排水性沥青路面粘层材料性能的试验研究
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摘要：主要介绍对排水性沥青路面粘层材料的试验研究，其中包括粘层的功能、材料的选择；对粘层材料基本性能的测试及使用性能的试验研究，粘层层位的力学分析等。得出了相关的结论，可供排水性沥青路面实际工程以及今后的进一步研究参考。
关键词：排水性沥青路面；粘层材料；剪切强度；拉拔强度；透水性试验
中图分类号：U416 文献标识码：A 文章编号
Abstract: this paper is mainly introduced to water-proof layer of asphalt pavement sticky materials test research, including stick the function, the material of choice; For viscoelastic materials basic performance testing layer and use of performance test, the mechanical analysis of a sticky layer upon layer, etc. Relative conclusions are drawn, water supply and drainage of the asphalt pavement practical engineering in the future and the further research of the reference.
Keywords: water-proof asphalt road surface; Sticky layer materials; Shear strength; Drawing strength; Hydraulic permeability test
我国对排水性沥青路面研究尚处在起步阶段，需要研究的问题很多。本文之所以开展对粘层材料性能的研究，是因为在目前可资参考的文献、资料中，对用于排水性沥青路面的粘层材料，所提出的有关技术指标与标准，只有定性的分析与要求，缺乏定量的依据，也未见到对此进行系统试验研究的报导。
1 对粘层的技术要求
在沥青路面结构中粘层的作用在于使上下沥青层粘结成一体。对一般沥青路面，我国《公路沥青路面施工技术规范》（JTJ032-94）对粘层材料已有具体技术标准和要求，在两层连续施工的条件下，还可以不设粘层。但对排水性沥青路面，则必须在表面层摊铺前，在中面层上喷洒粘层材料，这是由排水性沥青路面的结构特性决定的。因为大孔隙率沥青混凝土表层与下层的接触面积比一般沥青混凝土小，设置粘层可以增强两层间的粘结强度；排水性沥青路面雨水渗入表层后，靠表层内部的联通孔隙向路面边缘排出，不允许再向下渗透，尽管中面层采用密级配沥青混凝土，可以起到较好的防水作用，但毕竟还仍存在一定的空隙，设置粘层后可增强防水效果。鉴于上述分析，对用于排水性沥青路面的粘层材料的性能要求，应高于现行规范对粘层的要求。
2 粘层材料的抗剪强度分析
介于表面层与中面层之间的薄膜型粘层，应能承受行车荷载作用下产生的剪应力的反复作用，为此，在图1所示的条件下，根据层状弹性体系理论，参照图2 的路面结构，计算出粘层位置处的剪切应力гzy的范围，计算结果见表1.
图1标准轴载作用时面层受力示意图
大空隙率沥青面层E1=1000Mpa H1=4cm µ1=0.25
密实级配沥青中下面层E2=1000Mpa H2=4cm µ2=0.25
基层E3=1000Mpa H3=4cm µ3=0.25
底基层E4=1000Mpa H4=4cm µ4=0.25
土基E5=1000Mpaµ5=0.25
图2路面结构示意图
表1不同结构组合层对粘层处剪应力的影响
从表1中可看出，增加面层模量，剪应力是减少的；随着粘层位置的加深，剪应力也是递减的；增强层间连续接触，剪应力亦减少。结果较合理，为确定粒层材料剪切强度的技术标准提供了一定的理论依据。
3 粘层材料的选择
日本是目前世界上排水性沥青路面修筑比较成功的国家。根据日本的经验，为提高排水表层与中面层的粘结强度应采用橡胶改性的乳化沥青，其性能要优于我国《公路沥青路面施工技术规范》中所要求的粘层材料。鉴于近些年来我国对桥面防水层比较重视，对桥面防水层材料的要求也比较高，即既要与桥面有良好的粘结强度，在运料车和沥青混凝土摊铺行走时不起皮，又要有很强的防水性能。因此，各地防水层生产厂家为满足桥面防水层的上述要求，在原生产的屋面防水层材料或路用粘层材料的基础上，进行了改进性研究。目前，能提供桥面防水层材料的厂家已经很多，但品质仍有一定差别。我们认为排水性沥青路面对粘层材料的要求与桥面防水层材料十分相似。因此，我们对众多桥面防水层材料的实用性能进行调研的基础上，选择了两种前面防水 层材料，一下简称为1#料和2#料，根据排水性沥青路面粘层材料的技术要求，对这两种材料的基本性能进行全国测试。在此基础上，针对排水性沥青路面用粘层材料的特点进行研究，开发了一种新的粘层材料， 以下简称A#料，同样对其材性进行全面测试。
