城市道路生态型薄层层间黏结设计与研究

彭 彬

[上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092]

0 引言

大量城市道路建成以后，需要投入足够的养护资金，由专业的养护队伍及时进行养护，以保持道路及其设施的完好，确保车辆的行驶安全、舒适和通畅。及时进行预养护措施的施工，会极大地缓解路面损坏的进程，同时能达到保护路面以下结构的目的[1]。因此，预防性养护受到广泛关注。其中一种做法是在旧路面上铺设新的薄层，来改变路面的抗滑性和平整度，并加铺沥青，从而更好地预防原路面老化，使路面能够具备较强抗压性，增强路面承受行驶车辆的荷载性能，同时抵抗来自氧、光、水等外界因素的影响，延长路面使用周期[2]。这种做法表现出轻薄不增加恒载、施工方便、不需调整标高，功能上具有抗滑、平整、降噪、耐磨等特点。但其不足之处在于，热料摊铺会带来大量的污染，而且由于厚度较薄，带来的施工期间温度散失过快，稍有施工不慎，就会带来压实度不足的质量问题。因此，较多的薄层铺装项目在运营没多久就相应出现拥包、推移、开裂等病害，并且增加道路预防维修成本[3]。

为此，基于冷拌冷铺技术的生态型薄层的提出，将针对这两大技术难点逐一解决。值得注意的是，常温施工对于层间材料黏结效果十分倚重[4]。因此，本文将对黏结层进行设计与分析，同时对不同沥青材料的层间黏结性进行研究，且提出最佳方案。

1 试验材料

生态型薄层属于的基础结合料为沥青，因此仍属于柔性材料，所以，黏结层选材时以沥青为主，而沥青的质量直接关乎着黏结层的质量[5]。通过一系列的试验分析，发现沥青种类会影响黏结材料和沥青混凝土面层的黏结性，采取与下面层相同沥青的黏结效果比其他沥青效果好。所以，本文在开展相关研究时，层间黏结材料为水性环氧乳化沥青、70号基质沥青与SBS 改性沥青。

其中，本文选用的原材料70号基质沥青，在对其各指标进行检测时，主要参照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20—2011）[6]进行检测，各项指标见表1。在185℃的高温下，在70号沥青中掺入4.4%的SBS 就能得到SBS 改性沥青。SBS 改性沥青的相关指标见表2。水性环氧乳化沥青中含30%掺量的水性环氧树脂及其固化剂。

表1 基质沥青主要技术指标

表2 S BS 改性沥青主要技术指标

2 性能指标与试验方法

2.1 拉拔强度指标

车辆行驶过程中，速度加快时，车辆的轮胎与路面会产生相互作用，行驶所接触到的地方会出现真空泵吸作用，所产生的吸附力为拉应力。与压应力相比，拉应力对路面结构产生的不利影响更为突出[7]。若是路面加铺的结构层较薄，那么这种影响会更为显著。根据相关研究得出：若是上面的结构层与下面的结构层产生分离，层间就会出现滑动，车辆在荷载冲击作用下，就会造成上面的结构层出现开裂问题。所以，针对层间竖向抗拉强度给出量化规定十分有必要。

根据此前的较多方面的研究，若想确保路面结构层之间具备较好的连续性和完整性，那么所需材料的层间黏结强度应超1.2 MPa[8]。

2.2 黏结层材料黏结强度试验方法

在课题组之前的研究中，选用了建议的拉拔仪进行研究，其数据的精确度稍微有些欠缺[9]。本次研究将选用万能材料试验机（即MTS）进行试验，运用了杠杆拉拔头，实现对实际路面的完全模拟。首先，根据薄层罩面常用级配制备成型1 cm 厚的薄层沥青混凝土。接着在旧路面上铺设薄层，随后碾压成型，旧面层和薄层间摊铺用量不同的待检测黏结材料。并按照黏层油类型明确等待时间，等到黏层油强度形成后，进行钻芯操作，直到钻透黏结层后停止相关操作。最后通过杠杆拉拔仪来确定黏层黏结的强度。

3 试验结果与性能分析

3.1 黏结材料的黏结强度试验

对旧路面进行清理，打磨处理好表面，保持表面整洁，对旧路面进行划分。首先根据薄层罩面常用级配制备成型1 cm 厚的薄层沥青混凝土，接着在旧路面上铺设薄层，最后碾压成型。按照不同用量分配，将黏层油晒布在大小一致的单元格中，然后摊铺分割成不同的罩面层。最后采用小型碾压机对其进行来回碾压。一般碾压六遍，就能确保黏层油分布均匀，压实度更好。形成较高的黏层油强度后，再钻芯处理。试验如图1 所示。

图1 选用MTS 仪进行薄层罩面层间拉拔试验

采用黏结强度杠杆拉拔法进行测试，所得试验数据见表3。

表3 黏结强度检测结果

3.2 黏结材料的黏结强度试验

根据表3 便可绘出3 种黏结层材料在沥青混凝土的黏结强度随洒布量的不同变化情况，如图2 所示。

图2 黏结强度随洒布量的变化趋势

从图2 可以看出，无论在何种洒布量的情况下，水性环氧乳化沥青的黏结强度是最大的。70号基质沥青的最大黏结强度在1.6432 MPa。据洒布量曲线变化趋势可得，SBS 改性沥青最为理想的洒布量为0.8 kg/m2，对应黏结强度为2.6728 MPa。由表3 可知，对比这3 种沥青后，得出SBS 改性沥青的黏结强度最大，也就是将SBS 改性沥青当作黏结材料最为理想。

水性环氧乳化沥青的洒布量0.8 kg/m2以后开始呈下降趋势，且在0.6～0.8 kg/m2是较均衡的，因而水性环氧乳化沥青的最佳洒布量范围在0.6～0.8 kg/m2，此时的黏结强度最大值约为3.1312 MPa。从尽可能高强度又少用量的角度出发，我们判断洒布用量取在0.6 kg/m2和0.8 kg/m2时，水性环氧乳化沥青黏层材料和SBS 改性沥青黏层材料的层间拉拔强度可达最佳，又能保证性价比优秀。

4 结语

通过将生态薄层黏合既有沥青混凝土模拟面层上，经过层间黏结试验可以得到如下结论：

（1）本文所分析的3 种黏结层沥青的黏结强度均较好，除了0.6 kg/m2及以下洒布量的基质沥青之外，其他方案均能够满足较为苛刻的黏结强度值不小于1 MPa 的要求。由强到弱顺序依次是水性环氧乳化沥青、SBS 改性沥青、基质沥青。

（2）水性环氧乳化沥青与生态型薄层的层间黏结效果最佳，最佳洒布量范围在0.6～0.8 kg/m2，此时的黏结强度最大值可达3.1312 MPa。

（3）水性环氧乳化沥青和SBS 改性沥青的黏结强度并非随着洒布量的增大而增加，而是存在一定的区间范围。层间黏结材料达到最大黏结强度的最佳适用洒布量范围集中在0.6～0.8 kg/m2，本文推荐水性环氧乳化沥青黏层材料的洒布用量取0.6 kg/m2，SBS 改性沥青黏层材料的洒布用量取0.8 kg/m2。