(论文)改性岩沥青防水层路用性能研究

全国中文核心期刊2009 年第 1 期 （ 总第 142 期 ）路基工程 1概述 水是路面水损坏的主要原因，水进入沥青路面几 乎是不可避免的。水损坏是最常见的现象。水既能增 加坑槽、松散、掉粒、网裂等的数量，进而又通过坑 槽、网裂进入路面内部对各路面结构层继续冲刷、分 解，直至造成整个路面溃散。在调查的多条高速公路 损害类型比例中，水损坏占比例最多，且各种不同的 路面结构的水损坏有明显不同 1 3。 2室内试验分析 为了模拟沥青路面的实际情况，利用车辙试验模 具成型 30 cm30 cm8 cm 的沥青混凝土试件 （ 面层 采用空隙率为 10 %12 的沥青混凝土，厚为 4 cm； 中层为 AC25-I 型密级配沥青混凝土，厚为 4 cm ）。 试件先做封层材料的透水性试验，然后切割成 5 cm 5 cm8 cm 小试件，上下层高度均为 4 cm，分别进行 剪切和拉拔试验。 2.1不同温度下拉拔强度 为了解温度对封层材料使用性能的影响，进行了 不同温度下封层材料 （ 14 号为改性岩沥青，5 号为 SBS 改性沥青 ） 的拉拔试验，温度分别为 0 、25 与 50 ，拉拔强度对比结果见表 1。 从表 1 得知：随温度升高，封层材料的拉拔强度 逐渐递减。在 25 时，1、2、3、4 试件的拉拔强度 均在 0.5 MPa 以上，而 0 时，1、2、3、4 试件都在 1.5 MPa 以上。由此说明低温下 （ 特别是在冬季 ）、封 层材料具有较强的粘结能力，使得整个路面整体性大 大加强；50 时，拉拔强度都小于 0.15 MPa，说明 在高温下 （ 特别是在夏季 ），封层材料的粘结性能下 降，使路面整体性大大削弱，这在设计中尤其要引起 重视，防止夏季高温时在行车荷载作用下路面出现滑 移而使路面结构发生破坏。 2.2不同温度下剪切强度 为了解温度对封层材料使用性能的影响，进行了 不同温度下封层材料的剪切试验，温度分别为 0 、 25 与 50 ，剪切强度对比见表 2。 从表 2 得出：随温度升高，封层材料的剪切强度 逐渐递减。在 25 时，剪切强度均在 1.60 MPa 以 上，而 0 时，剪切强度竟达 3 MPa 以上；50 时， 剪切强度都小于 0.13 MPa，这同拉拔强度的变化趋势 十分相似：即在低温下封层材料具有较强的粘结能 力，使抵抗行车荷载剪切变形的能力增加；而在高温 下封层材料的粘结性能下降，使抵抗剪切变形的能力 降低。总之，封层材料 （ 包括改性岩沥青和 SBS 改 性沥青 ） 在高温情况下的路用性能在设计时须引起足 够的重视，做到防患于未然。 2.3不同条件下拉拔强度 分别进行了材料的拉拔强度、饱水拉拔强度和轮 载反复碾压拉拔强度三种不同类型的试验，结果见 表 3。 从表 3 可知：干燥拉拔强度都比饱水和轮载碾压 的拉拔强度略大，说明诸如饱水和轮碾等外界因素 对封层有一定的影响。三种不同类型材料的拉拔强 度 1、2、3、4 试件几乎相近，说明封层厚度在 1.4 2.0 mm 之间不影响路面使用性能。 2.4不同条件下剪切试验 分别进行了材料的剪切强度、饱水剪切强度和轮 载反复碾压剪切强度三种不同类型的试验，其对比见 表 4。 由表 4 得知：干燥剪切强度与饱水时相近，但均 比轮载碾压剪切强度低，说明有限时间的饱水不对粘 层剪切强度产生过大影响，路面在雨水反复作用下对 编号0 25 50 11.550.700.11 21.540.690.11 31.520.690.10 41.510.680.10 51.560.700.09 表1不同温度拉拔强度对比表 MPa 表2不同温度剪切强度对比表 编号0 25 50 13.251.850.12 23.241.850.12 33.221.820.10 43.211.810.10 53.201.840.09 MPa 编号干燥饱水轮碾 10.700.640.60 20.690.640.59 30.690.610.59 40.680.600.56 50.700.570.64 表3不同条件的拉拔强度对比表 MPa 改性岩沥青防水层路用性能研究 * 李中秋马敬坤 （ 河北交通职业技术学院河北石家庄050091 ） 摘要改性岩沥青通过大量的室内试验、 经济分析、 施工和易性比较及试验路观测分析得出， 改性岩沥青防水层， 很适合河北省以及夏季气温较高的其它地区高速公路作为防水层使用。 