吳士祥

(黑龍江省公路工程監(jiān)理咨詢公司)

碎石封層主要性能指標(biāo)試驗(yàn)分析評(píng)價(jià)

吳士祥

(黑龍江省公路工程監(jiān)理咨詢公司)

摘 要:對(duì)同步碎石封層的主要性能和指標(biāo)進(jìn)行了試驗(yàn)研究分析，結(jié)果表明，采用低溫敲擊試驗(yàn)評(píng)價(jià)封層瀝青與石料低溫粘結(jié)性具備可行性;加設(shè)碎石封層可使基面層間抗剪切滑移能力增強(qiáng)，路面疲勞壽命提升，對(duì)延緩反射裂縫的向上擴(kuò)展也有明顯功效;此外，加設(shè)碎石封層前在基層表面噴灑透層油對(duì)提升路面結(jié)構(gòu)整體抗滑移能力有利。

關(guān)鍵詞:瀝青路面;碎石封層;反射裂縫;滑移能力

1 試驗(yàn)及分析

1.1 選用瀝青

為確保與碎石良好的粘結(jié)能力，選用瀝青為成品SBS改性瀝青，各項(xiàng)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 試驗(yàn)選用改性瀝青基本性能參數(shù)

1.2 選用石料

具體指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 選用單粒徑碎石性能指標(biāo)

2 碎石封層關(guān)鍵性能指標(biāo)研究分析

2.1 碎石均勻布料器的開(kāi)發(fā)

同步碎石封層施工過(guò)程中為確保高溫下瀝青與石料間的良好粘結(jié)，采用專用設(shè)備在160～170℃條件下噴出霧狀熱瀝青，同時(shí)進(jìn)行碎石灑布以確保二者同步接觸。而在試驗(yàn)室內(nèi)要完成二者的同步接觸難度非常大，迄今已有研究中并無(wú)相應(yīng)新型室內(nèi)模擬試驗(yàn)設(shè)備具備此項(xiàng)功能。因此，在碎石封層室內(nèi)模擬試驗(yàn)之前，自行設(shè)計(jì)碎石均勻布料器以盡量縮短灑布瀝青后用于鋪灑碎石過(guò)程中耗費(fèi)的時(shí)間，力求最大限度模擬現(xiàn)場(chǎng)碎石與瀝青的灑布狀態(tài)。

2.2 碎石封層抗剪切性能研究

碎石封層良好的抗滑移剪切能力是基層與面層在車輛荷載作用下處于整體受力狀態(tài)的重要保證。就目前的研究現(xiàn)狀而言，在該領(lǐng)域國(guó)內(nèi)已有相當(dāng)規(guī)模的研究力量投入，尤其在溫度、石料用量、粘結(jié)料用量等因素與封層抗剪切能力間影響關(guān)系研究中已相對(duì)較為成熟，因此本文在石料及瀝青用量選擇中參照同步碎石封層理論確定基本用量，并通過(guò)變換層間組合方式進(jìn)行封層抗剪切能力對(duì)比分析。具體試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同層間處治措施抗剪切能力分析

從上表可以看出，相比于未處理工藝，加設(shè)碎石封層后抗直剪強(qiáng)度增長(zhǎng)近4倍，碎石封層改性瀝青的粘結(jié)功效得以充分發(fā)揮，表明加設(shè)碎石封層后基面層間抗剪切滑移能力有所增強(qiáng);此外，在加設(shè)碎石封層前在基層表面噴灑乳化瀝青透層后對(duì)路面結(jié)構(gòu)整體抗滑移能力的提升是有利的，因此，在碎石封層施工前噴灑透層材料對(duì)保證基面層間良好的粘結(jié)作用是必不可少的。

2.3 碎石封層延緩反射裂縫性能研究

(1)試驗(yàn)介紹。

①試件的制備

半剛性基層由于其材料摻入大量水泥、石灰等無(wú)機(jī)結(jié)合料，因此在試件制備期及養(yǎng)生期間若環(huán)境濕度過(guò)低，試件極易產(chǎn)生干裂現(xiàn)象。因此，在試驗(yàn)中為模擬基層真實(shí)表面裂縫狀態(tài)，在基層放入養(yǎng)生室之前對(duì)其中部進(jìn)行人為折傷，模擬基層表面寬度10 mm左右裂縫。

