高速公路改擴(kuò)建工程瀝青面層拼接界面技術(shù)措施研究和應(yīng)用

金光來(lái)，馮雯雯

(江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 211806)

1 概述

高速公路改擴(kuò)建工程中路面的拼接技術(shù)直接關(guān)系到擴(kuò)建工程中路面的使用壽命[1]，尤其是對(duì)界面拼接材料的選擇。但是目前常用的溶劑型、乳化型層間黏結(jié)材料存在黏結(jié)性能差、成型速度慢、初期強(qiáng)度低，以及耐久性較差等諸多問(wèn)題，導(dǎo)致擴(kuò)建道路的路用性能較差[2]。因此，有必要研發(fā)新型的瀝青面層拼接黏結(jié)材料來(lái)提高改擴(kuò)建路面的質(zhì)量。

不均勻的車(chē)流量會(huì)使新舊路面接縫處形成剪應(yīng)力，導(dǎo)致路面拼接部位存在嚴(yán)重的質(zhì)量問(wèn)題[3-4]，眾多學(xué)者針對(duì)提高改擴(kuò)建道路拼接處的處治措施進(jìn)行了大量的研究。何通海[5]對(duì)采用土工格柵與土工合成材料作為新舊路面銜接處的局部補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了研究；柯文豪等[6]采用有限元方法對(duì)路面層搭接前后的受力狀態(tài)進(jìn)行了分析研究。近年來(lái)，隨著水化技術(shù)的快速發(fā)展，環(huán)氧樹(shù)脂的相容性和適應(yīng)性也得到了極大的提高，拓寬了環(huán)氧樹(shù)脂在道路工程中的應(yīng)用范圍[7-8]。周啟偉等[9]通過(guò)車(chē)轍試驗(yàn)對(duì)水性環(huán)氧乳化瀝青微表處的高溫性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明混合料的動(dòng)穩(wěn)定度得到明顯地提高。曾德亮[10]采用水性環(huán)氧乳化瀝青進(jìn)行霧封層施工，結(jié)果表明路面的抗?jié)B性能得到顯著的提升。張慶等[11]研究了環(huán)氧摻量對(duì)乳化瀝青黏結(jié)性能與其混合料路用性能的影響，結(jié)果表明環(huán)氧樹(shù)脂可明顯提高乳化瀝青的黏度，并能有效地改善混合料的水穩(wěn)性能。但目前水性環(huán)氧樹(shù)脂改性的瀝青界面黏結(jié)材料在高速公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用還相對(duì)不夠成熟，尚且缺乏可靠的理論依據(jù)和施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等。

本研究首先基于理論分析方法，設(shè)置3種工況來(lái)模擬實(shí)際使用過(guò)程中路面服役狀態(tài)，進(jìn)而明確新老路瀝青面層界面拼接的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；其次，分別制備了不同礦粉摻量下的水性環(huán)氧瀝青與乳化瀝青膠結(jié)料，以及不同增強(qiáng)劑摻量下的水性環(huán)氧瀝青黏結(jié)材料，通過(guò)拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)和劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)確定了黏結(jié)性能最佳的層間黏結(jié)材料與其摻配比例，并以江廣高速公路改擴(kuò)建工程為依托進(jìn)行試驗(yàn)段的應(yīng)用，通過(guò)芯樣凍融劈裂試驗(yàn)對(duì)層間黏結(jié)材料的水穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究。以期為改擴(kuò)建工程瀝青面層拼接界面黏結(jié)材料的研發(fā)，以及現(xiàn)場(chǎng)施工應(yīng)用提供參考依據(jù)和理論指導(dǎo)。

2 瀝青面層拼接關(guān)鍵位置受力分析

本文首先基于理論分析方法，通過(guò)建立力學(xué)模型，分析改擴(kuò)建工程新老路拼接界面的力學(xué)特性，明確薄弱受力位置與其影響范圍，從而為瀝青面層拼接技術(shù)制定提供指導(dǎo)。

