理可按糙化程度分为：轻度铣刨、中度铣刨及重度铣刨。轻度铣刨深度为1～3mm，中度铣刨深度为3～6mm，重度铣刨为6mm以上。考虑到水泥混凝土面板的浮浆及面板强度、铣刨冲击损伤等因素，本次试验路采用了中度铣刨，单机铣刨工作面宽为2m，铣刨深度为5mm，铣刨速度约为10～12m/min，铣刨后的表面构造深度和抗滑摆值如下页表3所示。

由表3对比数据可知，铣刨后路面粗糙度大幅提高，露石十分明顯，基本清除了表面浮浆，糙化效果非常明显，表面构造深度和摆值增加显著，构造深度达到了1.53mm，摆值由53提高到68。但铣刨也存在着一些较严重的不利影响：（1）过度或中重度铣刨会打掉部分集料，损伤面板的强度;（2）铣刨后表面浮尘难以清扫，界面粉尘污染较大，影响界面粘结;（3）铣刨会对面板接缝造成损伤，填缝材料被损毁，纵、横缝边缘处出现崩边现象。综合考虑，对于表层浮浆较厚的机制砂混凝土面层可采用精（中轻）铣刨，铣刨深度为1.5～3mm。

3.3 界面抛丸

抛丸是利用抛丸机把钢珠喷射到水泥混凝土表面，利用高速运动的钢珠对路面的撞击使路表面形成粗糙面并将路面打毛，能很好地改善原路面的微观构造，进而提高水泥混凝土表面和加铺层之间的界面粘结力。抛丸既可去掉混凝土表面水泥浮浆而不破坏骨料，保证了水泥混凝土层的厚度和强度，又能够在水泥混凝土表面产生1～3mm的不均匀粗糙面。在本文依托工程试验段中，分别采用了390、460、550型号的钢珠进行抛丸对比处理，抛丸速度采用4、5、6三个档次进行对比，处理效率约为350～400m2/h。抛丸前后的表面摩擦系数和构造深度对比如表4所示。

由表4可知，经抛丸后，摩擦系数BPN提高5～15，构造深度提高0.05～0.1mm，混凝土表面糙化得到改善。但由于本文依托工程試验段机制砂水泥混凝土表面浮浆层较厚，经一次抛丸后混凝土表面构造深度和摩擦系数提高幅度不明显，因此进行了二次抛丸。经二次抛丸后，混凝土表面摩擦系数BPN达到了70以上，构造深度达到了0.65mm以上。

分析认为：经二次抛丸后，混凝土表面浮浆层被清除，露出新鲜混凝土表面，表面宏观和细观构造得到改善，有助于提高层间界面粘结及抗滑能力。综合考虑抛丸处理效率、处理效果和经济性等指标，建议抛丸采用460型号的钢珠，处理速度为5档（350～400m2/h）。

4 界面强度比较

在本文依托工程试验段中，分别采用三种不同技术对水泥混凝土进行了界面糙化处理，并在处理后界面上摊铺1.5cm橡胶沥青应力吸收层+4cm橡胶沥青面层，碾压成型后分别进行了界面抗剪切试验和拉拔试验，试验温度为20℃，加荷速率为10mm/min。试验结果如后页表5所示。从试验结果来看，由于铣刨可实现浮浆层完全清除，处理后界面具有最大的构造深度、粗糙度，因此相同试验条件下，铣刨后的界面强度最大，刻槽和抛丸处理后的界面强度相当。

5 结语

界面处理技术是刚柔复合式路面结构应用的关键技术，界面糙化处治是界面处理技术的第一步。本文通过对比研究刻槽、铣刨、抛丸共3项技术的优缺点及处治效果，结合工程实际应用，提出如下建议：

（1）综合考虑3种技术的工程造价、处理效果、处理效率、结构损伤等因素，推荐优先采用深刻槽技术，其次是抛丸、精（中轻）铣刨。

（2）刻槽技术建议：槽距2cm，槽宽3mm，刻槽深度不宜低于2.5mm。

（3）抛丸技术建议：采用中等型号（460型号）的钢珠，处理速度为5档（350～400m2/h）。

（4）铣刨技术建议：采用中轻度铣刨，铣刨深度为1.5～3mm。

（5）相同试验条件下，铣刨后界面强度最大，刻槽和抛丸后界面强度次之。

（6）界面糙化处理是提高界面粘结及抗剪切强度的第一步，为提高复合式路面界面整体稳定性及强度，在界面糙化处理基础上，应优选界面过渡层粘结材料，推荐采用橡胶沥青应力吸收层技术。

参考文献：

[1]谢鹏宇.刚柔复合式路面结构界面处理技术试验研究[D].重庆：重庆交通大学，2013.

[2]刘朝晖，郑健龙.CRC+AC复合式路面层间剪应力与粘结层材料抗剪强度研究[J].中外公路，2007（8）：46-49.

[3]潘武清.复合式路面界面层的特点及处治措施[J].山西建筑，2009（11）：270-271.

[4]王火明，凌天清，肖友高，等.刚柔复合式路面界面层强度特性试验研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2009，28（6）：1033-1036.

[5]惠 冰.刻槽参数对刚柔复合式路面层间粘结强度的影响[J].公路工程，2018（4）：79-83.