某沥青路面薄层罩面乳化沥青最佳撒布量分析

张敏

（湖南省益阳公路桥梁建设有限责任公司，湖南益阳 413000)

0 引言

薄层罩面作为沥青旧路面养护技术，可有效改善路面平整度不足的问题，增加路面强度，改善路面行车性能。但由于薄层罩面较薄，且直接承受道路车流车轮荷载，投入运营后，极易出现面层推移、拥包等病害，无法达到改善路面行车性能的修复目的，甚至因面层大规模推移、脱落，加剧了道路行车风险。研究表明，大量薄层罩面推移、脱落等病害，都因薄层罩面与原路面黏结强度不足引起。基于此，文章通过试验方式，对某沥青路面薄层罩面乳化沥青性能和最佳撒布量进行研究，对保障我国路面性能、提升路面服役寿命具有重要意义[1]。

1 原材料试验

对该次研究的某专用改性乳化沥青原材料，进行室内黏层材料性能试验，得到该改性沥青性能指标，结果如下表1。

表1 某专用改性乳化沥青性能试验结果

表1 （续）

由表1 可知，该乳化沥青材料性能指标均能满足NovaBond 要求，表明该材料性能良好，可作为粘层油使用。此外，试验所用的AC- 13C 沥青混合料和其他材料也满足相关技术标准要求[2]。

2 试验过程与结果

2.1 试验因素和水平

该次研究拟通过层间抗剪试验和拉拔试验方式，确定某专用改性乳化沥青在不同撒布量下层间抗剪和拉拔性能及其变化趋势，并最终确定该黏层材料的最佳撒布量。该次试验下承层材料选择使用AC- 13C沥青混合料，通过控制变量，即只改变下承层与薄层罩面间黏层材料的用量，以此定量化地分析材料用量问题，试验因素及水平见表2。

表2 试验因素及水平

2.2 层间剪切试验研究

第一，试件制备与成型：一是试验仪器选择层间剪切试验仪，该仪器作为一种专用检测设备，能够准确检测路面结构层层间抗剪强度；二是为使试验条件更加贴合实际路面，最大程度保证试块承受的剪切力与实际路面一致，该次试验选用100mm 的车辙模具；三是为最大限度模拟实际路面，试件制备严格按照现行混合料试验规程，并参照实际路面工艺条件进行；四是试件成型：第一步利用100mm 的车辙模具，成型50mmAC- 13C 下承层，第二步在已成型下承层面层撒布粘层油，第三步在撒布完粘层油的下承层面层，成型50mm 厚薄层罩面[3]，成型情况见图1。

图1 试验制备与成型

第二，试验条件设定：在进行层间抗剪试验时，在所设置的试验条件如温度、剪切速率等不同的情况下，所得到的试验结果也会存在较大差异。结合以往试验经验和前人试验资料可知，试验温度可对试验结果造成显著影响，且在一定温度范围内，抗剪切强度随试验温度的升高而降低。该次试验侧重对常规温度范围下的路面抗剪强度进行研究，且由于所采用的仪器最大量程较小，故不对低温或高温条件下的抗剪切性能进行研究，最终确定该次试验温度为25oC。该温度也经常作为其他路面性能试验条件，因此结果更具普适性。此外，为进一步贴合实际，该次试验不施加反向压力。

第三，剪切速率设定，也是该次试验的重要设定内容之一，对试验结果会产生重要影响。由于该次试验属于强度试验，因此在设定剪切速率时，若选择慢速加载则试验结果无法贴合实际条件；故选择快速加载，最终将剪切速率设定为50mm/ min。

第四，试验结果分析：将仪器所测定的层间最大抗剪强度值Pmax，以及该次成型的试件截面面积值A代入层间抗剪强度计算公式，即可算得抗剪强度TB，如计算公式（1）所示：

