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瀝青路面層間材料粘結性能影響因素研究
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瀝青路面層間材料粘結性能影響因素研究
2022年05月26日    閱讀量:25407    新聞來源:瀝青網 sinoasphalt.com  |  投稿

摘 要

為了研究瀝青路面層間材料粘結性能的影響因素,重點分析了溫度、瀝青針入度、瀝青種類以及界面含灰量對層間粘結性能的影響?;谑逭辰Y強度拉拔法,對不同影響因素下層間材料的粘結強度進行了測試評價。結果表明:層間粘結材料的粘結強度隨溫度的降低而增大,南方地區應重點關注粘結材料自身粘結力,北方地區應重點關注粘結材料與界面間的粘結力;選擇層間粘層材料不應以針入度為評價指標,而更應關注由浸潤作用產生的粘結強度;4種常用粘結材料粘結強度的大小依次為:埃索70#>伊朗70#>鎮海70#>中海70#;界面含灰量小于0.18kg/㎡時,熱瀝青的粘結強度受其影響較小瀝青網sinoasphalt.com。


關鍵詞

道路工程 | 粘結材料 | 拉拔試驗 | 影響因素 | 粘結強度


隨著我國社會經濟的高速發展,道路交通量和車輛軸載呈現大幅提升,超載、超限現象日益突出,直接導致了瀝青路面的加速損壞。瀝青路面作為一種多層彈性層狀體結構,層間粘結對于路面結構發揮其整體效應具有顯著作用。層間粘層材料是為了使瀝青路面各結構層形成一個有效整體,在層間灑布的瀝青薄層材料,其作用是使瀝青路面各層、新鋪瀝青層和舊瀝青路面近似粘結成一個整體,增強各結構之間的粘結強度。若層間處治失當,極易造成路面結構層間的剪切滑移破壞,將大幅降低路面的使用性能。因此,對瀝青路面層間粘結性能影響因素開展研究十分必要。


國內外道路學者都對層間粘結材料做了許多工作。于秀軍采用斜面剪切試驗儀測試不同類型瀝青路面層間的粘結性能,重點分析了溫度、粘結劑類型和用量、路面結構組合類型對路面結構層間界面粘結性能的影響。周文等選擇的瀝青路面層間結合強度影響因素包括試驗應力、粘層類型等。梁麗通過斜剪試驗,發現隨著灑鋪量的增加,抗剪強度呈現出先增大后減小的變化規律,改性瀝青的抗剪強度優于基質瀝青。綜上所述,影響粘層材料粘結性能強弱的因素主要由以下兩個方面決定,一方面是粘層油自身性質,另一方面是施工工藝。


在實際工程應用中,粘層材料本身的性質已經無法改變,這主要由材料廠商決定。工程中能控制和調整的主要是施工工藝,如界面表面處理、粘層材料灑布時間、粘層材料灑布溫度,粘層材料灑布量等。因此,本文將重點研究溫度、瀝青針入度、瀝青種類以及界面含灰量對層間粘結性能的影響,以提出合理的施工工藝建議,以期提升瀝青路面層間粘結質量。


試驗材料

本文選用的瀝青材料主要包括ESSO70#基質瀝青、SBS改性瀝青、橡膠瀝青、TB改性瀝青、鎮海70#基質瀝青、伊朗70#基質瀝青、中?;|瀝青等。根據現行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTG E20-2011)對ESSO70#基質瀝青進行指標檢測,其主要技術指標見表1所示。SBS改性瀝青由ESSO70#基質瀝青,外摻4%的SBS(主要指標見表2所示),在180℃高溫下剪切攪拌而成,其主要技術指標見表3所示。橡膠瀝青由ESSO70#基質瀝青內摻15%的40目廢舊子午胎橡膠粉在180℃高溫下剪切攪拌而成。TB改性瀝青由內摻20%的40目廢舊子午胎橡膠粉,在200℃高溫反復剪切攪拌而成,其主要技術指標見表3所示。

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試驗方法

本文采用石板粘結強度拉拔法,其試驗模型是基于簡化的實際路面粘結結構,下面層選擇石制材料作為底板,上面層由自制拔頭代替,其具體設備如圖1所示。試驗步驟包括:(1)準備材料,加熱好瀝青粘結材料待用,用砂紙打磨石板表面。(2)將瀝青粘結材料按照計算用量均勻地灑布在石板上,靜置,等待瀝青材料粘結強度形成。(3)待瀝青材料粘結強度形成后,將石板放進溫度為5℃的水中,保溫1小時。(4)待水浴時間結束后,拿出石板,清理拔頭邊緣多余的瀝青粘結材料,然后放入5℃水中,保持水面與拔頭齊平,用粘結強度拉拔力檢測儀進行試驗,得出粘結材料的粘結拉拔力,計算粘結強度。(5)清洗石板與拔頭。