2.1 模型參數(shù)確定

2.1.1新老路結(jié)構(gòu)拼接方案的確定

本節(jié)以某條高速改擴(kuò)建所采用的拼接結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行分析，如圖1所示，其具體拼接結(jié)構(gòu)方案為：①采用4 cm改性SMA-13材料進(jìn)行統(tǒng)一罩面；②面層拼接臺(tái)階：面層第一層臺(tái)階為第二車(chē)道與第三車(chē)分界線往內(nèi)20 cm處銑刨至老路面層頂部，高度為12～14.5 cm，第二層臺(tái)階寬20 cm，高度為10 cm，臺(tái)階沿著第二車(chē)道與第三車(chē)分界線部位；③基層拼接臺(tái)階：基層第一層臺(tái)階開(kāi)挖至面層底，臺(tái)階寬25 cm；第二層臺(tái)階開(kāi)挖至基層中部，厚19 cm，寬25 cm；最后直接開(kāi)挖至底基層底，厚39 cm。

圖1 新老路拼接示意圖

2.1.2結(jié)構(gòu)材料參數(shù)的確定

新老路拼接結(jié)構(gòu)層材料參數(shù)如表1所示。

2.1.3路面結(jié)構(gòu)模型的建立

路面結(jié)構(gòu)為二維模型，整體模型尺寸為15 m×6 m，即4個(gè)車(chē)道的水平距離，分別建立3個(gè)part，分別對(duì)應(yīng)于統(tǒng)一罩面層(part 1)，老路結(jié)構(gòu)(part 2)和新路結(jié)構(gòu)(part 3)。所有材料均設(shè)定為彈性材料，結(jié)構(gòu)層間為完全連續(xù)接觸，不同part接觸面設(shè)置“Tie”接觸模式，整個(gè)模型的橫向和縱向可以沿法向自由轉(zhuǎn)動(dòng)但是無(wú)法向位移，底面無(wú)三向位移不可轉(zhuǎn)動(dòng)，網(wǎng)格劃分時(shí)采用CPE8R單元。汽車(chē)荷載采用單軸雙圓均布荷載，標(biāo)準(zhǔn)軸載為BZZ-100，加載長(zhǎng)度為0.213 m，因此在條件下，荷載設(shè)置為常規(guī)荷載0.7 MPa，輪隙間距為1.5δ，荷載中心間距3δ。其模型如圖2所示。

表1 路面結(jié)構(gòu)參數(shù)匯總Table 1 Summary of pavement structure parameters舊路面新路面結(jié)構(gòu)層厚度/cm模量/MPa結(jié)構(gòu)層厚度/cm模量/MPa統(tǒng)一罩面層SMA-1349 278統(tǒng)一罩面層SMA-13 49 278原始罩面層511 500中面層 610 500上面層511 500聯(lián)結(jié)層上 610 500中面層511 500聯(lián)結(jié)層下1011 250下面層711 500基層3810 000基層3811 500底基層203 000底基層208 500土基—80土基—80

圖2 有限元模型

2.2 不同工況拼接力學(xué)特性分析

2.2.1工況設(shè)置

設(shè)定3種不同的工況條件，用于表征路面結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用過(guò)程中服役狀態(tài)。

a.工況1。

該工況為理想狀態(tài)，即新舊路面結(jié)構(gòu)均質(zhì)連續(xù)，不存在新路路基差異性沉降和新舊路面材料性能一致，此時(shí)臺(tái)階部位受力最小，作為基準(zhǔn)對(duì)比條件。

b.工況2：擴(kuò)建新路面模量低于舊路面模量。

考慮實(shí)際使用中擴(kuò)建新路面與老路模量不一致的情況，由于老路經(jīng)過(guò)多年的服役，路面材料壓實(shí)致密，導(dǎo)致模量較高，因此新建路面材料本身模量要低于舊路面。

c.工況3：考慮新舊路基沉降差異，新路基沉降2 cm。

新建路基與老路路基存在差異性沉降，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，規(guī)定“路基拼接時(shí)，應(yīng)控制新老路基之間的差異性沉降，既有路基與拓寬路基的路拱橫坡度的工后增加值不應(yīng)小于0.5%”，經(jīng)過(guò)計(jì)算，在路拱橫坡度增加0.5%的情況下，路面中樁高程與邊樁高程差為9 cm，進(jìn)一步計(jì)算出老路路基中心和新路路基中心差異沉降為4.5 cm，因此考慮假設(shè)新舊路基差異為2 cm。

