随着中国经济的快速发展，路网交通量的不断提高，车辆超限、超载现象愈发严重，而作为中国道路主要结构形式的水泥混凝土路面，出现了大量表面磨光，水泥板断裂、错台等形式的病害，严重影响了行车的安全性与舒适性。沥青路面具有低噪声、行车舒适及养护维修方便等优点，而水泥混凝土路面“白改黑”是一种恢复旧水泥路面使用功能的有效修复措施。根据《公路沥青路面设计规范》规定，当水泥混凝土路面破损情况为良或优时，经过局部处理后可直接加铺沥青面层，以改善或恢复水泥路面的使用性能中国沥青网sinoasphalt.com。

加铺沥青面层的使用性能主要受到旧水泥混凝土板和加铺面层之间粘结性能的影响。当复合式路面的层间粘结强度较弱时，常常出现推移、拥包等病害；在长大纵坡或交叉路口路段，由于车辆频繁制动启动，复合路面结构所承受的剪应力较大，层间抗剪强度不足引起的路面病害也相应增多；“白改黑”路面早期皮料、路表开裂、沥青面层剥离等病害也与层间粘结性能不佳有关。

目前对水泥混凝土路面加铺层研究较多集中在加铺沥青面层开裂与复合结构数值模拟分析，层间接触方面研究还远远不够。因此，该文采用层间直接剪切试验对“白改黑”路面层间抗剪切性能进行研究，揭示乳化沥青用量、粘层油种类、环氧用量、温度和水对“白改黑”层间抗剪切性能的影响规律，推荐合理的粘层材料技术参数，以期为应用“白改黑”沥青加铺技术提供参考。

试验原材料

沥青的技术性质

基质沥青为SK90＃道路石油沥青，符合《公路沥青路面施工技术规范》技术指标要求。阳离子乳化剂A和阴离子乳化剂Ｂ制备两种普通乳化沥青；两种普通乳化沥青中添加水性环氧树脂制备水性环氧树脂改性乳化沥青，TETA固化剂用量为水性环氧树脂质量的3.2%；以阳离子乳化剂A制备SBS改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青，SBS、SBR用量分别为沥青质量的4.0%和3.5%。

水泥的技术性质

水泥采用42.5号普通硅酸盐水泥，细度为1.8%。

混凝土及沥青加铺层配合比

细集料为机制砂，粗集料为辉绿岩，压碎值为17.8%，针片状含量为2.1%；矿粉为石灰岩矿粉，塑性指数为3.3。通过马歇尔试验获得AC-13沥青混合料体积指标，并计算得到AC-13最佳油石比为4.8%。

研究方法

试件成型方法

首先成型300mm×300mm×50mm的水泥混凝土板，按照原状光面和拉毛对水泥混凝土板进行表面处理，并进行标准养生28d，其中光面与毛面分别表征水泥旧路面与新路面。水泥混凝土板养生完成后，在表面涂抹试验计划量粘层油，待乳化沥青完全破乳后，按照《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》轮碾法成型300mm×300mm×100mm复合式“白加黑”车辙板试件，复合板试件成型3d后钻芯成型100mm×100mm(高)圆柱体试件。

试验仪器

采用多功能直剪仪进行复合路面层间抗剪切性能试验研究，仪器测试部分位于温度、荷载可控的环境箱内，可以有效模拟实际路面的受力与温度情况。仪器试验温度范围为0~80℃，垂直法向力P测试精度为0.1kN，水平剪切速率范围为1.2~20mm/min，试验过程中自动采集试件强度与变形。

试验开始前，对正上下模具，将试件置于模具中，调整上模具高度保证复合试件层间处于两剪切模具交界面。通过传压杆对复合试件施加垂直法向力P，待作用稳定后施加水平剪切力F，使试件沿两剪切模具交界面发生剪切变形。研究中P采用0.7MPa，水平剪切力F加载速率为20mm/min，采用最大抗剪强度评价复合式路面层间抗剪切性能。

