瀝青路面基層表面處治質(zhì)量控制指標(biāo)研究

曹曉峰， 朱金鵬

(1.廣東省交通集團(tuán)有限公司， 廣東 廣州　510623；　2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院， 陜西 西安　710064)

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瀝青路面基層表面處治質(zhì)量控制指標(biāo)研究

曹曉峰1， 朱金鵬2

(1.廣東省交通集團(tuán)有限公司， 廣東 廣州510623；2.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院， 陜西 西安710064)

[摘要]針對(duì)我國(guó)規(guī)范中對(duì)于基層表面處治技術(shù)設(shè)計(jì)的不足，通過(guò)對(duì)道路所處的環(huán)境條件和幾何特征進(jìn)行分析，確定了基于縱坡度和平曲線半徑的不同路面結(jié)構(gòu)形式層間工作狀態(tài)分級(jí)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)不同基層表面處治技術(shù)的使用效果進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)，制定了基于層間工作狀態(tài)分級(jí)的基層表面處治技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

[關(guān)鍵詞]瀝青路面； 層間； 分級(jí)； 表面處治技術(shù)； 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

0前言

瀝青路面采用分層攤鋪、分層碾壓的施工工藝，使得路面層間接觸狀態(tài)處于完全連續(xù)與完全光滑之間的半連續(xù)狀態(tài)，如果對(duì)路面層間處理不好，極易使得路面層間出現(xiàn)滑移、層間松散等層間病害，影響道路使用壽命和服務(wù)水平[1-3]。由于瀝青路面基面層間材料的物理化學(xué)性質(zhì)存在較大的差異性，基面層之間的粘結(jié)能力有限，因此基面層間較面面層間更容易成為路面結(jié)構(gòu)中的薄弱環(huán)節(jié)。

國(guó)內(nèi)目前在層間處治措施上較盲目，研究層間結(jié)合狀態(tài)較多[4-6]，瀝青路面層間粘結(jié)效果評(píng)價(jià)也主要考慮剪切試驗(yàn)[7，8]，相關(guān)規(guī)范涉及不足[9]，而實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)層間表面處治質(zhì)量控制較難操作，相應(yīng)指標(biāo)研究較少。本文通過(guò)建立力學(xué)模型，研究不同因素對(duì)路面層間力學(xué)響應(yīng)的影響，進(jìn)而確定了路面層間工作狀態(tài)的分級(jí)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，研究了不同基層表面處治技術(shù)對(duì)層間結(jié)合效果的影響，制定了瀝青路面基層表面處治技術(shù)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)，為相關(guān)規(guī)范的修訂提供技術(shù)依據(jù)。

1瀝青路面層間工作狀態(tài)分級(jí)

通過(guò)ANSYS軟件建立了各種類型路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型，分析了在超載、溫度、縱坡度、平曲線半徑以及超載、超高等各種因素作用下路面層間的力學(xué)響應(yīng)。參考國(guó)內(nèi)某高速公路瀝青路面層間狀態(tài)分級(jí)文獻(xiàn)資料[10]，通過(guò)計(jì)算確定了縱坡和平曲線半徑為影響路面層間受力的主要因素，并以這2個(gè)因素為指標(biāo)將不同類型的路面結(jié)構(gòu)層間工作狀態(tài)分為四級(jí)，見(jiàn)表1。

表1 高速公路瀝青路面層間工作狀態(tài)分級(jí)Table1 Theinterlayerworkingconditionclassificationofasphaltpavementinterlayerinfreeway分級(jí)最大剪應(yīng)力/MPa路面形式層間工作狀態(tài)縱坡/%平曲線半徑/m規(guī)范值實(shí)際值規(guī)范要求值極限值一般值最大值實(shí)際工況要求值Ⅰ0.46～0.42復(fù)合式路面/橋面≤42.5～3.540070010000≤700Ⅱ0.40～0.37復(fù)合式路面/橋面≤41.5～2.540070010000700～2000隧道路面≤51.5～3.025040010000≤1000Ⅲ0.40～0.34復(fù)合式路面/橋面≤4<1.5400700100002000～10000隧道路面≤5<1.5250400100001000～10000半剛性基層路面≤41.5～2.5400700100001000～3000 Ⅳ0.34～0.25半剛性基層路面≤4<1.5400700100003000～10000 注:在實(shí)際工程中,上表中影響工程所屬工作狀態(tài)的單項(xiàng)因素可能隸屬于不同的級(jí)別,以最不利工況為準(zhǔn)。

工程應(yīng)用中，可以簡(jiǎn)化為兩級(jí)工況，Ⅰ級(jí)工況即特殊路段，包括復(fù)合式路面，橋面和隧道路面；Ⅱ級(jí)工況即一般路段，即半剛性基層路面。