2.2.2結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)模擬分析，得到新舊路面拼接部位的拉應(yīng)力變化情況，見(jiàn)圖3。不同工況條件下路面拼接部位最大拉應(yīng)力見(jiàn)表2。

圖3 應(yīng)力云圖

表2 不同工況條件下路面拼接部位最大拉應(yīng)力Table 2 Maximum tensile stress of pavement splicing part under different working conditionsMPa工況面層上部臺(tái)階面層下部臺(tái)階工況10.444 00.278 0工況20.451 00.268 5工況30.747 2 0.538 3

從不同工況的拼接部位最大拉應(yīng)力分析可知，與工況1相比，工況2面層拼接臺(tái)階的拉應(yīng)力基本相當(dāng)，而工況3(新舊路基差異沉降2 cm)的拉應(yīng)力則明顯增大，面層上部臺(tái)階拼接部位的最大拉應(yīng)力增長(zhǎng)68.3%，面層下部臺(tái)階拼接部位最大拉應(yīng)力增長(zhǎng)93.6%。

2.3 瀝青面層界面拼接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合理論模擬分析結(jié)果，初步提出瀝青面層界面拼接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即面層拼接抗拉強(qiáng)度的初步指標(biāo)≥0.75 MPa。

3 瀝青面層界面拼接材料設(shè)計(jì)

3.1 原材料

3.1.1水性環(huán)氧瀝青

水性環(huán)氧樹(shù)脂改性乳化瀝青外觀為黑色或褐色均勻液體，無(wú)明顯顆粒，主要技術(shù)性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

3.1.2乳化瀝青

乳化瀝青選用陽(yáng)離子型慢裂慢凝乳化瀝青，主要的技術(shù)性能指標(biāo)如表4所示。

3.1.3增強(qiáng)劑

選用由印度尼西亞BAI公司生產(chǎn)的灰分含量為75%的高灰分巖瀝青粉末作為增強(qiáng)劑，其主要技術(shù)性能指標(biāo)如表5所示。

3.1.4礦粉

本研究選用石灰?guī)r礦粉作為界面黏結(jié)材料的填料，其主要性能指標(biāo)如表6所示。

表3 水性環(huán)氧瀝青的主要技術(shù)性能指標(biāo)Table 3 Performance indicators of splicing materials項(xiàng)目蒸發(fā)殘留物含量/%黏度(C40 ℃,4 mm)/spH(10%水溶液)復(fù)合件剪切強(qiáng)度/MPa復(fù)合件拉拔強(qiáng)度/MPa附著力拉拔強(qiáng)度/MPa25 ℃40 ℃25 ℃40 ℃25 ℃40 ℃測(cè)試結(jié)果483690.850.630.670.522.041.08技術(shù)要求≥435～507～11≥0.50≥0.35≥0.40≥0.30≥1.20≥0.70

表4 乳化瀝青的主要技術(shù)性能指標(biāo)Table 4 Main technical performance indexes of waterborne epoxy asphalt瀝青類(lèi)型固含量/%針入度(100 g,25 ℃,5 s)/0.1 mm黏度(60 ℃)/(Pa·s)延度(5℃)/%溶解度/%穩(wěn)定度/%陽(yáng)離子(+)59.672.31 20043.598.30.46技術(shù)要求≥5380～130≥500≥30≥97.5≤1