试验方案

在0.7MPa竖向荷载条件下，对AC-13+光面水泥板和AC-13+毛面水泥板复合试件进行直接剪切试验，每组试验取4个平行试件。

(1)在其他试验参数不变的情况下，改变粘层油用量，进行复合试件层间直接剪切试验，研究层间抗剪强度随不同粘层油用量的变化规律。

(2)在其他试验参数不变的情况下，选用6种不同种类粘层油，进行复合试件的层间直接剪切试验，确定最优粘层油种类，并以之进行后续试验研究。

(3)在其他试验参数不变的情况下，以不同水性环氧树脂用量，进行复合试件的层间直接剪切试验，研究水性环氧树脂用量对复合试件层间抗剪切性能的影响。

(4)以环氧改性乳化沥青粘层油为研究对象，进行不同温度条件的层间直接剪切试验，考察温度变化对“白改黑”层间抗剪强度的作用规律。

(5)对复合试件进行常温浸水5d处理，比较不同环氧用量复合试件在浸水前后的层间抗剪强度变化规律，研究水分对层间抗剪切性能的影响。

试验结果与分析

不同粘层油洒布量对抗剪强度的影响

针对下面层水泥板为光面和毛面两种情况，以阳离子乳化沥青A和阴离子乳化沥青B为对象，在25℃、剪切速度20mm/min、竖向荷载0.7MPa的条件下进行剪切试验，研究不同粘层油洒布量对“白改黑”路面层间抗剪切能力的影响。

可以看出：当粘层油用量较低时，“白改黑”复合结构试件的层间抗剪强度随着粘层油用量的增大而不断增大；超过一定用量时，随着粘层油用量继续增大，层间的抗剪强度反而减小，这是因为随着粘层油用量的增加，沥青混合料与粘层油接触面积不断增大，沥青混合料与水泥板有效胶结不断提高，使得层间抗剪强度不断提高；当粘层油为最佳用量时，复合试件的层间抗剪强度达到极大值；随着粘层油用量的进一步增加，粘层油摊铺厚度超过沥青混合料、水泥混凝土板纹理深度，多余的粘层油被挤出成为润滑层，导致层间抗剪强度不断降低。可以看出：粘层油在光面和毛面时的最佳用量分别为0.8、1.0kg/m2。此外，相同试验参数条件下，“白改黑”复合试件采用毛面水泥混凝土板的层间抗剪强度大于光面，这是由于水泥混凝土板拉毛处理后，板表面具有较大的构造深度，从而提高了复合试件的层间摩阻力。因此，下面层水泥板的粗糙度可影响复合试件的层间抗剪强度。

粘层材料对抗剪强度的影响

以光面水泥板下面层复合试件为例，选用6种不同粘层油，对比研究粘层材料种类对复合路面层间抗剪切能力的影响，其中粘层油用量为0.8kg/m2，水性环氧掺量为8%。

可以看出：25℃时，层间抗剪切能力从大到小依次为：环氧改性乳化沥青A>环氧改性乳化沥青B>SBS改性乳化沥青>SBR改性乳化沥青>阳离子乳化沥青A>阴离子乳化沥青B。添加环氧树脂或者采用沥青改性剂均能有效提高层间抗剪强度。水性环氧树脂与乳化沥青具有良好相容性，随着乳化沥青的破乳，分散于乳化沥青中的水性环氧树脂与TETA发生固化反应，形成具有网络结构的高强固化物；同时生成大量氢键，在较高的层间应力状态下，粘层材料中的氢键通过断裂吸收能量，保护其中的共价键，当应力消散后，氢键又重新恢复形成，从而提高复合试件层间的抗剪切强度和变形能力。而沥青改性剂SBS和SBR通过高分子材料的加筋、嵌挤作用，提高粘层材料的性能。因此，环氧乳化沥青性能优于SBR改性乳化沥青、SBS改性乳化沥青和普通乳化沥青，而改性乳化沥青优于普通乳化沥青。

