楊大田，李聰

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級(jí)配碎石基層瀝青混凝土面層的層間粘結(jié)行為

楊大田1,2，李聰1

(1.招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司 國(guó)家山區(qū)公路工程技術(shù)研究中心，重慶 400067；2. 重慶交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，重慶 400074)

級(jí)配碎石基層作為柔性基層，與瀝青混凝土層的層間粘結(jié)行為十分復(fù)雜，是影響瀝青路面性能的關(guān)鍵之一.為此，采取正交試驗(yàn)方案，選取基層級(jí)配、封層厚度以及透層油量作為變量以及三個(gè)水平，通過室內(nèi)足尺直剪試驗(yàn)，以抗剪強(qiáng)度為評(píng)價(jià)指標(biāo)分析其粘結(jié)行為.試驗(yàn)表明，基層級(jí)配碎石性能越良好，稀漿封層厚度越大，透層油量達(dá)到規(guī)范的下限值，則層間粘結(jié)行為越良好.

級(jí)配碎石；粘結(jié)行為；正交試驗(yàn)；直剪試驗(yàn)

0 引言

盡管在規(guī)范中明文規(guī)定，柔性基層可用于各級(jí)公路，這其中的柔性基層包括有級(jí)配碎石基層[1].但是，在實(shí)際的工程實(shí)踐中，卻鮮有得到運(yùn)用[2-3].究其原因，是大家對(duì)級(jí)配碎石的認(rèn)識(shí)還不夠充分.在瀝青路面各結(jié)構(gòu)層，是非連續(xù)的，其層間粘結(jié)狀態(tài)是整個(gè)路面結(jié)構(gòu)相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié).那么，在保證各結(jié)構(gòu)層本身(特別是級(jí)配碎石基層)有足夠的強(qiáng)度之外，其層間粘結(jié)行為則成為了影響路面結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵之一[4].目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于與級(jí)配碎石基層粘結(jié)行為的研究較少，主要是針對(duì)半剛性基層[5-6].那么，本章以較好的級(jí)配碎石基層為基礎(chǔ)，對(duì)級(jí)配碎石基層瀝青混凝土路面層間粘結(jié)行為開展研究.

本文選取A、B、C三組級(jí)配作為級(jí)配碎石基層類型，首先進(jìn)行回彈模量試驗(yàn)、CBR試驗(yàn)以及動(dòng)力CBR試驗(yàn)，綜合評(píng)價(jià)三組級(jí)配.結(jié)果表明：這三組級(jí)配性能均表現(xiàn)良好，其優(yōu)劣順序?yàn)椋築級(jí)配>C級(jí)配>A級(jí)配.

1 試件成型

本次直剪試驗(yàn)為室內(nèi)足尺直剪試驗(yàn)，在參考規(guī)范中的路面結(jié)構(gòu)及文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[7-8]，將該直剪試件模型的尺寸定為300 mm×300 mm×180 mm，采用自制試模加以固定成型.其中，級(jí)配碎石基層的厚度為100 mm，瀝青面層的厚度為80 mm，在基層和面層中間設(shè)有4～8 mm的稀漿封層和透層油.

1.1 成型方案

目前，關(guān)于瀝青路面層間粘結(jié)試驗(yàn)研究，多在于瀝青混凝土與半剛性基層、水泥混凝土層等，但與級(jí)配碎石基層的層間粘結(jié)研究，目前國(guó)內(nèi)外鮮有報(bào)道. 本文不考慮瀝青下面層AC20的變化，只考慮級(jí)配碎石基層級(jí)配、 稀漿封層厚度和透層油鋪撒量，并每種因素分三種水平，進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，其正交試驗(yàn)表L9(34)，見表1.

表1 直剪試驗(yàn)正交試驗(yàn)表L9(34)

1.2 試樣成型

(1)表面振動(dòng)成型級(jí)配碎石基層

選取碎石級(jí)配，最大干密度，最佳含水量以及壓實(shí)度結(jié)合試樣的體積參數(shù)進(jìn)行稱料.將稱好的各檔集料先進(jìn)行干拌，拌合均勻后再加定量的水再進(jìn)行均勻拌合，然后將拌合好的料放入試模內(nèi)用夯實(shí)機(jī)進(jìn)行人工夯實(shí).在基層被夯實(shí)到足夠密實(shí)后，級(jí)配碎石基層成型完成，如圖1所示.

(2)噴灑透層油

為保證透層油能夠順利透入到基層內(nèi)部，將基層放置一段時(shí)間(一般1～2天左右，使表面較干燥)，噴灑透層油.將稱取好的透層油用均勻噴灑在整個(gè)基層表面，使得透層油能夠均勻透入，成型后如圖2所示.

圖1 成型基層

圖2 撒布透層油

(3)攤鋪稀漿封層

當(dāng)破乳(瀝青由棕色變?yōu)楹谏?，開始攤鋪稀漿封層，成型后如圖3所示.

(4)成型面層

在稀漿封層完全硬化，瀝青破乳之后，開始成型瀝青混合料下面層，成型后試件如圖4所示.