表5 BRA主要技術(shù)性能指標(biāo)Table 5 Main technical performance indicators of BRA試驗(yàn)項(xiàng)目瀝青含量/%密度/(g·cm-3)加熱損失/%含水率/%三氯乙烯溶解度/%試驗(yàn)結(jié)果261.790.750.6423.4印尼國(guó)家規(guī)范要求≥181.7～1.9≤2≤2≥18

3.2 界面黏結(jié)材料組成設(shè)計(jì)

3.2.1界面黏結(jié)材料組成設(shè)計(jì)方案

本研究采用水性環(huán)氧瀝青+礦粉，水性環(huán)氧瀝青+增強(qiáng)劑，乳化瀝青+礦粉這3種類(lèi)型分別進(jìn)行界面黏結(jié)材料組成設(shè)計(jì)，并開(kāi)展相關(guān)材料黏結(jié)性能研究，與傳統(tǒng)乳化瀝青效果進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)選出最佳界面黏結(jié)性能材料，具體的界面黏結(jié)材料組成設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表7。

表6 礦粉性能指標(biāo)Table 6 Performance indicators of mineral powder礦粉表觀密度/(g·cm-3)累積篩孔通過(guò)率/%<0.6 mm<0.15 mm<0.075 mm石灰?guī)r礦粉2.73610098.280.3

表7 界面黏結(jié)材料組成設(shè)計(jì)方案Table 7 Design plan of interface bonding material composition試驗(yàn)方案1試驗(yàn)方案2試驗(yàn)方案3水性環(huán)氧瀝青∶礦粉=1∶1.5水性環(huán)氧瀝青∶增強(qiáng)劑=6∶1乳化瀝青∶礦粉=1.4∶1水性環(huán)氧瀝青∶礦粉=1∶1.75水性環(huán)氧瀝青∶增強(qiáng)劑=8∶1乳化瀝青∶礦粉=1.5∶1水性環(huán)氧瀝青∶礦粉=1∶2水性環(huán)氧瀝青∶增強(qiáng)劑=10∶1乳化瀝青∶礦粉=1.6∶1純水性環(huán)氧瀝青水性環(huán)氧瀝青∶增強(qiáng)劑=15∶1純?nèi)榛癁r青純水性環(huán)氧瀝青—純水性環(huán)氧瀝青—

3.2.2試驗(yàn)方法

a.拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)。

本研究首先采用輪碾法成型車(chē)轍板，待成型后脫模，將車(chē)轍板切割成尺寸為15 cm×30 cm×3 cm的4塊，其次將所得的1/4塊車(chē)轍板于室外晾干，并將表面灰塵清掃干凈，隨后采用毛刷沿切割面涂刷一層不同黏結(jié)材料，保證每次涂刷厚度大致相同，待表面干燥之后，把拉拔頭用環(huán)氧樹(shù)脂沾牢，將試件置于室溫條件下放置6 h，保證環(huán)氧樹(shù)脂固化后使得拉拔頭黏結(jié)牢固，最后采用附著力拉拔儀進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為常溫(25±1)℃，試件為干態(tài)，拉拔速率控制在0.02 MPa/s。拉拔試驗(yàn)與試驗(yàn)裝置如圖4所示。

(a)涂刷拼縫材料

b.間接拉伸(劈裂)試驗(yàn)。

本研究首先采用輪碾法成型尺寸為30 cm×30 cm×6 cm的車(chē)轍板，將其切割成兩半，晾干備用，其次在切割側(cè)面涂刷不同的黏結(jié)材料，放置于60 ℃烘箱內(nèi)烘1 h，然后依據(jù)AC20級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)成型另一半車(chē)轍板進(jìn)行拼接，成型新板時(shí)碾壓平行于縱縫進(jìn)行，溫度不低于150 ℃，初壓溫度不低于145 ℃，碾壓終了溫度不低于100 ℃，拼接過(guò)程中為防止集料離析，需在裝料過(guò)程中注意將粗集料置于中間，待成型24 h后脫模，于跨縫處鉆取直徑為100 mm的芯樣，最后將芯樣置于室內(nèi)晾干，采用馬歇爾穩(wěn)定度儀進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。