不同环氧树脂用量对抗剪强度的影响

为进一步研究水性环氧用量对沥青面层间粘结性能的影响，试验选用0、8%、16%、24%、32%共5种环氧用量，进行25℃复合试件的层间剪切试验。

可知：无论是光面或者毛面下面层，复合试件层间抗剪强度均随着环氧用量的增大呈现逐渐增大趋势，但水性环氧树脂用量的增大并未使得层间抗剪强度呈相应比例的增大；在少量水性环氧树脂用量情况下，复合试件层间的极限变形量随着环氧用量的增加不断增大，当环氧用量超过8%后，层间变形能力开始减弱。从层间剪切强度和柔韧性的角度而言，建议施工时采用8%环氧用量改性乳化沥青，以便保证“白改黑”路面层间粘结的综合性能与成本。

不同温度对抗剪强度的影响

由于沥青粘层油具有较强的温度敏感性，高温易软化，抗变形能力降低，因此研究温度对“白改黑”复合路面层间抗剪切性能的影响规律极为重要。分别在5、25、60℃下，对“白改黑”复合试件进行层间剪切试验，其中环氧掺量为8%。

可知：随着试验温度的提高，“白改黑”复合试件的层间抗剪强度呈现降低趋势。这说明，复合路面结构在高温季节更容易产生层间滑移等病害，但进一步分析可以发现，复合试件的层间剪切试验温度25~60℃对应抗剪强度降幅小于5~25℃，这是因为水性环氧树脂固化后形成有效的三维网状结构，限制了沥青的高温变形，降低了粘层材料的高温敏感性。因此，环氧改性乳化沥青是一种较为理想的“白改黑”路面粘层材料。

水对抗剪强度的影响

水分透过沥青面层滞留在路面结构层之中，重复车辆行驶作用进一步加剧“白改黑”路面层间水损害。为了研究水对复合路面层间抗剪切性能的影响，将成型好的试件在25℃水浴中浸泡5d，采用光面和毛面两种下承层，试验选用0%、8%、16%、24%、32%共5种环氧用量。

可以看出：浸水5d条件下，粘层油的25℃残留抗剪强度都随着环氧用量的增加不断提高；可以看出：粘层油材料在浸水后抗剪强度有所下降，其中光面乳化沥青B下降最多。掺加环氧前，普通乳化沥青的抗剪强度残留率仅为70%~75%，添加环氧后残留抗剪强度显著提高，添加8%环氧之后，抗剪强度残留率提高至95%左右，增幅达20%，有效地改善了水泥混凝土板和加铺层间抗剪切的水稳定性能。添加水性环氧树脂约束了沥青分子运动，减轻了水侵蚀作用下复合结构层间抗剪强度的衰减；另外，水性环氧树脂提高了乳化沥青与界面层间的粘附性。

结论

(1)“白改黑”路面结构具有最佳粘层油用量，推荐“白改黑”光面水泥板复合结构粘层油的洒布量为0.8kg/m2，毛面为1.0kg/m2；“白改黑”路面层间抗剪性能与水泥板下面层的粗糙程度相关，毛面复合结构层间粘结效果较好。

(2)6种粘层材料直接剪切试验结果表明，环氧改性阳离子乳化沥青A效果最优，在“白改黑”路面修复工程中应优先考虑。

(3)“白改黑”路面结构层间的抗剪切能力与温度负相关；高温条件下，结构层间的抗剪切强度大幅下降，因此，在使用粘层油时，应该选择具有较好层间高温稳定性的材料。

(4)水性环氧树脂对“白改黑”路面层间抗剪切的水稳定性有明显的改善；综合考虑层间强度、韧性和材料经济性，推荐“白改黑”路面层间粘层油的水性环氧树脂用量为8%。