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        城市道路生態(tài)型薄層層間黏結(jié)設(shè)計與研究

        2023-10-18 08:28:22
        城市道橋與防洪 2023年9期

        彭 彬

        [上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司,上海市 200092]

        0 引言

        大量城市道路建成以后,需要投入足夠的養(yǎng)護資金,由專業(yè)的養(yǎng)護隊伍及時進行養(yǎng)護,以保持道路及其設(shè)施的完好,確保車輛的行駛安全、舒適和通暢。及時進行預(yù)養(yǎng)護措施的施工,會極大地緩解路面損壞的進程,同時能達到保護路面以下結(jié)構(gòu)的目的[1]。因此,預(yù)防性養(yǎng)護受到廣泛關(guān)注。其中一種做法是在舊路面上鋪設(shè)新的薄層,來改變路面的抗滑性和平整度,并加鋪瀝青,從而更好地預(yù)防原路面老化,使路面能夠具備較強抗壓性,增強路面承受行駛車輛的荷載性能,同時抵抗來自氧、光、水等外界因素的影響,延長路面使用周期[2]。這種做法表現(xiàn)出輕薄不增加恒載、施工方便、不需調(diào)整標高,功能上具有抗滑、平整、降噪、耐磨等特點。但其不足之處在于,熱料攤鋪會帶來大量的污染,而且由于厚度較薄,帶來的施工期間溫度散失過快,稍有施工不慎,就會帶來壓實度不足的質(zhì)量問題。因此,較多的薄層鋪裝項目在運營沒多久就相應(yīng)出現(xiàn)擁包、推移、開裂等病害,并且增加道路預(yù)防維修成本[3]。

        為此,基于冷拌冷鋪技術(shù)的生態(tài)型薄層的提出,將針對這兩大技術(shù)難點逐一解決。值得注意的是,常溫施工對于層間材料黏結(jié)效果十分倚重[4]。因此,本文將對黏結(jié)層進行設(shè)計與分析,同時對不同瀝青材料的層間黏結(jié)性進行研究,且提出最佳方案。

        1 試驗材料

        生態(tài)型薄層屬于的基礎(chǔ)結(jié)合料為瀝青,因此仍屬于柔性材料,所以,黏結(jié)層選材時以瀝青為主,而瀝青的質(zhì)量直接關(guān)乎著黏結(jié)層的質(zhì)量[5]。通過一系列的試驗分析,發(fā)現(xiàn)瀝青種類會影響?zhàn)そY(jié)材料和瀝青混凝土面層的黏結(jié)性,采取與下面層相同瀝青的黏結(jié)效果比其他瀝青效果好。所以,本文在開展相關(guān)研究時,層間黏結(jié)材料為水性環(huán)氧乳化瀝青、70號基質(zhì)瀝青與SBS 改性瀝青。

        其中,本文選用的原材料70號基質(zhì)瀝青,在對其各指標進行檢測時,主要參照《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規(guī)程》(JTG E20—2011)[6]進行檢測,各項指標見表1。在185℃的高溫下,在70號瀝青中摻入4.4%的SBS 就能得到SBS 改性瀝青。SBS 改性瀝青的相關(guān)指標見表2。水性環(huán)氧乳化瀝青中含30%摻量的水性環(huán)氧樹脂及其固化劑。

        表1 基質(zhì)瀝青主要技術(shù)指標

        表2 S BS 改性瀝青主要技術(shù)指標

        2 性能指標與試驗方法

        2.1 拉拔強度指標

        車輛行駛過程中,速度加快時,車輛的輪胎與路面會產(chǎn)生相互作用,行駛所接觸到的地方會出現(xiàn)真空泵吸作用,所產(chǎn)生的吸附力為拉應(yīng)力。與壓應(yīng)力相比,拉應(yīng)力對路面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響更為突出[7]。若是路面加鋪的結(jié)構(gòu)層較薄,那么這種影響會更為顯著。根據(jù)相關(guān)研究得出:若是上面的結(jié)構(gòu)層與下面的結(jié)構(gòu)層產(chǎn)生分離,層間就會出現(xiàn)滑動,車輛在荷載沖擊作用下,就會造成上面的結(jié)構(gòu)層出現(xiàn)開裂問題。所以,針對層間豎向抗拉強度給出量化規(guī)定十分有必要。

        根據(jù)此前的較多方面的研究,若想確保路面結(jié)構(gòu)層之間具備較好的連續(xù)性和完整性,那么所需材料的層間黏結(jié)強度應(yīng)超1.2 MPa[8]。