3.3 結(jié)果與分析

3.3.1拉拔強(qiáng)度分析

水性環(huán)氧瀝青與不同摻量礦粉制備的水性環(huán)氧瀝青膠結(jié)料的拉拔試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，對(duì)于水性環(huán)氧瀝青膠結(jié)料，隨著礦粉摻量的增加，膠結(jié)料的拉拔強(qiáng)度基本呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)。當(dāng)水性環(huán)氧瀝青與礦粉的摻比為1∶2時(shí)，其拉拔強(qiáng)度與純水性環(huán)氧瀝青的拉拔強(qiáng)度相當(dāng)，但隨著礦粉摻量的降低，拉拔強(qiáng)度增大，這是因?yàn)榈V粉摻量過(guò)大，使得水性環(huán)氧瀝青膠結(jié)料的稠度增大，涂刷量增加，導(dǎo)致混合料中真正發(fā)揮黏結(jié)作用的水性環(huán)氧瀝青含量降低，黏結(jié)性能變差。

圖5 不同摻量礦粉的水性環(huán)氧瀝青膠結(jié)料的拉拔強(qiáng)度

摻入不同摻量增強(qiáng)劑制備的水性環(huán)氧瀝青界面黏結(jié)材料的拉拔試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。由圖6可以看出，隨著增強(qiáng)劑摻量的增加，界面黏結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)，且當(dāng)水性環(huán)氧瀝青與增強(qiáng)劑的摻比為8∶1時(shí)，黏結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度最大，其強(qiáng)度為純水性環(huán)氧瀝青的1.9倍。這是由于增強(qiáng)劑的密度較小，為粉末狀，摻量較高時(shí)，水性環(huán)氧瀝青稠度較大，導(dǎo)致涂刷黏結(jié)材料中粉末含量增大，界面存在空隙較多，因此強(qiáng)度降低，但仍明顯高于純水性環(huán)氧瀝青，這表明增強(qiáng)劑的摻入使得水性環(huán)氧瀝青的黏結(jié)性能得到顯著的提高。

圖6 不同摻量增強(qiáng)劑的水性環(huán)氧瀝青的拉拔強(qiáng)度

摻入不同摻量礦粉制備的乳化瀝青膠結(jié)料的拉拔試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出，隨著礦粉摻量的增加，乳化瀝青膠結(jié)料的拉拔強(qiáng)度呈現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢(shì)，且當(dāng)乳化瀝青與礦粉摻比為1.4∶1時(shí)，其拉拔強(qiáng)度最大。這是由于礦粉摻量增加，膠結(jié)料的黏稠增大，膠結(jié)料中發(fā)揮黏結(jié)作用的乳化瀝青的成分減少，導(dǎo)致拉拔強(qiáng)度下降，但依舊高于純?nèi)榛癁r青的強(qiáng)度，且添加礦粉的乳化瀝青膠結(jié)料的涂刷量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純?nèi)榛癁r青的涂刷量；故此摻入礦粉的乳化瀝青膠結(jié)料具有較好的抗拉拔性能。但與純水性環(huán)氧瀝青相比，乳化瀝青膠結(jié)料的拉拔強(qiáng)度較低，因此不建議將其作為界面黏結(jié)材料進(jìn)行使用。

