（道路与铁道工程专业论文）排水性沥青路面粘层材料性能与防反射裂缝的研究.pdf

摘要 随着我国高速公路建设步伐的不断加快，伴随出现的沥青路面早期损害现象较为普 遍，而水损害是造成路面早期破坏的重要原因之一。针对这种水损害而提出的一种有别于常 规沥青混凝土路面的新颖路面结构。其结构组台的特点是沥青路面表层采用大空隙率的沥青 混凝土( 空隙率在1 5 2 5 左右) ，层厚一般为4 5 c m ，中面层则采用密级配沥青混凝土， 升在其表面设置粘层，以加强与表层的粘结，同时也为了更好地防止雨水继续下渗。由于此 种路面结构能将渗入表层的雨水及时、迅速地排出，故称为排水性沥青路面。 然而，我国对排水性沥青路面研究尚处起步阶段，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，是因为在目前可供参考的文献、资料中，对用于排水性沥青路 面的粘层村料，及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， 也来见到对此进行系统试验的研究报导。 鉴丁粘层的特殊位置与结构要求，本文对粘层材料进行了一系列试验包括对材料本 身的性能指标试验，重心放在材料的剪切强度和拉拔强度试验以及透水性试验。经过试验比 较，选出理想的粘层材料，并对某些指标给予修正，并对今后实践的展开和推广提供一定的 依据。 此外，本文就反射裂缝对路面的影响也做了进一步的探讨，找出其中的影响因素，并 对材料提出一定的要求，用于指导实践。 【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反射裂缝 a b s t r a c t w i t l lt h er a p i dd e v d o p m e n to ff r e e w a yi no n rc o u n t r y t h ee a r l yd a m a g eo f a s p h a l tp a v e m e n ti sv e r yc o m m o n ，o n eo fw h i c hi sw a t e r - d a m a g en l a ti sm a i n r e a s o nc a u s i n ge a r l yd a m a g e s oan e wp a v e m e n tc o n s t r u c t i o ni s p u tf o r w a r d a g m n s tn o r m a la s p h a l tc o n c r e t ep a v e m e n t ，w h o s ec o n s t r u c t i o nh a sf o l l o w i n g c h a r a c t e r ：t h es u r f a c el a y e ro fa s p h a l tp a v e m e u tu s e sb i gp e e c e n b a g e eo fv o i d a s p h a l tc o n c r e t e ( t h ep e e c e n b a g e eo fv o i dr a n g e sf r o m15 一2 5 ) ，t h et h i c k n e s si s a b o u t4 - 5c e n t i m e t e r ，t h em i d d l el a y e ru s e sc o m p a c tg r a d a t i o na s p h a l tc o n c r e t e u p o nw h i c ht a c kc o a ti sl a i do u tf o rb e t t e rc o m b i n a t i o nb e t w e e n1 a y e r sa n db e t t e r p r e v e n t i o nf r o ml e a k i n gd o w n w a r do fr a t n b e c a n s et h i s l d n do fp a v e m e n t c o n s t r u c t i o nc a nd r a i nt h er a i nt h a tp e r m e a t e st h es u r f a c el a y e rs e a s o n a b l ya n d r a p i d l y ，i ti sc a l l e dp o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t h o w e v e ro u rc o u n t r yi so nt h eb e g i n n i n gs t e pf o ri t sr e s e a r c h ，f a c i n gm a n y d i f f i c u l t y w h yt h ed i s s e r t a t i o nc a r r i e so u tt h er e s e a r c hf o rt h et a c kc o a ti st h a tf e w d a t u ma n di n f o r m a t i o na r ea v m l a b l ef o ru sa n dp e r t i n e n tt e c h n o l o g yg u i d e l i n ea n d s t a n d a r dh a v eo n l ya t t r i b u t a b l ea n a l y s i sb u tl a c ko fq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s a n d s y s t e m a