不同结构组合水泥混凝土路面铺装层间粘结性能试验研究发表时间：2017-08-10　　浏览次数：457

水泥混凝土路面虽然具有强度高、稳定性好等优点，但由于其性能受设计、施工和养护等条件的影响较大，施工不当、养护不及时或苛刻的使用条件都会使混凝土路面出现严重的破坏。混凝土路面发生破坏后，维修难度大，且维修费用高，因此如何防止混凝土路面出现早期破坏，对其进行预防性养护十分重要。相关研究表明：在水泥混凝土路面表面加铺沥青层，不仅能改善混凝土路面的行车舒适性，而且能延缓混凝土路面的早期破坏中国沥青网sinoasphalt.com。而混凝土层和沥青层间之间的粘结性能直接影响着路面的耐久性，当粘结性能不足时，在交通荷载和环境因素综合作用下，路面容易出现推移、车辙和拥包等破坏。环氧乳化沥青材料的出现为改善铺装层界面的粘结性能提供了很好的技术措施。近年来，国内外研究者对铺装层材料界面的粘结性能进行了大量的研究，但基本都集中在温度、养护时间、粘层油喷洒量和剪切荷载比例等试验条件对粘结层抗剪性能的影响。粘结层材料的粘结性能不仅与环境因素有关，而且与乳化沥青和固化剂种类，以及路面结构组合等因素密切相关。该文分别选用阳离子和阴离子乳化沥青、两种固化剂，以及两种路面组合，模拟不同条件下新建路面加铺层和旧路面表面处治层层间的粘结性能，为更深入地研究混凝土路面加铺层技术提供理论参考。

试验

原材料

水泥选用P.O.42.5级；粘层油分别选用阳离子乳化沥青(A1)和阴离子乳化沥青(A2)；环氧树脂选用自行合成的水性环氧树脂，其主固含量在48～52之间，环氧值为0.16；选用两种固化剂，分别编号为B1和B2，其中B1有更好的韧性和更高的强度；沥青混合料级配分别选用AC-13和SMA-5，其中AC-13用于新建路面加铺，SMA-5用于旧路面表面处治。

试件制备

成型尺寸为30CM×30CM×5CM的水泥混凝土板，其中一组对其表面不作处理，另一组在振捣45Min后将其表面拉毛，成型1d后脱模，并在标准养护室养护28d。在混凝土板表面均匀洒布一定质量的粘层油后，在未作处理的混凝土板表面加铺5CM厚的AC-13沥青混合料，用以模拟新建路面的加铺(S1)；在表面拉毛的混凝土板表面加铺2CM厚的SMA-5表面功能层，用以模拟旧路面的表面处治(S2)。将成型好的复合板进行钻芯取样，并以芯样作为试验试件。

试验方法

以层间直接剪切试验作为铺装层层间粘结性能的评价方法。试验开始前，先将上、下剪切模具对正，然后将上模具调整至一定高度并固定，将试件置于下模具内，使铺装层结合面刚好位于上下模具的接触面上。试验时，通过滚珠和穿压杆对试件施加一垂直的法向力P，然后再施加水平剪力F。

最佳粘层油喷洒量

分别在阳离子和阴离子乳化沥青中添加一定比例的水性环氧树脂乳液制得粘层油乳液A1和A2，分别在铺装层界面处喷洒不同质量的乳液，测定铺装层层间的抗剪强度，并确定最佳粘层油喷洒量。

可以看出：对路面组合S1和S2，层间的抗剪强度都随着粘层油用量的增多表现出先增大后减小的变化趋势，存在最佳的粘层油喷洒量使层间的抗剪强度达到最大值。这是因为，铺装层层间的抗剪强度主要取决于粘层材料的粘聚力和内摩阻角。当粘层油喷洒量较少时，铺装层间的油膜较薄，粘聚力较小，粘结能力不足，此时铺装层层间的抗剪强度主要由矿料颗粒之间的摩擦力和嵌挤作用提供，增大粘层油的喷洒量会使油膜加厚，粘层油的粘聚力增大，因此抗剪强度得到提高；而当粘层油喷洒量太大时，铺装层层间的粘层油厚度过厚，减小了混凝土层和沥青层的表面构造深度，粘层油的润滑作用增大，粘聚力和内摩阻角减小，因此抗剪强度反而降低。将各试验条件下，抗剪强度和粘层油用量之间进行二次回归分析，然后再由回归所得的多项式求得最佳粘层油喷洒量。

可以看出：相同条件下，粘层油A1的最佳喷洒量大于A2；温度为5℃和25℃时粘层油的最佳喷洒量明显大于60℃的最佳喷洒量，这是因为乳化沥青破乳后，随着温度的升高，沥青逐渐软化，粘度降低，粘结能力下降，当温度达到60℃时，沥青高度软化，相同喷洒量时，粘层油的润滑作用最明显，此时混凝土和沥青层间的抗剪强度最低，为了提高抗剪强度就必须降低粘层油的喷洒量，因此60℃时的最佳粘层油喷洒量最小。

直接剪切试验结果分析

新建路面表面加铺

在各乳液中分别加入不同用量的固化剂B1和B2，测定不同温度时S1组合层间的抗剪强度和极值位移，研究新建路面表面加铺层的粘结性能，其中抗剪强度越大表明抗剪性能越好，试件达到最大抗剪强度时对应的极值位移越大表明粘结层的抗变形性能越强，韧性越好。