圖7 乳化瀝青與礦粉不同比例混合的拉拔強(qiáng)度

上述幾組拉拔強(qiáng)度較好的界面黏結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見(jiàn)圖8。從圖8中可以看出，界面黏結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度為：水性環(huán)氧瀝青+增強(qiáng)劑>水性環(huán)氧瀝青+礦粉>純水性環(huán)氧瀝青>純?nèi)榛癁r青，可知增強(qiáng)劑能夠明顯改善水性環(huán)氧瀝青的黏結(jié)性能。這是因?yàn)樵鰪?qiáng)劑是一種粉末狀的有機(jī)烴類(lèi)化合物，具有良好的塑性和黏附性，同時(shí)能與水性環(huán)氧瀝青當(dāng)中的樹(shù)脂分子發(fā)生接枝反應(yīng)，形成帶有支鏈的樹(shù)脂分子結(jié)構(gòu)，在其固化劑的作用下可以越過(guò)瀝青分子的阻礙，從瀝青分子中穿插而過(guò)，進(jìn)而發(fā)生相互交聯(lián)，成為一個(gè)整體。這種整體結(jié)構(gòu)在抵抗外力破壞時(shí)顯然比起單純的水性環(huán)氧瀝青結(jié)構(gòu)都要強(qiáng)得多。水性環(huán)氧瀝青與增強(qiáng)劑通過(guò)化學(xué)、物理交聯(lián)而構(gòu)成的立體空間網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，大幅度提高材料的強(qiáng)度、黏結(jié)性和耐久性。因此根據(jù)拉拔試驗(yàn)結(jié)果，初步認(rèn)為水性環(huán)氧瀝青+增強(qiáng)劑的效果最佳。

圖8 不同黏結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度

3.3.2間接拉伸(劈裂)強(qiáng)度分析

根據(jù)拉拔試驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)選幾組拉拔強(qiáng)度較好的黏結(jié)材料進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，分別為水性環(huán)氧瀝青+礦粉、水性環(huán)氧瀝青+增強(qiáng)劑。將純水性環(huán)氧瀝青和純?nèi)榛癁r青黏結(jié)材料進(jìn)行劈裂強(qiáng)度對(duì)比，在成型好的車(chē)轍板之間鉆芯，作為正常試件，考察不同黏結(jié)材料拼接試件的劈裂強(qiáng)能達(dá)到正常試件的百分比數(shù)據(jù)，取最大值作為優(yōu)選材料，試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果如表8所示。

表8 不同界面黏結(jié)材料的劈裂強(qiáng)度Table 8 Splitting strength of different interface bonding ma-terials黏結(jié)材料劈裂強(qiáng)度/MPa試驗(yàn)1試驗(yàn)2平均值正常試件1.871.911.89純?nèi)榛癁r青0.550.390.47純水性環(huán)氧瀝青0.570.590.58水性環(huán)氧瀝青∶礦粉=1∶1.750.660.620.64水性環(huán)氧瀝青∶增強(qiáng)劑=8∶10.900.830.87水性環(huán)氧瀝青∶增強(qiáng)劑=10∶11.031.281.15水性環(huán)氧瀝青∶增強(qiáng)劑=15∶11.070.900.98 注: 正常試件是指成型相同車(chē)轍板之后,不切割,直接鉆取芯樣,不做任何處理。

不同黏結(jié)材料的劈裂強(qiáng)度對(duì)比結(jié)果如圖9所示。由圖9分析可知，劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果相一致，所有水性環(huán)氧瀝青的劈裂強(qiáng)度均高于乳化瀝青，因此不推薦選用乳化瀝青作為黏結(jié)材料。水性環(huán)氧瀝青中摻加礦粉可改善純水性環(huán)氧瀝青的黏結(jié)強(qiáng)度，水性環(huán)氧瀝青與礦粉摻比為1∶1.75時(shí)，劈裂強(qiáng)度為純水性環(huán)氧瀝青的1.1倍，但強(qiáng)度卻只有正常試件的1/3。

圖9 不同黏結(jié)材料的劈裂強(qiáng)度

對(duì)于摻加增強(qiáng)劑的水性環(huán)氧瀝青，其劈裂強(qiáng)度明顯高于摻礦粉的，隨著增強(qiáng)劑摻量的增大，劈裂強(qiáng)度呈先增大后減小的變化趨勢(shì).當(dāng)水性環(huán)氧瀝青與增強(qiáng)劑的摻比為10∶1時(shí)，對(duì)應(yīng)的劈裂強(qiáng)度最大，其值較水性環(huán)氧瀝青∶礦粉=1∶1.75的提高80%左右，較純水性環(huán)氧瀝青提高100%，較乳化瀝青提高145%，達(dá)到正常試件強(qiáng)度的61%，可見(jiàn)增強(qiáng)劑能夠明顯提高水性環(huán)氧瀝青的黏結(jié)性能，并且滿足本研究提出的“抗拉強(qiáng)度≥0.75 MPa”的要求。因此，本研究推薦采用增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青作拼接界面黏結(jié)材料，以提高黏結(jié)強(qiáng)度，改善拼接效果。