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試驗結果分析

溫度對瀝青粘結性能的影響

不同溫度下改性瀝青的粘結強度見表4所示。

瀝青路面層間材料粘結性能影響因素研究 瀝青網,sinoasphalt.com

由表4可以看出,各種改性瀝青的粘結強度均隨溫度的降低而增大,這從側面解釋了路面產生水平滑移剪切破壞為什么多發生在夏季。粘結層的粘結強度除了自身的粘性外,主要來自“結構瀝青”含量的比例,夏天高溫或者瀝青用量過多時,“自由瀝青”含量更高,而結構瀝青的強度又比自由瀝青的強度大得多,所以這時界面粘結強度下降,在車輛荷載作用下,導致結構層的變形和層間失穩。從試驗過程中還發現,在5℃與25℃試驗條件下,破壞面的位置也不相同,溫度較低時發生界面上的破壞,溫度處于25℃時,破壞面則發生在粘結層本身,這主要是因為溫度的升高直接導致粘結材料自身粘結力降低,以及“自由瀝青”含量增加。故在南方地區可選擇瀝青自身粘結力較大的材料作為層間粘結材料,在北方則應更關注瀝青與界面間的粘結力。


瀝青針入度對瀝青粘結性能的影響

為了分析瀝青軟硬對瀝青粘結性能的影響,選擇了4種不同針入度的瀝青。按現行《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程》(JTGE20-2011)對四種熱瀝青的針入度指標進行測試。其針入度(0.1mm)分別為54.9、60.8、64.8、70.3。然后在5℃水浴下測試4種熱瀝青在鋼界面上的粘結強度,試驗結果見圖2所示。

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從圖2可以看出,瀝青的針入度與其粘結強度并非對應關系,側面反映出粘層材料與界面形成的粘結強度,與粘層材料自身的粘結強度形成條件是不相同的。瀝青自身粘結強度隨著針入度降低逐漸增大,但瀝青與界面間的粘結強度并不隨針入度呈現此規律。瀝青和界面間產生得粘結作用,主要是由液體與固休表面接觸時發生的分子間相互作用所決定的,在實際應用中,更需要關注的便是由浸潤作用產生的相互作用粘接強度。選擇層間粘層材料不應以針入度大小為評價指標,而應選擇與界面存在較好浸潤作用的粘層材料。


瀝青種類對層間粘結性能的影響

選擇產地不同的4種70#基質瀝青,以0.6kg/㎡的灑布量在鋼底面上成型拉拔模型。在5℃水浴下測試其粘結強度,試驗結果如圖3所示。

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由圖3可以看出,粘結強度最高的是ESSO70#基質瀝青,粘結強度為1.17MPa。中海70#基質瀝青粘結強度最低,粘結強度為0.88MPa。伊朗70#與鎮海70#基質瀝青的粘結強度基本相當。使用基質瀝青時,在經濟條件允許和粘結強度要求較高的情況下,推薦使用ESSO70#基質瀝青??紤]經濟性與使用效果,可使用鎮海70#基質瀝青。


界面含灰量對瀝青粘結性能的影響

以ESSO70#基質瀝青為熱瀝青代表,研究熱瀝青在不同含灰量界面上的粘結性能。首先將石板進行加熱,在鋼界面上灑布不同量的粉塵(粉塵為石料篩分的篩底),然后以0.6kg/㎡的灑布量將ESSO70#基質瀝青灑布在灰塵上,使瀝青完全均勻覆蓋粉塵后再放上拔頭,等待強度形成后,然后在5℃水浴下進行粘結強度拉拔測試。含灰量及粘結強度測試結果見圖4。

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從圖4可以看出,熱瀝青粘結強度隨含灰量的增加無明顯變化規律,但最終逐漸降低。在含灰量達0.16kg/㎡時,粘結強度達到最大,這主要與膠漿中的粉膠比有關。當含灰量大于0.18kg/㎡時,瀝青與界面的粘結強度開始低于含灰量為0kg/㎡時的界面粘結強度。

瀝青作為粘層材料時,對界面灰塵有一定容納能力,實際施工工程中也很難做到界面潔凈無塵,因此也不需要對界面清潔度提出過于苛刻的要求。但為保證粘結效果,建議界面在灑布粘層油前進行除塵處理,當含灰量不小于0.18kg/㎡時,熱瀝青的粘結強度受其影響較小。


結論

通過研究瀝青路面層間材料粘結性能的影響因素,得出了以下結論:

(1)層間粘結材料的粘結強度隨溫度的降低而增大,南方地區應關注粘結材料自身粘結力,北方地區應關注粘結材料與界面間的粘結力;

(2)選擇層間粘層材料不應以針入度為評價指標,而更應關注由浸潤作用產生的粘結強度;

(3)4種常用粘結材料粘結強度的大小依次為:埃索70#>伊朗70#>鎮海70#>中海70#;

(4)界面含灰量小于0.18kg/㎡時,熱瀝青的粘結強度受其影響較小。

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標簽:綜合論文,施工案例,技術中心,瀝青混凝土
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