不同處理技術(shù)對(duì)復(fù)合式路面界面糙化及界面強(qiáng)度的影響研究

譚淑芳 張洪剛 農(nóng)新偉

摘要：剛?cè)釓?fù)合式路面是一種長(zhǎng)壽命瀝青路面結(jié)構(gòu)，其界面處理是剛?cè)釓?fù)合式路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。文章針對(duì)機(jī)制砂混凝土表面較厚的浮漿層，通過構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)試驗(yàn)對(duì)比研究了刻槽、銑刨、拋丸三種表面糙化技術(shù)。研究結(jié)果表明：刻槽、銑刨、拋丸等技術(shù)均能大幅提升混凝土表面的構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、界面強(qiáng)度，表面糙化效果明顯，有利于保障復(fù)合式路面界面整體穩(wěn)定性及強(qiáng)度。文中提出的刻槽、銑刨、拋丸3種表面糙化技術(shù)的工藝控制參數(shù)及效果評(píng)價(jià)指標(biāo)，可為剛?cè)釓?fù)合式路面設(shè)計(jì)、施工等環(huán)節(jié)界面處理提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)合式路面;剛?cè)峤缑?處理技術(shù);構(gòu)造深度;摩擦系數(shù);界面強(qiáng)度

0 引言

復(fù)合式路面結(jié)合了水泥路面和瀝青路面的優(yōu)點(diǎn)，是一種兼具剛-柔兩種特性的路面結(jié)構(gòu)。與其他結(jié)構(gòu)形式的路面有所不同，剛?cè)釓?fù)合式路面的損壞主要集中在瀝青加鋪層的損壞，其損壞形式主要有車轍與推移、開裂與水損壞[1]。對(duì)于復(fù)合式路面出現(xiàn)的車轍和推移病害，主要的應(yīng)對(duì)技術(shù)措施是以下兩個(gè)方面：（1）采用高性能的改性瀝青作為粘結(jié)料，采用骨架密實(shí)型的級(jí)配，采用合理的攤鋪碾壓工藝，以提高瀝青混合料的高溫穩(wěn)定性、水穩(wěn)定性和強(qiáng)度;（2）加強(qiáng)剛?cè)峤缑娴牟诨幚?，提高其抗剪?qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度，使瀝青層與水泥混凝土板更好地粘結(jié)在一起，提高整體受力性能[2]。

廣西地區(qū)石灰?guī)r及水泥資源豐富，在水泥路面設(shè)計(jì)與施工技術(shù)方面有優(yōu)勢(shì)。近年來廣西一直在研究、應(yīng)用復(fù)合式路面，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、界面處理技術(shù)、加鋪層材料組成設(shè)計(jì)方面都取得了一些技術(shù)成果，但界面強(qiáng)度問題仍是復(fù)合式路面的一大難題，其中界面糙化是復(fù)合式路面層間界面問題研究的熱點(diǎn)。因此有必要針對(duì)復(fù)合式路面界面糙化問題進(jìn)行不同處理技術(shù)的對(duì)比研究，以提高復(fù)合式路面界面粘結(jié)強(qiáng)度及技術(shù)性能，延長(zhǎng)路面使用壽命。

1 界面糙化處理措施

剛?cè)釓?fù)合式路面的界面層處于瀝青層與水泥混凝土板之間，剛?cè)徇^渡部位，起到粘結(jié)瀝青層與水泥板的作用，由于水平方向的剪應(yīng)力超過界面層的抗剪強(qiáng)度，極易發(fā)生破壞，用作剛?cè)峤缑娴牟牧弦缶哂泻軓?qiáng)的粘結(jié)能力，良好的適應(yīng)變形能力、不透水性和足夠的耐久性。因此，界面處理的主要目的是消除水泥混凝土表面較厚的薄弱浮漿層，提高水泥混凝土面板表面構(gòu)造深度或粗糙度，增強(qiáng)面層瀝青混合料之間的機(jī)械咬合作用和化學(xué)吸附作用，并鋪筑抗剪切能力較高的界面粘結(jié)層材料，從而提升剛?cè)釓?fù)合式路面界面整體穩(wěn)定性及強(qiáng)度[3]。

