陳 豫，陳浙江，石德景，李壽偉，羅金泉，蔣應軍

(1.婺城區(qū)公路管理段，浙江 金華 321000； 2.金華市公路管理局，浙江 金華 321000；3.武義縣公路管理段，浙江 金華 321000； 4.長安大學 特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

0 引 言

中國高等級公路典型瀝青路面結構為表面層4 cm AC-13+中面層6 cmAC-20+下面層8～12 cm AC-25或ATB-25或ATB-30，干線公路典型結構為表面層4 cmAC-13+下面層6 cmAC-20或者上面層5 cmAC-13+下面層7 cmAC-20，且設計時瀝青路面采用層間完全連續(xù)假設[1]。但是，受傳統(tǒng)攤鋪技術限制，施工普遍采用分層攤鋪和逐層壓實，兩結構層間通常不是連續(xù)施工，而是“冷+熱”施工，層間無法形成粗集料嵌鎖聯結；為了減少離析，便于壓實，傳統(tǒng)攤鋪技術的瀝青面層壓實厚度不宜小于集料公稱最大粒徑的2～3倍[2]；同時，受工期限制，路基、綠化、通信等工程交叉施工會造成已鋪中面層或下面層污染等，這些問題嚴重影響瀝青各結構層層間結合效果[3]。層間黏結不足會影響路面結構的穩(wěn)定性和耐久性，導致路面層間發(fā)生剪切滑移破壞[4-5]。盡管工程實踐中會采取灑黏層油技術措施，但兩結構層間難以形成真正意義上完全連續(xù)接觸狀態(tài)，嚴重影響路面設計可靠性、路面耐久性以及工程造價[6]。瀝青路面雙層一體攤鋪技術是將兩層瀝青結構層一次攤鋪碾壓完成的新型施工技術[7]。雙層攤鋪技術采用“熱+熱”施工工藝，兩層之間粗集料可以形成相互嵌鎖聯結，同時可避免瀝青面層壓實厚度與集料公稱最大粒徑之間3倍原則的限制[8-9]。長安大學石福周等對雙層攤鋪機的構造進行了介紹，分析了雙層攤鋪技術的機械配置、施工組織方法與質量控制方法[10]；重慶交通大學梁乃興研究了雙層攤鋪瀝青混合料的施工控制過程，探討攤鋪速度與卸料時間的關系、攤鋪速度與料倉體積的關系、攤鋪速度與輸料量的關系[11]；廣州市政邱麗鵬認為雙層瀝青攤鋪設備及工藝可以提高抗車轍能力和層間黏結力，可以不使用黏層油，節(jié)約材料成本[12]。已有相關研究是在現有典型路面結構層厚度與混合料類型的基礎上，對雙層攤鋪設備及施工技術、評價其層間攤鋪過程中的瀝青溫度散失、壓實特性、雙層一次攤鋪路面使用性能等方面進行研究，對結構層厚度和混合料類型對雙層一次攤鋪路面層間黏結性能影響的研究相對較少。因此，本文以路面結構總厚度是10 cm的雙層路面結構為研究對象，研究不同厚度和混合料類型組合對雙層一次攤鋪路面層間黏結性能的影響規(guī)律。

1 原材料及試驗方案

1.1 原材料

(1)瀝青。上、下面層均采用新加坡Esso A-70號道路石油瀝青，其技術指標見表1。

(2)粗集料。上面層粗集料采用商洛市商州區(qū)興達采石場生產的斜長角閃巖集料，其技術指標見表2。

下面層粗集料采用洛南縣正泰礦業(yè)有限公司生產的集料，其技術指標見表3。

表2 上面層粗集料技術指標

(3)細集料。上、下面層細集料均采用洛南縣正泰礦業(yè)有限公司生產的石灰?guī)r碎石并自行加工，其技術指標見表4。

(4)礦粉。采用洛南縣正泰礦業(yè)有限公司加工生產的石灰?guī)r礦粉，其技術指標見表5。

(5)黏層油。黏層采用SBS(I-C)改性瀝青，其技術要求見表6。

表3 下面層粗集料技術指標

表4 細集料技術指標

表5 礦粉技術指標

1.2 試驗方案

(1)混合料類型。研究混合料類型對雙層路面層間黏結性能的影響，上面層擬采用AC-13或AC-16，下面層擬采用AC-20或AC-25。各類型混合料礦料級配見表7。各類型混合料最佳油石比下的馬歇爾試驗結果見表8。