        2.2 黏結(jié)層材料黏結(jié)強度試驗方法

        在課題組之前的研究中,選用了建議的拉拔儀進行研究,其數(shù)據(jù)的精確度稍微有些欠缺[9]。本次研究將選用萬能材料試驗機(即MTS)進行試驗,運用了杠桿拉拔頭,實現(xiàn)對實際路面的完全模擬。首先,根據(jù)薄層罩面常用級配制備成型1 cm 厚的薄層瀝青混凝土。接著在舊路面上鋪設(shè)薄層,隨后碾壓成型,舊面層和薄層間攤鋪用量不同的待檢測黏結(jié)材料。并按照黏層油類型明確等待時間,等到黏層油強度形成后,進行鉆芯操作,直到鉆透黏結(jié)層后停止相關(guān)操作。最后通過杠桿拉拔儀來確定黏層黏結(jié)的強度。

        3 試驗結(jié)果與性能分析

        3.1 黏結(jié)材料的黏結(jié)強度試驗

        對舊路面進行清理,打磨處理好表面,保持表面整潔,對舊路面進行劃分。首先根據(jù)薄層罩面常用級配制備成型1 cm 厚的薄層瀝青混凝土,接著在舊路面上鋪設(shè)薄層,最后碾壓成型。按照不同用量分配,將黏層油曬布在大小一致的單元格中,然后攤鋪分割成不同的罩面層。最后采用小型碾壓機對其進行來回碾壓。一般碾壓六遍,就能確保黏層油分布均勻,壓實度更好。形成較高的黏層油強度后,再鉆芯處理。試驗如圖1 所示。

        圖1 選用MTS 儀進行薄層罩面層間拉拔試驗

        采用黏結(jié)強度杠桿拉拔法進行測試,所得試驗數(shù)據(jù)見表3。

        表3 黏結(jié)強度檢測結(jié)果

        3.2 黏結(jié)材料的黏結(jié)強度試驗

        根據(jù)表3 便可繪出3 種黏結(jié)層材料在瀝青混凝土的黏結(jié)強度隨灑布量的不同變化情況,如圖2 所示。

        圖2 黏結(jié)強度隨灑布量的變化趨勢

        從圖2 可以看出,無論在何種灑布量的情況下,水性環(huán)氧乳化瀝青的黏結(jié)強度是最大的。70號基質(zhì)瀝青的最大黏結(jié)強度在1.6432 MPa。據(jù)灑布量曲線變化趨勢可得,SBS 改性瀝青最為理想的灑布量為0.8 kg/m2,對應(yīng)黏結(jié)強度為2.6728 MPa。由表3 可知,對比這3 種瀝青后,得出SBS 改性瀝青的黏結(jié)強度最大,也就是將SBS 改性瀝青當作黏結(jié)材料最為理想。

        水性環(huán)氧乳化瀝青的灑布量0.8 kg/m2以后開始呈下降趨勢,且在0.6~0.8 kg/m2是較均衡的,因而水性環(huán)氧乳化瀝青的最佳灑布量范圍在0.6~0.8 kg/m2,此時的黏結(jié)強度最大值約為3.1312 MPa。從盡可能高強度又少用量的角度出發(fā),我們判斷灑布用量取在0.6 kg/m2和0.8 kg/m2時,水性環(huán)氧乳化瀝青黏層材料和SBS 改性瀝青黏層材料的層間拉拔強度可達最佳,又能保證性價比優(yōu)秀。

        4 結(jié)語

        通過將生態(tài)薄層黏合既有瀝青混凝土模擬面層上,經(jīng)過層間黏結(jié)試驗可以得到如下結(jié)論:

        (1)本文所分析的3 種黏結(jié)層瀝青的黏結(jié)強度均較好,除了0.6 kg/m2及以下灑布量的基質(zhì)瀝青之外,其他方案均能夠滿足較為苛刻的黏結(jié)強度值不小于1 MPa 的要求。由強到弱順序依次是水性環(huán)氧乳化瀝青、SBS 改性瀝青、基質(zhì)瀝青。

        (2)水性環(huán)氧乳化瀝青與生態(tài)型薄層的層間黏結(jié)效果最佳,最佳灑布量范圍在0.6~0.8 kg/m2,此時的黏結(jié)強度最大值可達3.1312 MPa。

        (3)水性環(huán)氧乳化瀝青和SBS 改性瀝青的黏結(jié)強度并非隨著灑布量的增大而增加,而是存在一定的區(qū)間范圍。層間黏結(jié)材料達到最大黏結(jié)強度的最佳適用灑布量范圍集中在0.6~0.8 kg/m2,本文推薦水性環(huán)氧乳化瀝青黏層材料的灑布用量取0.6 kg/m2,SBS 改性瀝青黏層材料的灑布用量取0.8 kg/m2。

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