對(duì)水泥混凝土路面界面進(jìn)行糙化處理主要分為前處理和后處理。在水泥混凝土澆筑后初凝時(shí)間內(nèi)采用表面拉毛及露石等表面處理方法為前處理;在水泥混凝土硬化成型后采用鑿毛、刻槽、銑刨、拋丸、酸洗、露石等表面糙化方法為后處理。本文主要對(duì)比研究了刻槽、銑刨、拋丸3種機(jī)械物理處治措施對(duì)界面糙化效果及界面粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

本文通過室內(nèi)外試驗(yàn)研究，結(jié)合構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)、粘結(jié)強(qiáng)度等試驗(yàn)研究了復(fù)合式路面在不同界面處理技術(shù)下的糙化效果對(duì)比，提出了相對(duì)應(yīng)的層間處理技術(shù)建議[4]。

2 依托工程

本文依托工程為廣西某高速公路復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)，面層結(jié)構(gòu)組成為：28cm水泥混凝土面層+1cm橡膠瀝青同步碎石封層（應(yīng)力吸收層）+4cm橡膠瀝青混凝土面層。水泥混凝土面層采用機(jī)制砂混凝土，表面未處理前采用混凝土碳化深度測(cè)定儀測(cè)得浮漿層厚度約為1.0～1.2mm，如表1所示。

3 不同處理技術(shù)研究

3.1 界面刻槽

刻槽是指在硬化的水泥混凝土面板表面采用刻槽機(jī)進(jìn)行鉤刻，刻槽方向與行車方向垂直，通過刻槽可以大幅提高混凝土表面的宏觀紋理和構(gòu)造深度，同時(shí)槽深內(nèi)可以有效吸附界面粘結(jié)材料（如橡膠瀝青封層），增加混凝土與上承層的層間抗推移強(qiáng)度，提高層間界面強(qiáng)度。本文研究了刻槽深度對(duì)界面糙化處理的影響，采用刻槽機(jī)對(duì)該水泥路面表面進(jìn)行了不同槽深的刻槽處理，槽距2cm，槽寬3mm，槽深1～3mm，刻槽后的表面構(gòu)造深度如下頁表2所示。由測(cè)試結(jié)果可知，刻槽可以增大水泥混凝土表面宏觀構(gòu)造和摩擦力。構(gòu)造深度與刻槽深度具有明顯的相關(guān)性，隨槽深增加而增加，刻槽深度不宜低于2.5mm[5]。該技術(shù)的施工優(yōu)點(diǎn)是對(duì)界面宏觀構(gòu)造有較大改善，施工快，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷小，施工造價(jià)低，適用于大規(guī)模的施工應(yīng)用;缺點(diǎn)是在槽距間的浮漿層并未完全除掉，槽距間界面處理效果受限。

3.2 界面銑刨

銑刨處理可按糙化程度分為：輕度銑刨、中度銑刨及重度銑刨。輕度銑刨深度為1～3mm，中度銑刨深度為3～6mm，重度銑刨為6mm以上?？紤]到水泥混凝土面板的浮漿及面板強(qiáng)度、銑刨?zèng)_擊損傷等因素，本次試驗(yàn)路采用了中度銑刨，單機(jī)銑刨工作面寬為2m，銑刨深度為5mm，銑刨速度約為10～12m/min，銑刨后的表面構(gòu)造深度和抗滑擺值如下頁表3所示。

由表3對(duì)比數(shù)據(jù)可知，銑刨后路面粗糙度大幅提高，露石十分明顯，基本清除了表面浮漿，糙化效果非常明顯，表面構(gòu)造深度和擺值增加顯著，構(gòu)造深度達(dá)到了1.53mm，擺值由53提高到68。但銑刨也存在著一些較嚴(yán)重的不利影響：（1）過度或中重度銑刨會(huì)打掉部分集料，損傷面板的強(qiáng)度;（2）銑刨后表面浮塵難以清掃，界面粉塵污染較大，影響界面粘結(jié);（3）銑刨會(huì)對(duì)面板接縫造成損傷，填縫材料被損毀，縱、橫縫邊緣處出現(xiàn)崩邊現(xiàn)象。綜合考慮，對(duì)于表層浮漿較厚的機(jī)制砂混凝土面層可采用精（中輕）銑刨，銑刨深度為1.5～3mm。

