王小慶 展洪斌

摘 ? 要：為了提高瀝青路面的使用性能，本文主要對瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度的影響因素進(jìn)行研究，主要分為溫度、濕度、道路線型對瀝青路面的層間抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律，通過數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究得到：環(huán)境溫度為30℃～60℃作用下的瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度，層間抗剪強(qiáng)度隨著環(huán)境溫度的升高而呈現(xiàn)減小的趨勢，在40℃、60℃的轉(zhuǎn)折點(diǎn)下速率變化較快，橫向剪應(yīng)力隨著路面坡度從0°～5°逐漸增大，在3%時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)折。分析了四種粘層材料作用下的層間抗剪強(qiáng)度，并進(jìn)行優(yōu)劣排序：SBS改性瀝青、液體瀝青、乳化瀝青以及90號基質(zhì)瀝青。并且對應(yīng)相應(yīng)的影響，從差異改性瀝青角度給出了解決措施。

關(guān)鍵詞：差異改性 ?層間抗剪強(qiáng)度 ?瀝青路面 ?粘層

中圖分類號：U416. 217 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0050-03

Abstract： in order to improve the performance of asphalt pavement， this paper mainly studies the influencing factors of the interlaminar shear strength of asphalt pavement， mainly including the influence law of temperature， humidity and road line type on the interlaminar shear strength of asphalt pavement. Through numerical simulation and experimental research， it can be concluded that the interlaminar shear strength and interlaminar shear strength of asphalt pavement under the action of environmental temperature of 30-60 ℃ The degree decreases with the increase of ambient temperature， and the rate changes rapidly at the turning point of 40 ℃ and 60 ℃. The transverse shear stress increases gradually with the road slope from 0-5 ° and turns at 3%. This paper analyzes the interlaminar shear strength under the action of four kinds of bonding materials， and sorts the advantages and disadvantages： SBS modified asphalt， liquid asphalt， emulsified asphalt and 90 matrix asphalt. And corresponding to the corresponding impact， from the point of view of different modified asphalt， the solutions are given.

Key Words： Differential modification; Interlaminar shear strength; Asphalt pavement; Tack coat

瀝青路面作為我國道路路面的主要形式，具有表面平整、行車舒適、耐磨性好及施工、養(yǎng)護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)，因此在道路應(yīng)用中越來越廣泛。但是由于我國高速公路建設(shè)起步較晚，發(fā)展相對遲緩以及交管運(yùn)營不完善等原因，導(dǎo)致瀝青路面出現(xiàn)較多的病害，其中層間剪切破壞表現(xiàn)得尤為突出。瀝青路面層間剪切破壞問題一直是國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者研究的重點(diǎn)，目前改性瀝青是增強(qiáng)層間剪切性能、提高路面使用壽命的有效措施。這里主要研究差異改性瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度影響因素，從而有效的控制瀝青路面的層間剪切性能。然而，由于道路所處自然環(huán)境的不同以及各國路面設(shè)計(jì)理念及施工方法存有差異，導(dǎo)致瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度的研究存有一定的不足，因此，關(guān)于差異改性瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度理論與試驗(yàn)研究，對瀝青路面設(shè)計(jì)和施工具有十分重要的理論與實(shí)踐意義。

1 ?影響因素分析

1.1 溫度

眾所周知，瀝青路面層間粘層材料和瀝青混合料都屬于粘彈性材料，二者對外界溫度的變化均表現(xiàn)出強(qiáng)烈的敏感性，并且不同品種、不同標(biāo)號的瀝青和粘層材料對溫度的敏感性往往會(huì)有很大的差別，尤其是在高溫季節(jié)，瀝青粘度會(huì)隨著外界氣溫的升高而逐漸降低，致使瀝青自身發(fā)生軟化，穩(wěn)定性急劇降低，從而導(dǎo)致瀝青路面整體穩(wěn)定性發(fā)生變化。與此同時(shí)，作為同類感溫材料的粘層材料也會(huì)產(chǎn)生同樣的力學(xué)響應(yīng)，繼而對瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生較大的影響。為了清晰的分析溫度對層間抗剪強(qiáng)度的影響，通過有限元模擬軟件計(jì)算了30℃～60℃時(shí)的瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度，結(jié)果見圖1。

瀝青混合料具有典型的孰彈性特性，其力學(xué)性能指標(biāo)與溫度密切相關(guān)。低溫時(shí)，回彈模量較大，而隨著溫度的升高，塑性變形顯著增大，抗變形能力降低。分別計(jì)算30℃～60℃情況下路面的層間抗剪強(qiáng)度，從圖1看出，溫度升高，面層最大橫向剪應(yīng)力隨這溫度升高而增大，60℃抗剪強(qiáng)度約為30℃時(shí)抗剪強(qiáng)度的4.24倍。對比剪應(yīng)力與剪應(yīng)變的變化發(fā)現(xiàn)，剪應(yīng)變的增長幅度明顯大于剪應(yīng)力，這是因?yàn)闇囟壬?，瀝青混合料模量減小，抵抗變形的能力下降，相同的應(yīng)力水平下，變形增大[1]。由此可見，溫度不僅對剪應(yīng)力有影響，而且會(huì)使瀝青混合料的力學(xué)特性發(fā)生改變，導(dǎo)致面層抗剪能力急劇衰減，從而加速車轍的產(chǎn)生。