关键词高速公路防水层改性岩沥青路用性能 *河北省交通厅重点计划基金项目新产品开发课题 （C-040108 ）。 李中秋，男，教授。 12 1号照片2号照片 4号照片3号照片 图1第一试验段取芯照片图 5号照片6号照片 8号照片7号照片 图2第二试验段取芯照片图 9号照片10号照片 11号照片12号照片 图3第三试验段取芯照片图 改性岩沥青影响程度如何，可见试验路追踪调查内 容。至于两者剪切强度均比轮载碾压时低，是因碾压 中对层间再次进行了补充压实，加强了层间石料的嵌 挤作用。 3对比分析 透水、拉拔和剪切试验的数据表明，改性岩沥青 和 SBS 改性沥青作为封层材料，其强度几乎没有差 别，都能满足沥青路面封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。 3.1性能 改性岩沥青和 SBS 改性沥青作为封层材料，其基 本性能均能满足要求，使用性能中剪切强度都有较大 富裕，至于拉拔强度，目前没有统一的规范或者标准。 3.2价格 经调查，目前封层在施工铺筑时的费用：SBS 改 性沥青封层为 1417 元/m2；改性岩沥青封层为 810 元/m2。 3.3施工 SBS 改性沥青封层与改性岩沥青封层相比，其现 场施工的设备、方法没有太大的区别。但 SBS 改性 沥青封层施工和易性差，喷洒不流畅，气泡多。改性 岩沥青封层施工喷洒流畅，无气泡，容易喷洒均匀， 流动性好。 综上所述，应选改性岩沥青作封层，性能与 SBS 相似，但价格较低，制备简单，施工和易性好。 4试验路跟踪检测 试验路选在京秦高速公路北京方向。铺筑完成 2 年 后，对改性岩沥青防水层进行了渗水检测和钻芯检测。 4.1第一试验段 2005 年 10 月 12 日上午洒布：洒布量 1.6 kg/m2， 里程为 K242+770K243+471.5，幅宽 8.5 m，长度 701.5 m。由渗水试验和钻芯试件可见，试验段封层 油洒布均匀，不渗水；与罩面层粘接良好，没有错位 分离现象；经过夏季高温和重载交通作用，没有搓 揉、泛油、流淌现象；经过冬季和重载交通作用，也 没有开裂。由于改性岩沥青洒布量较少，明显可见富 油层厚度较薄，见钻芯照片 14 号 （ 图 1 ）。 4.2第二试验段 2005年10月1213日下午洒布：洒布量1.8kg/m2。 里程为 K242+596.5+770，K241+878.8K242+144.8， K241+075+778.4，幅宽 8.5 m，长度 1 142.9 m。由 渗水试验和钻芯试件可见，试验段封层油洒布均匀， 不渗水；与罩面层粘接良好，没有错位分离现象；经 过夏季高温和重载交通作用，没有搓揉、泛油、流淌 现象；经过冬季和重载交通作用，也没有发生开裂。 第二试验段改性岩沥青洒布量适中，富油层厚度明显 可见，见钻芯照片 58 号 （ 图 2 ）。 4.3第三试验段 2005 年 10 月 14 日上午洒布：洒布量 2.0 kg/m2。 里程为 K240+200K241+075，幅宽 8.5m，长度 875m。 由渗水试验 （图 3 照片 912 号） 和钻芯试件可见，试 验段封层油洒布均匀，不渗水；与罩面层粘接良好， 没有错位分离现象；经过夏季高温和重载交通作用， 没有搓揉、泛油、流淌现象；经过冬季和重载交通作 编号干燥饱水轮碾 11.851.751.95 21.851.751.95 31.821.731.92 41.811.711.91 51.641.581.89 MPa 表4不同条件的剪切强度对比表 李中秋等：改性岩沥青防水层路用性能研究13 全国中文核心期刊2009 年第 1 期 （ 总第 142 期 ）路基工程 用，也没有发生开裂。