3.3 界面拋丸

拋丸是利用拋丸機(jī)把鋼珠噴射到水泥混凝土表面，利用高速運(yùn)動(dòng)的鋼珠對(duì)路面的撞擊使路表面形成粗糙面并將路面打毛，能很好地改善原路面的微觀構(gòu)造，進(jìn)而提高水泥混凝土表面和加鋪層之間的界面粘結(jié)力。拋丸既可去掉混凝土表面水泥浮漿而不破壞骨料，保證了水泥混凝土層的厚度和強(qiáng)度，又能夠在水泥混凝土表面產(chǎn)生1～3mm的不均勻粗糙面。在本文依托工程試驗(yàn)段中，分別采用了390、460、550型號(hào)的鋼珠進(jìn)行拋丸對(duì)比處理，拋丸速度采用4、5、6三個(gè)檔次進(jìn)行對(duì)比，處理效率約為350～400m2/h。拋丸前后的表面摩擦系數(shù)和構(gòu)造深度對(duì)比如表4所示。

由表4可知，經(jīng)拋丸后，摩擦系數(shù)BPN提高5～15，構(gòu)造深度提高0.05～0.1mm，混凝土表面糙化得到改善。但由于本文依托工程試驗(yàn)段機(jī)制砂水泥混凝土表面浮漿層較厚，經(jīng)一次拋丸后混凝土表面構(gòu)造深度和摩擦系數(shù)提高幅度不明顯，因此進(jìn)行了二次拋丸。經(jīng)二次拋丸后，混凝土表面摩擦系數(shù)BPN達(dá)到了70以上，構(gòu)造深度達(dá)到了0.65mm以上。

分析認(rèn)為：經(jīng)二次拋丸后，混凝土表面浮漿層被清除，露出新鮮混凝土表面，表面宏觀和細(xì)觀構(gòu)造得到改善，有助于提高層間界面粘結(jié)及抗滑能力。綜合考慮拋丸處理效率、處理效果和經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)，建議拋丸采用460型號(hào)的鋼珠，處理速度為5檔（350～400m2/h）。

4 界面強(qiáng)度比較

在本文依托工程試驗(yàn)段中，分別采用三種不同技術(shù)對(duì)水泥混凝土進(jìn)行了界面糙化處理，并在處理后界面上攤鋪1.5cm橡膠瀝青應(yīng)力吸收層+4cm橡膠瀝青面層，碾壓成型后分別進(jìn)行了界面抗剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為20℃，加荷速率為10mm/min。試驗(yàn)結(jié)果如后頁表5所示。從試驗(yàn)結(jié)果來看，由于銑刨可實(shí)現(xiàn)浮漿層完全清除，處理后界面具有最大的構(gòu)造深度、粗糙度，因此相同試驗(yàn)條件下，銑刨后的界面強(qiáng)度最大，刻槽和拋丸處理后的界面強(qiáng)度相當(dāng)。

5 結(jié)語

界面處理技術(shù)是剛?cè)釓?fù)合式路面結(jié)構(gòu)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，界面糙化處治是界面處理技術(shù)的第一步。本文通過對(duì)比研究刻槽、銑刨、拋丸共3項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及處治效果，結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用，提出如下建議：

（1）綜合考慮3種技術(shù)的工程造價(jià)、處理效果、處理效率、結(jié)構(gòu)損傷等因素，推薦優(yōu)先采用深刻槽技術(shù)，其次是拋丸、精（中輕）銑刨。

（2）刻槽技術(shù)建議：槽距2cm，槽寬3mm，刻槽深度不宜低于2.5mm。

（3）拋丸技術(shù)建議：采用中等型號(hào)（460型號(hào)）的鋼珠，處理速度為5檔（350～400m2/h）。

（4）銑刨技術(shù)建議：采用中輕度銑刨，銑刨深度為1.5～3mm。

（5）相同試驗(yàn)條件下，銑刨后界面強(qiáng)度最大，刻槽和拋丸后界面強(qiáng)度次之。

（6）界面糙化處理是提高界面粘結(jié)及抗剪切強(qiáng)度的第一步，為提高復(fù)合式路面界面整體穩(wěn)定性及強(qiáng)度，在界面糙化處理基礎(chǔ)上，應(yīng)優(yōu)選界面過渡層粘結(jié)材料，推薦采用橡膠瀝青應(yīng)力吸收層技術(shù)。

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