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中鐵二十四局集團(tuán)福建鐵路建設(shè)有限公司 福建 福州 350000

1 研究背景

我國(guó)瀝青路面層通常由一至三層不同的瀝青混合料組成，上下面層級(jí)配有所差異。由于層與層之間的界面比較平整，這樣結(jié)構(gòu)層之間的材料不能互相嵌入對(duì)方，層間界面的抗剪強(qiáng)度就非常小，導(dǎo)致整個(gè)路面結(jié)構(gòu)在層間界面處的黏結(jié)就比較薄弱，當(dāng)有外界荷載作用在這樣的路面結(jié)構(gòu)上時(shí)，在這些層間界面處力學(xué)響應(yīng)就不能完全傳遞，整個(gè)路面結(jié)構(gòu)就不能作為一個(gè)整體來(lái)承擔(dān)外界荷載的作用，這樣路面結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞。

因此，若能設(shè)計(jì)出一種使得瀝青層間界面處的材料能夠互相嵌入對(duì)方，增大層間界面的抗剪強(qiáng)度的措施，從而減少路面結(jié)構(gòu)的剪切破壞。盡管國(guó)內(nèi)外對(duì)瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度和層間處治技術(shù)進(jìn)行了大量的研究，但是，關(guān)于通過(guò)在瀝青混合料層間界面處壓槽的措施來(lái)加強(qiáng)層間界面黏結(jié)力都沒(méi)有進(jìn)行過(guò)深入的研究。因此，此次試驗(yàn)將從這方面入手。

2 馬歇爾試件的制備及剪切試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

2.1.1 矩形方鋼：在此次試驗(yàn)研究中，初步擬定用到的矩形方鋼尺寸為16×13mm。

2.1.2 剪切儀器：實(shí)驗(yàn)測(cè)試儀器為便攜式剪切儀，在兩邊的鐵板上刻兩條槽，將圓柱形試模的一半固定在鐵板槽的一側(cè)，另一半做成可在槽中上下移動(dòng)的形式。

2.1.3 可控溫的馬歇爾穩(wěn)定度測(cè)定儀：在此次剪切試驗(yàn)中，選擇的試驗(yàn)溫度為常溫24℃、高溫60℃。

2.2 瀝青混合料試件制備

在此次試驗(yàn)研究中，瀝青混合料試件擬定為雙層結(jié)構(gòu)，分為上下2層，試件的下層為AC-20（4cm），上面層AC-13（3cm），具體的試件成型過(guò)程如下所述。

2.2.1 準(zhǔn)備工作。

2.2.1.1 將稱量好的若干份粗細(xì)集料、金屬試模及套筒等置于烘箱中加熱至180℃左右。

2.2.1.2 根據(jù)已有的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，確定下面層（AC-20）的擊實(shí)次數(shù)為85次，上面層（AC-13）的擊實(shí)次數(shù)為80次，如圖1所示。

圖1 瀝青混合料拌和機(jī)及擊實(shí)儀

2.2.2 壓槽試件的制作。

2.2.2.1 下面層制作。①?gòu)暮嫦渲腥〕鲱A(yù)熱的試模及套筒，用沾有少許機(jī)油的刷子擦拭套筒、底座、矩形方鋼及擊實(shí)錘底面，將試模裝在底座上，將矩形方鋼放入試模中，套上套筒和漏斗，先將1/3左右的瀝青混合料鏟入漏斗中，用小金屬棒沿矩形方鋼的兩側(cè)各插搗3～4次，再將剩余的混合料全部鏟入漏斗中，用小金屬棒沿周邊插搗15次，中間10次，插搗后將表面整平。②取掉漏斗，將套筒、試模連同底座一起放在擊實(shí)臺(tái)上固定。開啟電動(dòng)機(jī)，使擊實(shí)錘從457mm的高度自由落下?lián)魧?shí)85次數(shù)。③試件壓實(shí)成型后，取下套筒，用鑷子將矩形方鋼取出，并貼好標(biāo)簽。④卸去底座，將裝有試件的試模橫向放置冷卻至室溫后（不少于12h），置脫模機(jī)上脫出試件。

2.2.2.2 上面層的做法大體方式同（2.2.2.1）中做法，其中要注意的是：①要用白油漆標(biāo)示瀝青混合料的層間界面和矩形槽的走向。②將做好的下面層試件套入試模中，先將1/4的混合料鏟入漏斗及矩形槽中，再將剩余的混合料全部鏟入并按下面層做法插島。③擊實(shí)錘從457mm 的高度自由落下?lián)魧?shí)80次。④脫出試件后，將試件置于干燥潔凈的平面上，供剪切試驗(yàn)用。試件編號(hào)用ABMW來(lái)表示（A表示上面層為AC-13，B表示下面層為AC-20，M表示層間界面壓槽，W表示層間界面處沒(méi)有涂黏層油）[1-2]。

圖2 成型的復(fù)合式瀝青混合料馬歇爾試件

2.2.3 不壓槽試件的制作。不壓槽瀝青混合料的拌制方法同2.2.2一樣。其中一組瀝青混合料的層間界面采用平面不壓槽，試件編號(hào)用ABPW來(lái)表示；另外一組在瀝青混合料層間噴灑黏層油（層間噴灑的黏層油選擇0.4kg/m2），試件編號(hào)用ABPO表示。