t i ce x p e r i m e n t sh a v en o tb e e ns e e ny e t as e r i e so fe x p e r i m e n t sa r eu n d e r w a yti n c l u d i n gm a t e r i a lc a p a c i t yg u i d e l i n e e x p e r i m e n t s ，p u t t i n ge m p h a s i so ns h e a rs t r e n g t ha n dp u l ls t r e n g t ha n dt h ep o r o u s e x p e r i m e n t s d u e t ot h ep a r t i c u l a rl o c a t i o na n dc o n s t r u c t i o nr e q u i r e m e u t b y c o m p a r i s o no fe x p e r i m e n t s ，i d e a lt a c kc o a tm a t e r i a lc a nb ec h o s e n ，a n ds o m e c e r t a i ng u i d e l i n ew i l lb em o d i f i e d ，w h i c hi sf o rf u r t h e re n f o r c e m e n ta n d s p r e a d i na n o t h e rw a y ，f u r t h e rr e s e a r c h e sh a v eb e e nc a r r i e da b o u tr e f l e c t i v ec r a c k i n g i n f l u e n c eo np a v e m e u ta n db yt h e s ef a c t o r so fi n f l u e n c e ，w ec a nd e m a n dm a t e r i a la n d g u i d et h ef o l l o w i n gp r a c t i c e k e y n o t e p o r o u sa s p h a l tp a v e m e n t t a c kc o a tm a t e r i a ls h e a rs t r e n g t h p u l ls t r e n g t hp o r o u se x p e r i m e n t r e f l e c t i v ec r a c k i n g i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：e t 期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包 括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：导师签名：日期： 第一章绪论 l _ 1 概述 第一章绪论 我国在高速公路建设实践中，半刚性基层沥青路面是其主要路面结构型式，而沥青路 面早期损害现象较为普遍，己引起了人们的高度重视。调查和研究表明，雨水渗入路面结构 内部而不能迅速排出是引起沥青路面早期损害的最重要的肇因，道路j 作者通常将这种损害 称之为水损害。本文述及的排水性沥青路面就是为了防止水损害而提出的一种有别于常规沥 青混凝1 二路面的新颖路面结构。其结构组合的特点是沥青路面表层采用大空隙率的沥青混凝 十( 空隙率在1 5 2 5 左右) 层厚一般为4 5 c m ，中面层( 或中、下面层) 则采用密级 配洲青混凝一t ，并在其表面设置粘层，以加强与表层的粘结，同时也为了更好地防i e 雨水继 续r 渗。由于这种路面结构能将渗入表层的雨水迅速排山，故称其为排水性沥青路面，图1 1 为排水性路面结构式意图。 图卜1 为排水性路面结构式意图( 黑线处为粘层) 排水性澌青路面有如f 优点： 提高汽车的行驶安全。由于大空隙率的沥青混凝士表面层，为雨水f 渗、排出提供 了通道，冈此可缓解水膜滑溜现象，从而提高雨天时的路面抗滑性；减轻行驶车辆产生的水 雾，提高对前方车辆的能见度：雨夜行车时可缓解车头蜘引起的路面反射：提高雨天时路面 标i ；标线的能见度。 改善沿线环境。大空隙率沥青混凝土表面层因能吸收引擎噪音等机器噪音抑制气 流脖擦噪音的发生，从而能减小车辆行驶造成的道路交通噪音；此外，还可抑制沿线的水溅。 鉴丁上述原因，需对这种新型的路面结构进行深入细致的研究，在理论、实践的基础 之上摸索山经验规律，为今后在高速公路和城市道路中的推广运用奠定基础。 1 2 国内外研究状况 我国对排水性沥青路面研究尚处起步阶段，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，是因为在目前可供参考的文献、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。 东南大学硕士学位论文 美国在上世纪6 0 年代，欧洲在8 0 年代就开始研究和采用该项技术，只是研究的目的 各国有所不同，有的为了加强排水、提高路面抗滑性能以保证哥于车安全；有的是为降低交通 噪声以提高环境质量。因此对技术标准的要求各国有一定的差别。日本于1 9 8 7 年试铺排水 性沥青路面，经十年的研究与实践，总结了成功的经验，1 9 9 6 年日本道路协会发布了排 水性路面技术指南( 案) ，而且排水沥青路面己在高速公路及城市道路上推广应用。 冈表面排水性沥青混台料空隙率较大，与通常的沥青混合料相比，与下层面的接触面 积相刘要小，鉴此，为取得更高的粘结力，日本采用橡胶乳化沥青作为粘层材料。橡胶乳化 泐青的特征指标如表卜1 所示。 