圖3 攤鋪封層

圖4 成型面層

2 水平剪切強(qiáng)度試驗(yàn)

將成型好的試件放置于鋼槽以內(nèi)；以恒定的速度緩慢推動(dòng)千斤頂，使試件發(fā)生直剪破壞，并同時(shí)記錄試驗(yàn)動(dòng)態(tài)剪力值；觀察峰值測(cè)量?jī)x上的剪力變化，并記錄最大剪力值.試驗(yàn)過程見5，試件破壞后，其層間界面破壞效果見圖6.

圖5 簡(jiǎn)易直剪儀

圖6 試件破壞界面形態(tài)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)上述試驗(yàn)方案，進(jìn)行正交試驗(yàn).將每組試驗(yàn)分別進(jìn)行3組平行試驗(yàn)，得到最終的試驗(yàn)結(jié)果，見表2.

表2 直剪試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)相對(duì)較小，滿足數(shù)理統(tǒng)計(jì)要求，試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)可靠.對(duì)表2采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的方差分析法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3和表4.

表3 直剪試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析表

表4 顯著性水平分析表

(1)顯著性影響分析

查F分布表，可得臨界值F0.10(2，2)=9.00，F(xiàn)0.05(2，2)=19.00，F(xiàn)0.01(2，2)=99.00.本文給定的顯著性水平為α=0.05，通過比較各因素的F值與臨界值F0.05(2，2)可得：因素a，b對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有顯著性影響，因素c對(duì)試驗(yàn)結(jié)果沒有顯著性影響.也就是說，級(jí)配碎石基層的級(jí)配和稀漿封層的厚度對(duì)層間粘結(jié)行為有顯著性，透層油對(duì)其效果不顯著.

(2)優(yōu)方案的選取

在獲取級(jí)配碎石基層和稀漿封層對(duì)層間粘結(jié)行為有顯著性影響之后，可進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)方案的選取.

最優(yōu)方案的選取可通過趨勢(shì)圖得到.可將因素水平作為橫坐標(biāo)，每一水平的試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為縱坐標(biāo)，從而得到各因素的趨勢(shì)圖，見圖7.從圖中可以看出，當(dāng)級(jí)配碎石取B級(jí)配，稀漿封層厚度取8 mm，透層油量取0.135 kg時(shí)，其抗剪應(yīng)力的最大的.

圖7 各因素的趨勢(shì)圖

從圖7(a)還可以看出，良好級(jí)配是級(jí)配碎石成功運(yùn)用的關(guān)鍵.圖7(b)表明：隨著封層厚度的增加，其層間抗剪應(yīng)力是相應(yīng)增大的.其原因是，隨著封層厚度的增加，其封層級(jí)配中粗集料的比例相應(yīng)增加，更能與級(jí)配碎石基層進(jìn)行咬合，但封層的厚度不能超過規(guī)范的上限值.從圖7(c)可以看出，透層油的噴灑量對(duì)抗剪強(qiáng)度影響不大.因此，在級(jí)配碎石基層噴灑透層油可選取規(guī)范中的下限值.

4 結(jié)論

主要是以抗剪強(qiáng)度為指標(biāo)，通過室內(nèi)足尺直剪試驗(yàn)對(duì)三因素三水平的試樣進(jìn)行層間粘結(jié)行為進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，得出如下結(jié)論：

(1)從試件破壞界面來看，層間粘結(jié)行為的薄弱面主要是出現(xiàn)在基層和封層之間.可見，將面層作為不變量來考慮是合理的;

(2)通過正交試驗(yàn)結(jié)果表明，級(jí)配碎石基層級(jí)配、稀漿封層厚度以及透層油量對(duì)層間粘結(jié)行為的顯著性影響的順序依次為：級(jí)配碎石基層級(jí)配>稀漿封層厚度>透層油量;

(3)從優(yōu)方案的選取中得到，級(jí)配碎石的級(jí)配越良好，稀漿封層厚度越大，透層油量只為規(guī)范的下限值，則表明層間粘結(jié)行為越良好.

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Research on Bonded Behaviors Between Graded Crushed Stone and Asphalt Concrete Pavement

YANG Datian1,2， LI Cong1

(1.National Engineering and Research Center for Highways in Mountain Area, China Merchants Chongqing Communications Technology Research & Designing Institute Co., Ltd, Chongqing 400074, China;2.School of Civil Engineering & Architecture, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

According to the orthogonal test, base gradation, seal thickness and prime coat were three vaiables and three levels, which were closely related to the bonding behavior. By indoor full-scale sirect shear test shear strength was the evaluated index, which interpreted their bonding behavior. The test show that the bonding behaviors are the best on the condition that the more grade of the graded crushed stone base being, the thicker slurry seal being and spilling quantity of prime coat being lower limit value.

graded crushed stone; bonding behavior; orthonogal test; direct shear test

1673- 9590(2016)02- 0061- 04

2015- 08-18

國(guó)家山區(qū)公路工程技術(shù)研究中心開放基金資助項(xiàng)目(gsgzj-2012-12)

楊大田(1973-)，男，講師，博士，從事道路建筑材料的研究E- mail: tywoyangda@126.com.

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