4 粘层材料的基本性能与使用性能试验
（1 ） 粘层材料使用性能试验
为了模拟沥青路面的实际情况，利用车辙试验模具成型30cm*30cm*8cm的沥青混凝土试件（上面层采用空隙率为20%的沥青混凝土，厚度为3cm，下面层为AC20-I型密级配沥青混凝土，厚度为5cm）。成型的试件先做粘层材料的透水性实验；然后钻心取样，粘上金属拉拔头，进行拉拔试验；最后在取样剩余的地方切割成5cm*5cm*6cm小试件，上下分别为3cm，做剪切试验。
4.2.1透水性试验
透水性试验是用透水仪测试的，具体步骤如下：（1）在成型好中面层板时，做透水性试验，观察透水性；（2）在中面板上涂抹粘层材料，实干后做透水性试验，观察透水性；（3）再在上面碾压大空隙率的沥青混凝土，再做透水性试验，再次观察透水性。
试验结果表明，中面层在没有涂上粘层材料之前，因是AC20-I密级配沥青混凝土，具有良好的防水作用，所以基本不透水；在涂上防水材料之后，试件不透水，说明粘层材料在防水方面的明显功效；最后再在表层大空隙率沥青混凝土上面试验（在透水仪底部范围内表层无侧向渗水的条件下），仍然不透水，说明碾压过程未刺破粘层。因此，3种粘层材料的辅助防水功能应予充分肯定。
（2）拉拔试验
拉拔试验的目的是为了检验粘层与上、下两层间的粘结强度以及粘层对路面面层整体结构强度的影响。具体试验步骤如下：在预先成型好的30cm*30cm*8cm的沥青混凝土板上钻孔取样，钻孔直径为5cm，探头粘在沥青板表面，待探头与沥青表面完全粘结，在拉拔仪上进行试验，测试结果见表1，对比图见图3.
表1拉拔试验
图3 粘层材料拉拔强度对比图
从图3可以看出，在涂上粘层材料后，对1#料和A#聊层与层之间的粘结强度有了一定的提高，其中A#料较为明显，1#料次之，说明粘层材料在提高粘结强度方面有一定的作用。而2#料强度则偏小，原因在于2#料因本身粘度较其他材料高，形成薄膜层较光滑，且耐热性达到180℃，而前两种材料皆为160℃。成型试件的温度160℃也是模拟现场铺筑时的施工温度，在这样的温度条件下，2#料仍然未被熔化，不能与上下面层良好粘结，故而数值偏小。试验结果符合实际。
4.2.3剪切试验
剪切试验的目的是为了检验粘层抵抗在行车荷载水平力的作用下产生的剪切应力的能力。具体试验步骤如下：将前述成型的试件切割成5cm*5cm*6cm的小试件，粘层上下各为3cm。将试件置于压力机上，调整压头，使剪切角度α=40°，进行加载剪切试验，测试结果见表2，对比图见图4。
表2剪切强度
图4 粘层材料剪切强度对比图
由上图可以看出设置粘层后上、下层之间的剪切强度有了一定的提高，1#料与A#料剪切强度十分接近，2#料略高，但3这均高于不设粘层的试件。由此说明这3中粘层材料都能满足粘层处的抗剪要求。拉拔强度较低的2#料抗剪强度却增大了，原因在于大空隙率的沥青混合料在成型碾压时，上下层之间的粒料产生嵌挤作用，从而提高了抗剪能力。试验结果较合理。
剪切试验的数据表明，目前常用的粘层材料多数能满足排水性沥青路面粘层的抗剪切要求，且有较大的富裕。根据理论计算结果，以及目前桥面柔性防水层材料的使用状况，已经可以提出对排水性沥青路面粘层材料剪切强度的基本要求，但还必须考虑荷载疲劳应力、气候条件以及路面施工状况等诸因素，故建议取值应在0.4Mpa以上。
结论
（1）粘层在排水性沥青路面中作用，无论在增强上、下层之间的粘结强度，还是在辅助防水功能方面都有良好作用；
（2）本次试验的3种粘层材料是从目前我国桥面防水层材料中选取的，试验结果表明1#料和A#料2种材料符合使用要求，可根据性能介绍比择优选取；置于2#料，在后来增做的试验中提高试验温度，测定其拉拔强度仍然如表4一样，数值较低，如何对此种材料改进试验方法和施工工艺以提高其使用性能，这将在以后的试验中进一步加以论证。
（3）我国服员辽阔，西部山区和东南沿海地区雨水多，排水性沥青路面有较好的发展前途，因此，研究和开发专用于排水性沥青路面的粘层材料将具有重要的现实意义；
（4）本次对粘层材料的试验研究是初步的，在试验内容和方法上还有待进一步发展和完善。
参考文献：
[1]中华人民共和国行业标准.水性沥青基防水涂料（JC408-91）[S].国家建筑材料工业局，1991
[2]中华人民共和国交通部.公路沥青路面施工技术规范（JTJ 032-94）[S].北京：人民交通出版社，1994
[3]日本道路协会.排水性铺装技术指针（案）[S].1996
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