探究瀝青層與水泥混凝土的層間加固方法

孫建國，陳玉潔，王秋云

(重慶交通職業(yè)學院，重慶 江津 402247)

1 研究背景及問題分析

復合式瀝青路面在舊水泥道路改造時俗稱“白改黑”路面，由于歷史因素，我國大量的舊水泥混凝土路面大修改造采用經(jīng)濟可行、環(huán)保方便的“白改黑”養(yǎng)護工藝來解決。目前,復合道面“白改黑”施工養(yǎng)護工藝得到了大量應用。諸如廣場、機場、廠區(qū)、校區(qū)等路面大量采用這種復合道面。但我國復合道面的設計通常是通過加鋪瀝青層，且針對復合道面的設計規(guī)范都是假定道路各層間是連續(xù)的前提條件下進行，而實踐過程中，瀝青加鋪層與水泥路面層間往往是不連續(xù)的，因此使得路面性能與設計預估存在較大偏差。從力學上分析水泥路面上加鋪瀝青層使得層間剪應力和表層應力增加，當面層受較大水平荷載時，由于層間粘結力較小，易出現(xiàn)疲勞裂縫，形成剪切性破壞，同時較小層間剪應力和板底彎拉應力易導致加鋪層設計厚度偏小，使得復合道面更容易出現(xiàn)損壞；且瀝青面層剝離等病害也與層間粘結性能不佳有關，當復合式路面的層間粘結強度較弱時，常常出現(xiàn)推移、擁包等病害；尤其在長大縱坡或交叉路口及廠區(qū)、校區(qū)路段，由于車輛頻繁制動啟動，復合路面結構所承受的剪應力較大，層間抗剪強度不足，引起的路面病害也相應增多。因此，合理的選擇層間粘接劑，有效提高加鋪瀝青層的抗剪、抗裂等方面的使用性能，是解決此問題的關鍵。國內前輩馬強曾針對“白改黑”路面結構，通過對比不同復合試件層材料環(huán)氧改性乳化瀝青、SBS改性乳化瀝青和普通瀝青，得出環(huán)氧改性乳化瀝青的層間抗剪性能最好，本項目正就此基礎進行研究。

2 層間粘結劑的性能研究

本項目以水性環(huán)氧樹脂作為基礎粘結劑，通過選擇合適的瀝青、乳化及改性劑，采用滲透錨固的方法將層間粘接劑(環(huán)氧改性乳化瀝青類)固化在底層混凝土上；同時選擇性能可控的穩(wěn)定劑，使粘結劑在高溫攤鋪瀝青時(100 ℃～130 ℃)可以充分固結，起到加固無機層和有機層的層間連續(xù)性的效果。因此，本研究以互溶固化的方法將固定好的粘接劑與上層瀝青路面緊密結合，使粘接層能夠起到牢固的承上固下的作用，以增強水泥混凝土基層和瀝青路面有機層間的整體連續(xù)性，從而避免層間剝離、面層推移的問題。

本研究優(yōu)選了幾種瀝青、a、b、c三種乳化劑進行配對實驗，并以某種乳膠進行改性，經(jīng)試驗，選取市面上某大品牌瀝青，分別在40%水與60%瀝青、45%水與55%瀝青、50%水與50%瀝青組合下加入上述三種a、b、c三種乳化劑，a、c兩種效果較為良好，其中a效果較穩(wěn)定。在參入一定量的消泡劑、穩(wěn)定劑后與某種水性環(huán)氧樹脂溶液進行比例調配，優(yōu)選最佳配比。檢測項目包括材料固化時間：初凝1 mm厚為16 h左右，2 mm為24 h左右；完全固化時間1 mm厚為24 h左右，2 mm為32 h左右；高溫150 ℃下1 mm厚固化時間為20 min左右，2 mm為30 min左右；粘結性能檢測：a:常溫下拉拔試驗(1 mm厚25 h檢測為700～1 100 N之間)、抗剪試驗(1 mm厚25 h檢測為10～14 KN之間)；b:耐高溫(150 ℃)性能檢測:拉拔試驗(1 mm厚檢測為1 200 N左右)、抗剪試驗(1 mm厚檢測為15 KN左右)。同時發(fā)現(xiàn)實驗結果受環(huán)境溫度有一定影響，本地區(qū)溫度范圍在10 ℃～38 ℃之間，當氣溫較高時，乳化、破乳、穩(wěn)定性性等效果比氣溫較低時好。

3 層間粘結劑的性能結果對比分析

以上實驗結果與不加環(huán)氧樹脂的普通改性乳化瀝青對比粘結性能，提高40%～70%以上；與某一“白改黑”工地施工中所用粘層油取樣實驗結果對比，提高了110%左右。實驗表明環(huán)氧瀝青粘結層材料具有優(yōu)良的力學性能，可以改善水泥混凝土面板與瀝青混合料之間的粘結，有效抵抗道路交通的影響，提高加鋪質量。同時層間接觸質量對復合式路面結構的彎沉影響很大，連續(xù)的層間粘結狀態(tài)對減小路面彎沉也起著重要作用。為了提高加鋪層的使用壽命，在設計和施工中應確保舊水泥混凝土路面板與地基之間的層間粘結條件。研究表明，系統(tǒng)的控制瀝青、乳化劑、改性劑、水性環(huán)氧樹脂等材料的選擇及配比等參數(shù)，可有效改良和提高“白改黑”路面面層的結合狀態(tài)和力學響應狀態(tài)，并且對進一步指導瀝青混凝土加鋪層施工有很大實踐應用意義。但本研究也中對粘結性能檢測只采用了拉拔試驗和抗剪試驗，稍顯不周，后續(xù)還需要進一步在實踐應用中多方面進行分析。