2基層表面不同處治措施效果研究

2.1半剛性基層表面處理效果研究

目前半剛性基層表面糙化處理方式主要是除漿拉毛技術(shù)。通過(guò)將水泥穩(wěn)定碎石基層頂面除漿拉毛糙化處理后，進(jìn)行不同類型的室內(nèi)試驗(yàn)，進(jìn)而分析水泥穩(wěn)定碎石基層頂面糙化處理前后的抗滑性能、粘結(jié)性能以及抗沖刷性能。

2.1.1基層頂面抗滑性能對(duì)比分析

① 構(gòu)造深度實(shí)驗(yàn)。

為比較水泥穩(wěn)定碎石基層頂面除漿拉毛糙化處理前后對(duì)抗滑性能的影響規(guī)律，采用鋪砂法對(duì)除漿拉毛糙化處理前后的試件進(jìn)行構(gòu)造深度的測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 基層構(gòu)造深度實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Table2 Theresultscontrastofbasecoursetexturedepthtest基層類型量砂圓直徑構(gòu)造深度/mm實(shí)測(cè)值平均值標(biāo)準(zhǔn)差拉毛糙化處理前2710.4341940.8472930.3722270.6191721.0772410.5460.6490.267拉毛糙化處理后1023.034953.518844.496913.8051102.643884.1293.6040.688

由表2可以得出：將水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行10 mm拉毛糙化處理后，構(gòu)造深度從原來(lái)的0.649 mm增加到3.604 mm，增大了4.6倍。經(jīng)過(guò)拉毛糙化處理之后，基層構(gòu)造深度試驗(yàn)數(shù)據(jù)更為集中，基層表面構(gòu)造更為均勻。

② 摩擦系數(shù)試驗(yàn)。

為比較水泥穩(wěn)定碎石基層頂面除漿拉毛糙化處理前后對(duì)抗滑性能的影響規(guī)律，采用擺式儀法對(duì)除漿拉毛糙化處理前后的試件進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 基層摩擦系數(shù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Table3 Theresultscontrastofbasefrictionalcoefficienttest除漿拉毛粗糙處理前除漿拉毛粗糙處理后單點(diǎn)測(cè)定值平均值標(biāo)準(zhǔn)差單點(diǎn)測(cè)定值平均值標(biāo)準(zhǔn)差5364325048765415.29678103948890928.6

分析表3的數(shù)據(jù)可以得出：將水泥穩(wěn)定碎石基層進(jìn)行拉毛糙化處理之后，基層摩擦系數(shù)由原來(lái)的54增加到92，增大了70%。標(biāo)準(zhǔn)差由原來(lái)的15.2減小到8.6，減小了43%。說(shuō)明基層表面的粗糙程度有了較大的提高，基層界面特性更加均勻。經(jīng)糙化處理后的基層，基面層間的粘結(jié)能力顯著增強(qiáng)，受力與變形趨向一致。

2.1.2基面層間剪切強(qiáng)度對(duì)比分析

為比較水泥穩(wěn)定碎石基層頂面除漿拉毛糙化處理前后對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律，對(duì)除漿拉毛糙化處理前后的試件進(jìn)行室內(nèi)剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度25℃，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

分析表4的數(shù)據(jù)可以得出，采取拉毛糙化處理后，試件平均抗剪強(qiáng)度由原來(lái)的0.190 MPa增加到0.326 MPa，增幅為72%。從表1中可知，半剛性基層基面層間的最大剪應(yīng)力在0.25 MPa以上，而糙化處理前的剪應(yīng)力僅為0.190 MPa，不足以抵抗行車荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力，因而將導(dǎo)致基面層間產(chǎn)生剪切推移破壞，而經(jīng)過(guò)糙化處理后，基面層間的剪應(yīng)力可達(dá)到0.326 MPa，可以抵抗行車荷載所產(chǎn)生的剪應(yīng)力，不會(huì)發(fā)生剪切破壞病害。

表4 水泥穩(wěn)定碎石基層面層層間粘結(jié)力(剪切)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Table4 Theresultscontrastofcohesiveforce(shearstress)betweencementstabilizedmacadambaseandpavementsurface糙化處理前糙化處理后試件編號(hào)抗剪強(qiáng)度/MPa平均值/MPa試件編號(hào)抗剪強(qiáng)度/MPa平均值/MPaA10.181A20.203A30.197A40.204A50.166A60.1900.190B10.330B20.317B30.332B40.326B50.318B60.3300.326