4 工程應(yīng)用與效果分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青作為瀝青面層黏結(jié)材料的技術(shù)可行性，2016年于江廣改擴(kuò)建工程LM-1標(biāo)右幅K992+000附近將其予以應(yīng)用，應(yīng)用部位為下面層臺(tái)階豎向界面處，試驗(yàn)段總長(zhǎng)110 m左右。

4.1 施工工藝

采用人工涂刷的方式，用毛刷將混合均勻的界面黏結(jié)材料涂刷在舊路面層的側(cè)面，要求涂刷均勻，涂刷用量為2.5～3 kg/m2。施工現(xiàn)場(chǎng)如圖10所示。

圖10 現(xiàn)場(chǎng)施工

4.2 使用效果分析

在新舊瀝青面層接縫處取芯，常規(guī)界面涂刷乳化瀝青(用量為0.4～0.6 kg/m2)的位置也取芯(見(jiàn)圖11)。觀察界面黏結(jié)情況，并對(duì)芯樣進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，評(píng)價(jià)界面劑的黏結(jié)效果。將試驗(yàn)路鉆取的芯樣編號(hào)整理后，切割成統(tǒng)一的高度6.35 cm，在試驗(yàn)溫度15 ℃，加載速率50 mm/min的條件下進(jìn)行劈裂試驗(yàn)，其中跨縫處芯樣劈裂試驗(yàn)時(shí)施加的力的方向平行于拼縫，試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

圖11 現(xiàn)場(chǎng)取芯

表9 現(xiàn)場(chǎng)跨縫處芯樣劈裂試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Results of the core sample splitting test at the cross seam in the field編號(hào)增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青乳化瀝青試件高度/cm劈裂值/MPa試件高度/cm劈裂值/MPa163.80.774 463.90.157 4264.10.747 263.70.187 8363.60.737 863.70.247 2均值63.80.753 163.80.197 5

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用常規(guī)乳化瀝青的界面芯樣劈裂強(qiáng)度為在0.20 MPa左右，而采用增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青涂刷的界面芯樣室內(nèi)劈裂強(qiáng)度則為0.75 MPa，是常規(guī)乳化瀝青的3.75倍，可見(jiàn)該增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青界面劑具有優(yōu)異的抗拉性能。

5 結(jié)論

a.明確新老路瀝青面層界面拼接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為“抗拉強(qiáng)度≥0.75 MPa”。

b.與傳統(tǒng)的乳化瀝青相比，水性環(huán)氧瀝青、添加礦粉的水性環(huán)氧瀝青與乳化瀝青膠結(jié)料和添加增強(qiáng)劑的乳化瀝青的黏結(jié)性能均有所提高，且增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青的黏結(jié)性能提升最為明顯。

c.當(dāng)水性環(huán)氧瀝青與增強(qiáng)劑的摻比為10∶1時(shí)，界面黏結(jié)材料的黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到最大，其劈裂強(qiáng)度較添加礦粉的水性環(huán)氧瀝青提高80%，較純水性環(huán)氧瀝青提高100%，較乳化瀝青提高145%，并推薦以增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青作為新老瀝青面層拼接處的界面黏結(jié)材料。

d.通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)段芯樣凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，采用增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青作為高速公路改擴(kuò)建瀝青面層拼接界面黏結(jié)材料，其抗拉效果是常規(guī)乳化瀝青的3.75倍，表明該增強(qiáng)型水性環(huán)氧瀝青界面劑具有優(yōu)異的抗拉性能。