2.3 瀝青混合料試件剪切試驗(yàn)

2.3.1 實(shí)驗(yàn)步驟。

2.3.1.1 試驗(yàn)溫度選擇常溫24℃，然后將剪切儀和試件一起放在保溫箱內(nèi)保溫（24℃）4h。

2.3.1.2 將試件套入剪切儀中，并將剪切儀安置在馬歇爾穩(wěn)定度測(cè)定儀上，調(diào)好位移計(jì)的位置，使其處于垂直方向。

2.3.1.3 選擇“馬歇爾綜合實(shí)驗(yàn)”選項(xiàng)，按下“試驗(yàn)”按鈕，開始剪切。

2.3.1.4 剪切結(jié)束后，將剪切試驗(yàn)結(jié)果打印出來(lái)。

2.3.1.5 將試件從剪切儀內(nèi)脫出來(lái)，并保存好。

圖3 剪切中試件及破壞后的試件

2.3.2 剪切試驗(yàn)結(jié)果及分析。

2.3.2.1 瀝青混合料層間壓槽（ABMW）及層間噴灑黏層油（ABPO）時(shí)，在常溫及高溫兩種條件下分別對(duì)試件進(jìn)行剪切試驗(yàn)，結(jié)果如下。

表1 ABPO與ABMW層間剪切試驗(yàn)結(jié)果

舍棄每組數(shù)據(jù)的錯(cuò)值，取每組剩下數(shù)據(jù)結(jié)果的平均值作為層間剪力。

圖4 ABMW16×13-2的壓力－位移形變曲線圖

從表2可以看出，試件層間壓槽和噴灑黏層油情況下，壓槽試件在高溫時(shí)的層間剪力是常溫時(shí)的18.3%，而層間噴灑黏層只有常溫時(shí)的14.9%，即瀝青混合料層間壓槽的黏結(jié)性能總體來(lái)說(shuō)比層間噴灑黏層油的效果較好，特別是高溫的情況下。

表2 ABPO與ABMW剪切試驗(yàn)結(jié)果分析

2.3.2.2 瀝青混合料層間壓槽（ABMW）及層間不壓槽（ABPW）時(shí)，在常溫條件下分別對(duì)試件進(jìn)行剪切試驗(yàn)。

表3 ABPW層間剪切試驗(yàn)結(jié)果（常溫）

舍棄ABPE-3錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，取其平均值，再同表2中數(shù)據(jù)對(duì)比分析，結(jié)果如下。

從表4可以看出，層間界面壓槽的層間剪力比層間不處治增大了29.0%，層間界面噴灑黏層油的層間剪力比層間不處治增大了27.2%。

表4 ABPW、ABPO、ABMW剪切試驗(yàn)結(jié)果分析（24℃）

綜上，可以得出結(jié)論：在瀝青混合料試件層間壓槽或?yàn)佑湍軌蛴行У卦龃髮娱g的黏聚力。

3 主要結(jié)論及進(jìn)一步研究建議

3.1 主要結(jié)論

在此次試驗(yàn)研究中，圍繞著瀝青混合料試件層間壓矩形槽、不同溫度、噴灑黏層油等不同處理措施對(duì)其黏結(jié)性能的影響展開了大量的室內(nèi)試驗(yàn)，通過(guò)剪切試驗(yàn)對(duì)瀝青混合料層間黏結(jié)性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析，得到的主要結(jié)論如下：

3.1.1 壓槽或?yàn)佑湍軌蛴行У卦龃髮娱g的黏聚力；

3.1.2 高溫條件下，層間黏結(jié)性能大幅度下降；

3.1.3 層間壓矩形槽和噴灑黏層油兩種情況下，壓槽時(shí)的黏結(jié)性能總體來(lái)說(shuō)比噴灑黏層油的效果較好，特別是在高溫條件下[3]。

3.2 進(jìn)一步研究建議

由于時(shí)間和試驗(yàn)條件有限，對(duì)于增大瀝青混合料層間的黏結(jié)性能，此次試驗(yàn)只是圍繞層間壓槽進(jìn)行了初步的研究，而此次試驗(yàn)提出的研究結(jié)論有待于進(jìn)一步的深化、檢驗(yàn)和完善，還有一些相關(guān)問(wèn)題有待進(jìn)一步研究。

3.2.1 在此次試驗(yàn)研究中，瀝青混合料層間的矩形槽尺寸選擇16×13mm，應(yīng)對(duì)矩形槽不同尺寸時(shí)的層間黏結(jié)能力展開研究，選擇最優(yōu)方案。

3.2.2 在此次試驗(yàn)研究中，層間矩形槽都只有一個(gè)，應(yīng)對(duì)當(dāng)層間界面處有多個(gè)矩形槽的情況下展開研究，并找出矩形槽最佳間距。

3.2.3 在此次試驗(yàn)研究中，壓槽或?yàn)佑投际菃为?dú)進(jìn)行的，應(yīng)將這兩種措施結(jié)合起來(lái)，即在層間壓槽、灑黏層油同時(shí)處置，進(jìn)行試驗(yàn)研究。