1.2 道路線型

瀝青路面層間剪切破壞程度，將隨著該破壞路段所處的地理位置發(fā)生變化，尤其在長大縱坡路段表現(xiàn)得尤為明顯，這說明車輛荷載對瀝青路面層間產(chǎn)生剪切破壞程度，受該路面自身縱坡坡度的影響較大，為充分探究縱坡坡度對瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度的影響，本研究模擬瀝青路面實(shí)際的縱坡狀況，道路坡度變化會(huì)對瀝青面層剪應(yīng)力和路面材料性能產(chǎn)生直接影響。通過開展縱坡路段瀝青路面結(jié)構(gòu)及材料設(shè)計(jì)的研究，可逆向?yàn)榻窈蠊肥┕ぬ峁┍匾募夹g(shù)參考[2]。在縱坡路段瀝青路面中，相對于剪應(yīng)力水平的增幅，剪應(yīng)變水平的增加幅度大得多。即車輛荷載相同時(shí)，縱坡路段與平坡路段上瀝青路面結(jié)構(gòu)的主要差異表現(xiàn)為瀝青路面的變形差異，車輛荷載增大時(shí)這種差異會(huì)更大。

從圖2可以看出，縱坡在3%以下時(shí)對層間剪應(yīng)力影響很小，但當(dāng)坡度達(dá)到3%時(shí)，剪應(yīng)力增大到0.3MPa，縱坡達(dá)到5%時(shí)，剪應(yīng)力達(dá)到0.35MPa。這是因?yàn)檐囕v在上坡行駛過程中，為了克服阻力，司機(jī)一般采取動(dòng)力上坡的方式。當(dāng)車輛慢速行駛時(shí)，輪胎與路面之間的水平荷載增大，故應(yīng)提高縱坡路段瀝青路面中面層的抗剪強(qiáng)度。應(yīng)力隨坡度的變化呈良好的線性關(guān)系，對于結(jié)果分析結(jié)合實(shí)際路面情況可知，車輛的變速超載、重載對長大縱坡瀝青路面破壞極為嚴(yán)重。

1.3 粘層油

不同的粘層油灑布量以及粘層油種類都會(huì)對層間界面特性會(huì)產(chǎn)生較大影響。瀝青路面在層間接觸良好的狀況下，粘層材料與集料的抗剪強(qiáng)度成為瀝青路面層間不發(fā)生剪切破壞的重要保障，其大小主要由處在熔融狀態(tài)下的粘層油與固體集料表面發(fā)生接觸時(shí)的接觸角以及粘層材料自身的表面張力決定。根據(jù)前期大量的研究，90號基質(zhì)瀝青、液體瀝青、SBS改性瀝青以及乳化瀝青的最佳灑布量分別為1.2kg/m2、1.1kg/m2、1kg/m2和0.8kg/m2[3]。為了研究不同粘層材料作用下層間界面特性的影響，分別選用四種瀝青作為粘層材料，得到了不同粘層材料作用下瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度，結(jié)果見圖3。

在粘層材料作用后，其層間抗剪強(qiáng)度均產(chǎn)生了不同幅度的提高，說明粘層材料的灑布，能夠有效的抵抗瀝青路面層間剪切破壞，繼而增強(qiáng)瀝青路面的層間抗剪強(qiáng)度。對于同一級配組合類型的瀝青路面結(jié)構(gòu)層[4]，其層間抗剪強(qiáng)度隨著粘層材料類型的不同而表現(xiàn)出明顯的差異性，其中灑布SBS改性瀝青的路面層間抗剪強(qiáng)度表現(xiàn)最優(yōu)，其次，依次為液體瀝青、乳化瀝青、基質(zhì)瀝青，這也直接說明了粘層材料自身的特性，對瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生重要的影響。

2 ?差異改性措施

根據(jù)上述分析可知，增加瀝青路面的層間剪切性能就必須選用合適的改性瀝青，而改性瀝青的選用，需要從高溫的耐用性、道路線型的特殊性、粘層材料的粘結(jié)性能等方面進(jìn)行綜合考慮。對于炎熱地區(qū)，盡量選擇SBS改性瀝青等對于溫度變化較為不“敏感”的改性瀝青材料，對于坡度大于3%的長大縱坡、轉(zhuǎn)彎半徑較小等特殊性路段，應(yīng)采取多層改性瀝青組合形式，并且選用效果較好的SBS改性瀝青、液體瀝青作為粘層材料組合類型，以增強(qiáng)瀝青路面的層間抗剪強(qiáng)度，提高瀝青路面的使用壽命。

3 ?結(jié)語

本文主要針對瀝青路面的層間抗剪強(qiáng)度的影響因素進(jìn)行分析，通過數(shù)值模擬軟件計(jì)算出環(huán)境溫度為30℃～60℃作用下的瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度，層間抗剪強(qiáng)度隨著環(huán)境溫度的升高而呈現(xiàn)減小的趨勢，在40℃、60℃的轉(zhuǎn)折點(diǎn)下速率變化較快，橫向剪應(yīng)力隨著路面坡度從0°～5°逐漸增大，在3%時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)折。分析了四種粘層材料作用下的層間抗剪強(qiáng)度，并進(jìn)行優(yōu)劣排序：SBS改性瀝青、液體瀝青、乳化瀝青以及90號基質(zhì)瀝青。最終，針對影響瀝青路面層間抗剪強(qiáng)度的因素研究，提出了瀝青路面的差異改性措施，為指導(dǎo)實(shí)際工程施工提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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