式（1）中:TB为抗剪强度，单位为MPa；Pmax为最大剪切荷载，单位为kN；A 为试件截面面积，单位为m2。

第五，不同粘层油用量下的层间抗剪强度值如表3 和图2所示。由表3 和图2 可知：首先，随着粘层油用量增加，层间抗剪强度测定值呈现出先增加后减小的变化趋势；其次，粘层油用量为0.9L· m-2时，试件的层间抗剪强度最大，达到1.4204MPa；最后，根据上述分析可知，采用该改性沥青作为粘层油时，最佳撒布量在0.9L· m-2左右[4]。

表3 抗剪强度试验结果

图2 不同粘层油用量下的层间抗剪强度试验结果

2.3 层间拉拔试验研究

第一，试件制备与成型：首先，该次试验所采用的试验仪器为该类试验常用的LGZ- 1 结构层材料强度拉拔仪；其次，试件成型方式与上述所进行的剪切试验中试件成型方式一致；再次，试件规格为长× 宽×厚=300mm× 300mm× 100mm，有下承层和薄层罩面2层结构；最后，试件成型后[5]，根据试验尺寸切割即可。

第二，拉拔试验简介：拉拔试验是一种通过拉拔仪测定两材料之间黏结强度的方法，常用于检测路面相邻结构层之间的连接强度，以评价结构层之间采用的不同黏结材料或相同黏结材料不同用量下的黏结性能。

第三，试验结果分析：拉拔强度计算如公式(2)所示:

式(2)中:v 为拉拔强度，单位为kPa；T 为拉拔力，单位为N；S为拉拔受力面积，单位为m2。

第四，不同粘层油用量下拉拔试验结果见表4 和图3。由表4 和图3 可知：首先，撒布量在1.2L· m-2以下时，随着撒布量的增加，平均拉拔强度增大；其次，撒布量达到1.2L· m-2时，平均拉拔强度达到最大值，为0.4771MPa；再次，随撒布量进一步增加，试件抗拉拔强度减弱；最后，由以上分析可知，采用该改性沥青作为粘层油时，达到最大拉拔强度的粘层油撒布量在1.2L· m-2左右。

表4 拉拔强度试验结果

图3 不同粘层油用量下的层间拉拔强度试验结果

第五，对相同粘层油用量下的试块拉拔强度和抗剪强度进行横向对比发现，在四个粘层油撒布梯度下，通过试验测定试件的抗剪强度值均大于所测定的拉拔强度值。产生这一现象的主要原因是该次试验所测定材料的拉拔强度，仅代表试验所用的粘层油性能，而试验测定的试件剪接强度，不仅受到试验所用粘层油性能影响，还受到两层材料之间相互摩擦的影响[6]。

2.4 专用改性乳化沥青最佳撒布量的确定

分析图2 图3 及表4 可知，无论是试件的抗剪强度还是拉拔强度，均随着粘层油撒布量的增加，而呈现出先增加后降低的变化趋势，当撒布量在0.9L· m-2附近时，试件达到最大抗剪强度；当撒布量在1.2L· m-2附近时，试件达到最大拉拔强度[7]。

结合实际施工经验，为最大程度保证摊铺薄层罩面路面服役性能，要求所使用的粘层油材料，不仅要保证薄层罩面与下承结构层之间的黏结效果，还需要有适量粘层油透入磨耗层中。因此，实际施工中的粘层油最佳撒布量，应适当大于试验最佳用量[8]，并进一步考虑增加粘层油用量对道路剪切强度的影响，确定最佳撒布量为1.2L· m-2。

3 结论

通过试验方式，重点研究了某沥青路面薄层罩面乳化沥青性能和最佳撒布量，结论如下：

其一，层间抗剪试验结果显示，粘层油用量在0.9L· m-2附近时，试件的层间抗剪强度最大，达到1.4204MPa；

其二，拉拔结果显示，粘层油用量在1.2L· m-2附近时，试件的拉拔强度最大，达到0.4771MPa；

其三，结合实际施工需求，为最大程度保证路面服役性能，确定最佳撒布量为1.2L· m-2。