②碎石封層彎拉試驗(yàn)及加載模型介紹

考慮到基層表面裂縫與碎石封層間的直接接觸，因此在試驗(yàn)過(guò)程中必須制備雙層試件，上層瀝青試塊尺寸與基層相同，加載時(shí)下部加墊20 mm厚度橡膠墊層，具體加載形式見(jiàn)圖1所示。

圖1 力學(xué)作用模式

③試驗(yàn)溫度

綜合考慮試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)條件及同類對(duì)比等諸多因素，關(guān)于碎石封層延緩反射裂縫功效研究的彎拉疲勞試驗(yàn)溫度確定為15℃，這一溫度與北方春融期溫度較為相近。

④加載波形及頻率

在加載波形中選用最常用的半正弦波形加載，加載頻率為10 Hz，以模擬路面車輛65～70 km/h車速下的作用模式。

⑤試驗(yàn)觀測(cè)模式

由于反射裂縫由基層表面反射至面層表面需經(jīng)歷一段裂縫逐步擴(kuò)散的發(fā)展過(guò)程，有研究表明瀝青混合料防反射裂縫能力的差異將對(duì)裂縫的擴(kuò)散歷程產(chǎn)生影響。為此，通過(guò)對(duì)疲勞彎拉試驗(yàn)手段對(duì)加設(shè)碎石封層后雙層復(fù)合梁的防裂能力進(jìn)行分析，同時(shí)在試驗(yàn)中對(duì)不同裂縫擴(kuò)展階段對(duì)應(yīng)疲勞壽命進(jìn)行記錄整理，確定碎石封層在延緩反射裂縫性能的基本功效。

(2)試驗(yàn)結(jié)果分析。

①抗彎拉試驗(yàn)結(jié)果

在進(jìn)行疲勞試驗(yàn)之前必須對(duì)兩種不同處治措施下試件進(jìn)行彎拉試驗(yàn)以確定兩種情況下的最大抗彎拉強(qiáng)度指標(biāo)，具體試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 復(fù)合梁彎拉試驗(yàn)數(shù)據(jù)

②疲勞彎拉試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)通過(guò)記錄裂縫發(fā)展過(guò)程中的三個(gè)階段對(duì)應(yīng)的疲勞次數(shù)展開(kāi)對(duì)比分析，表5為不同處治工藝下雙層復(fù)合梁試件抗彎拉疲勞開(kāi)裂的試驗(yàn)結(jié)果。

表5 雙層復(fù)合梁疲勞疲勞彎拉試驗(yàn)分析

3 結(jié)論

(1)采用低溫敲擊試驗(yàn)評(píng)價(jià)封層瀝青與石料低溫粘結(jié)性是具備可行性的，采用低溫掉粒率作為低溫粘附性評(píng)價(jià)指標(biāo)具備較好的區(qū)分度;

(2)加設(shè)碎石封層后基面層間抗直剪強(qiáng)度增長(zhǎng)近4倍，表明抗剪切滑移能力有所增強(qiáng);在加設(shè)碎石封層前在基層表面噴灑乳化瀝青透層對(duì)路面結(jié)構(gòu)整體抗滑移能力的提升有利;

(3)加設(shè)碎石封層對(duì)路面疲勞壽命有明顯提升，對(duì)延緩反射裂縫的向上擴(kuò)展有明顯功效，同時(shí)使路面整體對(duì)應(yīng)力水平的敏感度有所削減;

(4)加設(shè)碎石封層后在兩種應(yīng)力水平下裂縫擴(kuò)展時(shí)間均出現(xiàn)不同程度的減小，其中大應(yīng)力水平下這種減小的幅度更大，這表明加設(shè)碎石封層后在延緩裂縫擴(kuò)散上具備一定功效。

中圖分類號(hào):U416.214

C

1008-3383(2011)06-0075-01

收稿日期:2011-05-05