第三试验段改性岩沥青洒布量 较多，富油层厚度明显增厚。 4.4洒布量分析 由钻芯试样得知，改性岩沥青防水层洒布量宜为 2.0 kg/m2，少于 2.0 kg/m2时，富油层厚度明显变薄。 随时间推移富油层可能老化，起不到防水效果，所 以，洒布量不应少于 2.0 kg/m2。 5结语 改性岩沥青防水层非常适合河北省以及夏季气温 较高的其它地区的高速公路作为防水层。大量推广改 性岩沥青防水层，相信将给公路建设带来较大的经济 和社会效益。 参考文献： 1 中华人民共和国交通部.公路改性沥青路面施工技术规范 （JTJ036-98 ） S . 人民交通出版社，1998. 2 中华人民共和国交通部.公路工程沥青及沥青混合料试验规程 （JTJ052- 2000 ） S . 人民交通出版社，2000. 3 郭兰英. 沥青混凝土路面施工矢量控制要点M. 路基工程，2006 （ 6 ） . 收稿日期：2007-12-14 ? 高速公路边坡稳定性的模糊聚类分析 * *河南省国土资源厅科技项目：中原城市群地质灾害风险区划研究 （2006， 26426 ） 。 俞赓鑫，助理工程师。 摘要根据河南省洛阳嵩县高速公路地勘资料， 在分析地形、 岩体、 外在影响因素的基础 上， 采用模糊聚类分析的理论和方法， 对公路沿线的边坡稳定性进行了评价， 其计算结果与实际调查 基本一致。 研究表明， 模糊聚类分析法合理实用， 评判结果能反映实际情况， 可作为有效评价高速公 路边坡稳定性的方法之一。 关键词高速公路评价指标模糊聚类稳定性 0引言 随着近年来高速公路建设的步伐不断加快，公路 沿线边坡的稳定性问题越来越受到人们的重视。由于 边坡稳定性受多种因素的综合影响，这些因素都具有 不确定性、不精确性和模糊性，给边坡稳定性分析带 来很大困难。大量的工程实例与力学分析表明，边坡 性质和稳定性的界限具有相当的模糊性。因此，传统 的极限平衡法和数值分析法已不适应工程建设的需 要。 本文选用模糊聚类分析方法，综合考虑了多种不 确定性因素的影响，并将其用于河南省洛阳嵩县高 速公路的边坡稳定性评价，计算结果与实际调查基本 一致。 1边坡稳定性评价指标体系 根据大量高速公路沿线边坡失稳资料和实地考 察，与边坡稳定性相关的因素很多，概括起来有地 形、岩体、外在影响因素三大类，具体包括坡高、坡 角、c、f 值、结构面发育特征、风化程度、地下水情 况、植被、降水等 1。本文仅对最一般的边坡失稳形 式圆弧滑动进行研究，影响圆弧滑动的因素主要 有：岩石的内摩擦角 （ F1）、粘聚力 （ F2）、岩石密度 （ F3）、边坡角 （ F4）、边坡高度 （ F5）、孔隙压力 （ F6） 等，本文选取这六个主因素作为评价指标。由此，边 坡的评价因素集合为：F= F1，F2，F6。 2模糊聚类分析原理 以所有参加分类的点作为一个样本集合 X= x1， x2，xn，每个元素均可有 m 个统计指标作为分 类的依据。向量表示为 X= xi 1，xi 2，xi m，这 里 xi j（ i=1，2，n；j=1，2，m ） 表示第 i 个元素的第 j 项统计指标。 2.1指标标准化 将每个元素的各项统计指标标准化，常用的有相 对化处理、函数化处理和标准化处理，且使处理后在 0，1 上取值。选用极差规格化处理方法 2，即 xi j= yi j-yi mi n yi ma x-yi mi n （ 1 ） 2.2建立模糊相似矩阵 确定各元素之间的相似关系，建立 X 上的模糊 关系 R= （i j）nn（ 2 ） 式中i j0， 1 （i， j=1， 2， ， n ） 表示元素 xi和 xj之 间的相似程度，计算方法有很多，比如数量积法