可以看出：在乳化沥青中加入固化剂能明显提高混凝土层和沥青层之间的抗剪强度，且随着固化剂掺量的增大，抗剪强度逐渐增大，极值位移逐渐减小。例如在乳化沥青A1中加入10%的固化剂B1时，5、25和60℃的抗剪强度分别提高了0.98、2.08和3.98倍，表明固化剂的加入能明显改善铺装层层间的抗剪能力，但会降低粘结层的抗变形能力，温度越高固化剂对抗剪强度的改善效果越明显。这是因为，水性环氧树脂和乳化沥青形成一共混体系，在固化剂作用下，水性环氧树脂分子与乳化沥青分子产生物理交联和化学交联作用，大分子量的环氧树脂分子在固化剂的作用下可以穿过沥青分子的阻碍，发生交联作用形成立体的空间网络结构，在外力作用下，这一结构能明显提高粘层材料的抗破坏能力，因此使铺装层层间的抗剪强度提高，但因粘结层材料整体变硬，因此抗变形能力下降。其中温度越高，粘层材料的粘度越小，对层间抗剪强度的贡献越小，此时固化剂的加入能明显提高粘层材料的粘度，因此温度越高，固化剂对抗剪强度的提高贡献越大。

相同试验条件下，使用A1乳液时铺装层层间的抗剪强度和极值位移都大于A2乳液，例如当温度为25℃时，在A1和A2乳液中分别加入10%的B1固化剂，铺装层层间的抗剪强度分别为0.655和0.363MPA，极值位移分别为7.4和6.9MM，表明A1乳液更适合配置环氧乳化沥青粘层材料；这是因为A1乳液的固含量大于A2乳液，其粘结能力更强。相同条件下，使用B1固化剂时铺装层层间的抗剪强度和极值位移都大于固化剂B2，这是因为，B1固化剂有较高的硬度和较好的韧性，且能更好地促进环氧树脂分子和沥青分子的交联作用，因此层间的粘结性能较好。

旧路面表面处治

测定不同试验条件下S2组合层间的抗剪强度和极值位移，研究旧路面表面处治层的粘结性能。

可以看出：固化剂的加入能明显提高S2铺装层层间的抗剪能力，随着固化剂掺量的增大，抗剪强度逐渐增大，极值位移逐渐减小；相同条件下，使用A1乳液时，铺装层层间的粘结性能比A2乳液好；使用固化剂B1时的粘结性能优于固化剂B2。当其他条件相同时，随着试验温度的升高，铺装层之间的抗剪强度逐渐减小，极值位移逐渐增大，例如在乳液A1中加入10%的固化剂B1，当试验温度由5℃升高至25、60℃时，抗剪强度分别从2.335MPA降低为0.729、0.307MPA，分别降低了68.8%和86.9%，极值位移分别从6.7MM增大为7.3、11.9MM，分别增大了9.0%和77.6%，表明粘层材料的粘结能力受温度的影响较大；这主要是因为沥青材料是典型的感温性材料，随着温度的升高，沥青逐渐软化，粘性流动逐渐增强，粘聚力下降，因此铺装层层间的粘结能力下降。

可以看出：相同试验条件下，S2组合的层间抗剪强度大于S1组合，而极值位移小于S1组合，例如当试验温度为25℃，在A1乳液中加入20%的固化剂B1时，S1组合和S2组合的层间抗剪强度分别为0.737和0.786MPA，极值位移分别为7.0和6.6MM，表明S1组合具有更好的层间抗剪切能力，但变形韧性较差。解释其原因为，铺装层层间的粘结性能不仅取决于粘结层材料的粘结性能，也与混凝土层和沥青层的表面构造密切相关，S1组合和S2组合表面的沥青层分别选用AC-13混合料和SMA-5混合料，虽然与AC-13相比，SMA-5的表面宏观构造可能稍差，但S2组合混凝土层表面被拉毛，不仅增大了混凝土层表面和粘层材料之间的接触面积，提高了粘层材料粘聚力对抗剪能力的贡献，而且使铺装层层间的摩擦力与嵌挤作用增强，因此S2组合的层间抗剪能力优于S1组合。

结论

(1)随着粘层油用量的增多，铺装层层间的抗剪强度出现先增大后减小的变化趋势；粘层油A1的最佳喷洒量大于A2；60℃时粘层油的最佳喷洒量明显小于5℃和25℃时的最佳喷洒量。

(2)固化剂的加入能明显提高铺装层层间的抗剪能力，随着固化剂用量的增多，抗剪强度逐渐增大，极值位移逐渐减小；温度越高，固化剂对铺装层层间的粘结性能贡献越大；使用A1乳液时铺装层层间的粘结性能优于A2乳液；固化剂B1对层间抗剪能力的改善程度大于固化剂B2。

(3)随着试验温度的升高，铺装层层间的抗剪强度逐渐下降，极值位移逐渐增大，抗剪性能逐渐下降；相同条件下，S2组合的抗剪强度大于S1组合，极值位移小于S1组合，由此表明：相比于新建路面的加铺，旧路面表面处治具有更好的层间抗剪性能，但变形韧性较差。