2.1.3基面層間拉拔強(qiáng)度對(duì)比分析

為比較水泥穩(wěn)定碎石基層頂面除漿拉毛糙化處理前后對(duì)抗拉拔強(qiáng)度的影響規(guī)律，對(duì)除漿拉毛糙化處理前后的試件進(jìn)行室內(nèi)拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度25℃，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 水泥穩(wěn)定碎石基層面層層間粘結(jié)力(拉拔)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Table5 Theresultscontrastofcohesiveforce(tensilestress)betweencementstabilizedmacadambaseandpavementsurface糙化處理前糙化處理后試件編號(hào)拉拔強(qiáng)度/MPa平均值/MPa試件編號(hào)拉拔強(qiáng)度/MPa平均值/MPaA10.454A20.506A30.437A40.480A50.402A60.5010.463B10.635B20.530B30.590B40.633B50.618B60.6360.607

分析表5可以得出：基層拉毛糙化處理后，基面層間平均拉拔強(qiáng)度由原來(lái)的0.463 MPa增加到0.607 MPa，增幅為32%?？梢?jiàn)基層拉毛糙化處理后，拉拔強(qiáng)度大大提高，層間結(jié)合能力增強(qiáng)，從而避免了基面層間早期病害的發(fā)生。

2.1.4基層頂面抗沖刷性能對(duì)比分析

為比較水泥穩(wěn)定碎石基層頂面除漿拉毛糙化處理前后對(duì)抗沖刷性能的影響規(guī)律，對(duì)除漿拉毛糙化處理前后的試件進(jìn)行抗沖刷試驗(yàn)并測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 水泥穩(wěn)定碎石基層抗沖刷試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表Table6 Theresultscontrastofcementstabilizedmacadambaseanti-scourtest基層面層結(jié)合類型90d沖刷質(zhì)量損失率/%未除漿拉毛0.20除漿拉毛0.09

分析表6數(shù)據(jù)可得出：基層經(jīng)過(guò)拉毛糙化處理之后，水泥穩(wěn)定碎石基層抵抗沖刷的性能得到了很大的提高，90 d沖刷質(zhì)量損失率由原來(lái)的0.20降低到0.09，降幅為55%。通過(guò)對(duì)基層試件觀察發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)拉毛糙化處理的試件在沖刷過(guò)程中，表面細(xì)集料損失較多，沖刷完成后粗集料部分裸露，而經(jīng)過(guò)拉毛糙化處理的試件在沖刷過(guò)程中，表面未見(jiàn)有明顯變化。這主要是因?yàn)樵诶诨幚磉^(guò)程中，基層表面的細(xì)集料已被清理，因此沖刷后質(zhì)量損失更小。

2.2剛性基層表面處理效果研究

目前水泥混凝土剛性基層板面(包括橋面、隧道路面)在瀝青面層的鋪裝中，基層板面主要有刻槽、銑刨、拋丸等處理方式。采用不同的處理方式的基層表面粗糙程度有很大的差異，從而影響基面層間的粘結(jié)強(qiáng)度。有鑒于此，選取原狀、拉毛和刻槽三種水泥混凝土基層表面，防水粘結(jié)層采用SBR改性乳化瀝青、橡膠瀝青、6%SBS改性瀝青以及環(huán)氧瀝青，通過(guò)剪切試驗(yàn)研究剛性基層表面處理方式對(duì)基面層間抗剪性能的影響，試驗(yàn)溫度為25 ℃。制作試件如圖1所示，結(jié)果如圖2所示。

圖1　三種基層表面處理后的不同界面狀況Figure 1　Three different rigid base surfaces conditions of cement concrete

圖2　不同界面特性抗下的抗剪強(qiáng)度對(duì)比圖Figure 2　The shear strength contrast of different interface characteristics

分析圖2可以看出：基層混凝土板的表面處理方式對(duì)層間抗剪強(qiáng)度具有一定的影響。隨著基層表面粗糙程度的增加，采用不同防水粘結(jié)層材料的層間抗剪強(qiáng)度都呈現(xiàn)出先增大后減小的變化。基層面板拉毛處理下的層間抗剪強(qiáng)度最大，未經(jīng)處理的原狀界面抗剪強(qiáng)度最小，刻槽處理下的抗剪強(qiáng)度居中。這是因?yàn)殡S著基層粗糙度的增加，基層骨料與面層骨料之間形成嵌擠作用，基層與面層相互咬合，顯著增大了層間的抗剪強(qiáng)度。但隨著粗糙度的持續(xù)增大，基層與面層之間的有效接觸面積會(huì)逐漸減小，層間抗剪強(qiáng)度會(huì)緩慢下降?？梢?jiàn)，經(jīng)過(guò)拉毛糙化處理后的混凝土基層表面，基面層間的結(jié)合能力有了較大程度的提高，避免了層間早期病害的發(fā)生。