表6 SBS(I-C)改性瀝青技術指標

(2)結構層厚度。研究路面結構層厚度對雙層路面層間黏結性能的影響，雙層路面結構總厚度為10 cm，結構層厚度擬采用上面層3 cm+下面層7 cm、上面層4 cm+下面層6 cm、上面層5 cm+下面層5 cm三種組合類型。

(3)施工工藝。研究雙層路面結構分層攤鋪碾壓工藝(傳統(tǒng)攤鋪)和雙層路面結構一次攤鋪碾壓工藝(雙層攤鋪)對路面層間黏結性能的影響。

表7 不同混合料級配

表8 最佳油石比下的馬歇爾試驗結果

傳統(tǒng)攤鋪剪切試件尺寸為直徑152.4 mm、高100 mm，結構層厚度擬采用上面層3 cm+下面層7 cm、上面層4 cm+下面層6 cm、上面層5 cm+下面層5 cm。制備工藝如下。

(1)第1步，剪切試件下層制作。根據試件下層混合料密度、高度和試模截面積確定瀝青混合料質量，拌合下面層混合料，裝入直徑為152.4 mm和高為115 mm的馬歇爾試模并充分搗實，然后用馬歇爾擊實儀雙面擊實下面層混合料，直至試件下層厚度達到預定高度后停止擊實，剪切試件制作完成。

(2)第2步，黏層油撒布。將下面層混合料試件冷卻至少24 h后灑布0.45 kg·m-2的黏層油，養(yǎng)生至少2 h。

(3)第3步，剪切試件上層制作。根據試件上層混合料密度、高度和試模截面積確定瀝青混合料質量，拌合上面層混合料，放入已裝有下面層混合料的馬歇爾試模并充分搗實，然后用馬歇爾擊實儀雙面擊實上、下面層混合料，當擊實上、下面層總厚度達到10 cm后停止擊實，剪切試件制作完成。

雙層攤鋪剪切試件尺寸為直徑152.4 mm、高100 mm，結構層厚度擬采用上面層3 cm+下面層7 cm、上面層4 cm+下面層6 cm、上面層5 cm+下面層5 cm。制備工藝如下。

(1)第1步，下層攤鋪。根據下層試件密度、高度和試模截面積確定瀝青混合料質量，拌合下面層混合料，裝入直徑為152.4 mm和高為115 mm的馬歇爾試模并充分搗實，進行人工初平初壓后放入175 ℃烘箱中保溫。

(2)第2步，上層攤鋪。根據上層試件密度、高度和試模截面積確定瀝青混合料質量，拌合上面層混合料，取出烘箱中裝有下面層混合料的馬歇爾試模，再裝入拌合好的上面層混合料并充分搗實，再用馬歇爾擊實儀雙面擊實上、下面層混合料，當擊實上、下面層總厚度達到10 cm后停止擊實，雙層攤鋪剪切試件制作完成。

1.3 層間剪切試驗方法

采用路面材料剪切儀在室內條件下進行層間剪切試驗，剪切速率為10 mm·min-1。試驗開始后向剪切試件層間黏結位置逐級施加水平剪力T，直到達到最大剪力發(fā)生剪切破壞。層間剪切試驗通常持續(xù)到較大的相對剪切位移為止，層間抗剪強度