3基層表面處治技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)

在系統(tǒng)歸納力學(xué)計(jì)算、室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，結(jié)合本文對(duì)基層表面糙化處治技術(shù)層間性能的研究，提出了半剛性基層和水泥混凝土剛性基層的室內(nèi)推薦指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)，可以作為半剛性基層和水泥混凝土剛性基層處治措施設(shè)計(jì)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于半剛性基層，在綜合考慮道路不同工況的實(shí)際要求和室內(nèi)層間剪切拉拔試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推薦半剛性基層表面除漿拉毛技術(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)為構(gòu)造深度，采用鋪砂法進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)定，要求構(gòu)造深度≥0.6 mm。

對(duì)于水泥混凝土剛性基層，在綜合考慮道路不同工況的實(shí)際要求和室內(nèi)層間剪切拉拔試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，推薦水泥混凝土剛性基層表面不同糙化處治技術(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)為糙化深度和構(gòu)造深度，分別采用3 m直尺與鋪砂法進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)定，如表7所示。

表7 水泥混凝土剛性基層表面糙化處治分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table7 Theclassificationstandardofrougheningtreat-mentoncementconcreterigidbasesurface工況級(jí)別表面處理方式糙化深度/mm構(gòu)造深度/mmⅠ級(jí)拋丸,淺層銑刨3～4≥0.80Ⅱ級(jí)銑刨4～6≥0.70射流打毛3～6≥0.60Ⅲ級(jí)強(qiáng)力清掃,鋼刷劃毛2～3≥0.50

4結(jié)論

本文通過(guò)建立力學(xué)模型，分析了不同工況下的層間剪應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而通過(guò)大量室內(nèi)試驗(yàn)，分析

了基層表面不同處治措施下的層間粘結(jié)性能的變化情況，建立了瀝青路面基層表面處治技術(shù)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)，主要結(jié)論如下：

① 以縱坡度和平曲線半徑為主要影響因素，層間剪應(yīng)力為主要指標(biāo)，將半剛性基層路面、復(fù)合式路面/橋面、隧道路面進(jìn)行了層間工作狀態(tài)分級(jí)，并在實(shí)際工程中簡(jiǎn)化為特殊路段與一般路段兩級(jí)。

② 半剛性基層頂面除漿拉毛處理后，其抗滑性能、抗剪切性能、抗拉拔性能以及抗沖刷性能均有提高。隨著混凝土剛性基層表面粗糙度的增大，層間剪切強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)?；鶎用姘謇幚淼膶娱g抗剪強(qiáng)度最大，未經(jīng)處理的原狀界面抗剪強(qiáng)度最小，刻槽處理的抗剪強(qiáng)度居中?；鶎颖砻胬幚磉^(guò)的抗剪強(qiáng)度比未經(jīng)任何處理的原狀表面提高了38%。

③ 推薦半剛性基層表面除漿拉毛技術(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)為構(gòu)造深度，采用鋪砂法進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)定，要求構(gòu)造深度≥0.6 mm。推薦水泥混凝土剛性基層表面糙化處治技術(shù)的設(shè)計(jì)指標(biāo)為糙化深度和構(gòu)造深度，制定了三個(gè)等級(jí)工況相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，分別采用3 m直尺與鋪砂法進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)定。

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Study on Base Surface Treatment Quality Control Indexes of Asphalt Pavement

CAO Xiaofeng1， ZHU Jinpeng2

(1.Guangdong Traffic Group Co.， LTD， Guangzhou， Guangdong 510623， China；2.Chang’an University， School of Highway， Xi’an， Shanxi 710064， China)

[Abstract]In view of the shortage of design standard on base surface treatment technology in our country，the work status of interlayer with different road geometric characteristics were calculated and analyzed.The classification index and the standard of different pavement structure were made，which were based on the longitudinal gradient and plane curve radius.The laboratory tests of different base surface treatment technology application effects was evaluated.On the basis of calculated work status，the design standard of the base surface treatment technology was put forward.

[Key words]asphalt pavement； interlayer； classification of work status； surface treatment technology； design standard

[收稿日期]2014-02-20

[基金項(xiàng)目]國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51508204)；廣東省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目(科技-2015-02-010，科技-2013-02-077)；教育部留學(xué)回國(guó)人員科研啟動(dòng)基金資助項(xiàng)目(第49批)

[作者簡(jiǎn)介]曹曉峰(1965-)，男，浙江蘭溪人，碩士，高級(jí)工程師，從事公路工程建設(shè)與管理工作。

[中圖分類號(hào)]U 415.12

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]

[文章編號(hào)]1674-0610(2014)03-0147-04