式中：τ為試件的層間抗剪強度(MPa)；Tmax為試件發(fā)生剪切破壞時的最大水平剪力(kN)；A為試件的橫斷面面積(mm2)。

2 試驗結果及分析

不同攤鋪工藝、路面結構厚度及混合料類型的剪切試件層間剪切試驗結果，見表9。

由表9可知，傳統(tǒng)攤鋪工藝下的雙層路面不同結構組合層間抗剪強度試驗結果非常接近，變化范圍在0.25～0.32 MPa。這是因為層間接觸為“冷+熱”的傳統(tǒng)攤鋪工藝，是要等下面層混合料已經充分冷卻、硬結，并形成一定的強度后再鋪筑上層混合料；此時上面層瀝青混合料無法滲透到致密冷卻的下面層，層間黏結強度主要由黏層油提供，骨料間的嵌擠作用較少，所以層間黏結作用比較弱[13-17]?？紤]到不同混合料類型和結構層厚度對層間黏結強度的影響并不大，以及試驗方法和操作誤差的影響，在分析攤鋪工藝對層間黏結性能的影響時以平均值0.28 MPa作為傳統(tǒng)攤鋪工藝的層間抗剪強度。

2.1 攤鋪工藝的影響

攤鋪工藝對雙層瀝青路面層間黏結性能的影響見圖1，圖中“16+25”和“3+7”一起表示雙層路面結構為3 cm AC-16+7 cm AC-25，其他類比。圖中雙層攤鋪為τs，傳統(tǒng)攤鋪為τc,τs/τc表示在混合料類型、結構層厚度一致的條件下，雙層攤鋪剪切試件和傳統(tǒng)攤鋪剪切試件層間抗剪強度之比，τs/τc比值越大，表示層間黏結性能越好。

由圖1可知，在混合料類型、結構層厚度一致的條件下，雙層攤鋪工藝相比較傳統(tǒng)攤鋪工藝層間抗剪強度有顯著提高，且當混合料類型為AC-16+AC-25和AC-16+AC-20組合時提升幅度最大。AC-16+AC-25的組合時，雙層攤鋪工藝相比較傳統(tǒng)攤鋪工藝層間抗剪強度可平均提高達80%以上，AC-16+AC-20的組合時，雙層攤鋪工藝相比較傳統(tǒng)攤鋪工藝層間抗剪強度可平均提高達50%以上。

表9 不同攤鋪工藝、路面結構厚度及混合料類型的剪切試件層間剪切試驗結果

圖1 攤鋪工藝對路面層間黏結性能的影響

這是因為層間接觸為“熱+熱”的雙層攤鋪工藝是在高溫條件下進行兩層混合料的同時攤鋪，兩層混合料中瀝青會產生一定黏結作用，并且在壓實過程中兩層瀝青混合料的粒料之間能夠相互嵌擠，相互融合，黏結更為緊密，從而使得層間形成相互嵌鎖作用；并且雙層攤鋪工藝減少了層間處治工序，不但節(jié)約了黏層油的使用，還從根本上解決了瀝青路面層間不連續(xù)性的問題，使路面結構層間黏結能力顯著增強[18-20]。因此采用“熱+熱”接觸的雙層攤鋪工藝能顯著提高雙層瀝青路面的層間黏結性能。

2.2 混合料類型和結構層厚度的影響

由于傳統(tǒng)攤鋪路面層間黏結強度主要由黏層油提供，受混合料類型和結構層厚度的影響較少，因此重點研究混合料類型和結構層厚度對雙層攤鋪路面層間黏結性能的影響?；旌狭项愋秃徒Y構層厚度對雙層攤鋪路面層間黏結性能的影響見表10。表中相對抗剪強度表示不同結構厚度、混合料類型組合的抗剪強度值與其中抗剪強度最小值之比。比值越大，表示層間黏結性能越好。

表10 結構層厚度、混合料類型對雙層攤鋪路面層間黏結性能的影響

由表10可知， 當結構層厚度為3 cm+7 cm的組合時，混合料類型為AC-16+AC-25的組合相比較AC-16+AC-20、AC-13+AC-20和AC-13+AC-25抗剪強度分別提高了22%、67%和43%；當結構層厚度為4 cm+6 cm的組合時，混合料類型為AC-16+AC-25的組合相比較AC-16+AC-20、AC-13+AC-20和AC-13+AC-25抗剪強度分別提高了18%、68%和44%；當結構層厚度為4 cm+6 cm的組合時，混合料類型為AC-16+AC-25的組合相比較AC-16+AC-20、AC-13+AC-20和AC-13+AC-25抗剪強度分別提高了18%、68%和38%。因此，當結構層厚度組合一定，混合料類型為AC-16+AC-25的組合相較AC-16+AC-20、AC-13+AC-20和AC-13+AC-25的抗剪強度分別可提高18%、68%和42%。這是因為雙層瀝青路面層間抗剪強度可以近似用庫倫公式(τ=c+σtanφ)表示[21]。當混合料類型采用上面層AC-16或下面層AC-25時，其混合料集料粒徑比起上面層AC-13或下面層AC-20要粗許多，所以混合料類型為AC-16+AC-25的組合容易在層間處形成較大的構造深度和層間的嵌擠。黏結力c和內摩阻角φ的增大使得層間摩阻力和抗剪強度進一步增大，從而顯著提高了層間黏結性能[22-23]。

當混合料類型一定的條件下，結構層厚度為5 cm+5 cm的組合相比3 cm+7 cm、4 cm+6 cm抗剪強度均有一定的提高，但幅度不大，且抗剪強度隨上面層結構層厚度增加而增加。其原因可能是5 cm+5 cm的組合相比較3 cm+7 cm、4 cm+6 cm組合，上面層厚度逐漸增加，隨著上面層混合料的增加，混合料的自重對層間黏結位置產生了豎向壓力，層間摩阻力和抗剪強度隨著豎向正應力σ的增大而略有增大，使層間黏性性能得到一定的改善。

3 結 語

(1)研究了攤鋪工藝對瀝青路面層間黏結性能的影響。結果表明：雙層攤鋪工藝相比較傳統(tǒng)攤鋪工藝層間抗剪強度有顯著的提高，且當混合料類型為AC-16+AC-25和AC-16+AC-20的組合時提升幅度最大。AC-16+AC-25的組合下，雙層攤鋪工藝相比較傳統(tǒng)攤鋪工藝層間抗剪強度可提高80%以上，AC-16+AC-20的組合可提高50%以上?！盁?熱”接觸的雙層攤鋪工藝使得兩層瀝青混合料的粒料之間能夠相互嵌擠，相互融合，黏結更為緊密，從而使得層間形成相互嵌鎖作用，使路面結構層間黏結性能顯著增強。

(2)研究了混合料類型對瀝青路面層間黏結性能的影響。結果表明：混合料類型為AC-16+AC-25的組合相比較AC-16+AC-20、AC-13+AC-20和AC-13+AC-25抗剪強度分別提高了18%、68%和42%；AC-16+AC-25的組合容易在層間處形成較大的構造深度和層間的嵌擠，黏結力c和內摩阻角φ的增大使得層間摩阻力和抗剪強度進一步增大，從而顯著提高了層間黏結性能。

(3)研究了結構層厚度對瀝青路面層間黏結性能的影響。結果表明：結構層厚度為5 cm+5 cm的組合相比較3 cm+7 cm、4 cm+6 cm組合抗剪強度有一定的提高，但幅度不大，且抗剪強度隨上面層結構厚度增加而增加；5 cm+5 cm的組合使得層間黏結位置產生了豎向壓力，層間摩阻力和抗剪強度隨著正應力σ的增大而略有增大，使得層間黏性性能得到一定的改善。

(4)通過對雙層瀝青路面層間黏結性能的室內試驗研究發(fā)現，結構層厚度對層間抗剪強度影響不大，為了達到減少路面工程造價和提高路面層間黏結性能的目的，建議雙層攤鋪路面并采用上面層3 cm AC-16+下層面7 cm AC-25的路面結構形式。

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