表卜1 橡胶乳化沥青的标准性能( j e m s ) 编号 p k r t 葡r 12 恩氏粘度( e n g l e r ) ( 2 5 c ) l 1 0 筛l 溅留部分( 11 8 n u n ) 0 3 以下 附着度2 3 以l 二 粒子电荷阳( 十) 蒸发残留部分5 0 以上 针入度( 2 5 )1 l o m 】l6 0 1 0 0 以下1 0 0 1 5 0 以下 延( 7 )c l n1 0 0 以上 蒸 艘( 5 )c m1 0 0 以二 发软化点4 8 0 以l4 2 0 以f 残粘伽度( 2 5 ) nm ( k g f c m )29 ( 3 0 ) 以j 帮 ( t o u g h n e s s ) ( 1 5 c ) mr b ( k g f c m ) 3 9 ( 4 0 ) 以卜 物 抗拉强度( 2 5 ) n m ( k g fc i b ) 15 ( 1 5 ) 以卜 ( t e n a c i t v ) ( 1 s ) n m ( k g fc m )2 0 ( 2 0 以一 ：) 荻分【0 以下 储藏稳定性( 2 4 小时) l 以下 无j f 颇粒及块状 冻融稳定件( 一5 cj 物质 日本在粘层施工方面注重排水性混合料层与下方的不透水层( 即密级配中、f 面层) 之间的良好粘结，同时也起到辅助防水的作用。粘层材料原则上选取橡胶乳化沥青( p k r t ) ， 撒铺量股以04 - - 06 l m 为标准。由于喷洒的是沥青材料，受温度影响较大，所以在寒 冷季扭f 进行施j i ：以及需快速施工的情况下，为了缩短沥青材料撒铺厉的养生时间，可采取 如i 、方法：加温撒铺方法、利用路面加热机加热方法及按所定撒铺量分二次撒布的方法等。 若在i r 路上加铺排水性洲青混合料面层，须对原有路面进行平滑地洗刨处理，以免引起排水 障僻。若原有路面冈发生裂缝而引起构造问题的情况。卜，应预先在裂缝部位注入沥青填料等 或殴置罩面或皿5 蹄脂封层等不透水性层。当粘层铺筑实干厉，便可在上面使用泐青摊铺机按 规定要求进行摊铺施j l 具体施工步骤参照排水性路面技术指南( 案) ，在此不再赘述。 总之，合理的借鉴和吸收国外取得的成功经验，虽然可以大大缩短我们研究和探索的 进科，仃省火量宝贵的时间和资金做到事、r 功倍的效果，但全赢照搬照套国外的经验，又 不完全能适合我国的国情，更何况对粘层的作用机理，国外也缺少相应的研究。因此，开展 本项研究，对我国排水性沥青路面的建设与发展具有一定的理论理意义和较好的实用价值。 第一章绪论 1 3 研究的主要内容和目标 1 3 1 研究的主要内容 1 ) 排水性路面结构的特性及对粘层的要求； 2 )对粘层材料的使用性能进行室内试验，主要包括透水性试验与粘结强度试验，而粘结 强度试验又分为剪切试验与拉拔试验硒类，并在不同的试验条件下对所选取的粘层材料进行 试验，对试验结果合理分析： 3 )综台考虑材料的性能、价格及施一r 状况等，分析比较后合理的推荐使川材料； 4 )我国的高等级路面大多采削的是半刚性基层，极易产生反射裂缝，它对粘封层有何影 响；反之，粘层材料具有哪些技术性能才能起到辅助防水层防水的作用。 5 ) 分析不同类型粘层材料的施_ e - e 艺与施r 检测，供参考使用 1 3 2 研究目标 开展对排水性涮青路面表层下所设粘层的作用、要求以及材料的性能与指标的研究。 我国对基层顶面的釉( 封) 层的作用、要求已很明确，对材料性能及指标也有要求，且已积 累了不少的实践经验，但本文讨论的粘层是一种特定条件下、特定位置上的新功能层，既缺 乏理论指导，也无规范要求，更无实践经验。因此，将它列为专题进行研究。此项研究就是 要住室内试验、现场施j i ：的基础上，对粘层材料各项性能指标进行研究比较，台理的选山粘 层材私：，并在此基础上总结关于粘层材料的施。r 1 艺、检测等方法。本文还就i p 刚性基层存 阳竹反射裂缝对排水性沥青路面的影响进行了研究探讨，并提、出对粘层材料的要求。 1 3 3 主要技术路线 本付所探讨的研究课题的关键技术路线是：从结构层组合中粘层所处的位置及对它的 基本要求出发分析它的受力特点；然后再根据受力特点，提山对粘层材料的基本要求。 1 ) 作为路面结构层的一部分，粘层与上f 层应当较好地粘结成一个整体，因此，拟通过理 论分析平试验研究提山粘结强度指标，它包括剪切强度、拉拨强度两部分； 2 ) 排水性沥青路面下设的不透层虽为密级配沥青混凝土。但不可避免的会存在一定的空 隙，为了防j l 路表水进一步渗透到路体下层，粘层须具有一定的辅助防水作用。 ：；) 我国高速公路人部分采用半刚性基层沥青路面，极易产生反射裂缝，裂缝一尽产生就达 不剑跣水的功能，渗透f 去的水会对基层和七基层产生不利的影响，并缩短路面的使用寿命。 冈此本文运j h 断裂力学的方法对裂缝进行理论分析，并提出对粘层材料的要求。 第二章粘层材料的试验研究 第二章粘层材料的试验研究 2 1 粘层材料的技术要求与合理选择 2 1 1 排水性沥青路面的结构特点与对粘层的要求 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( j t j0 3 2 0 4 ) 对粘层材料已有具体技术标准和要求，在两 层迎续施工的条什下，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 十表层与f 层的接触面积比一般沥青混凝十小设置粘层可以增强两层间的粘结强度：排水 - | 生沥青路面雨水渗入表层后，靠表层内部的连通孔隙向路面边缘排出，不允许再向下渗透， 尽管中面层采川密级配沥青混凝士，可以起到较好的防水作用，但毕竟仍存在一定的空隙， 改置粘层后可增强防水效果。鉴于上述分析，对州t 排水性沥青路面的粘层材料的性能要求， 应高丁现行规范对粘层的要求。 2 1 2 粘层材料的抗剪强度分析 介丁表面层与中面层之间的簿膜型粘层，廊能承受行车荷载作用f 产生的剪应力的反 复作州，为此，在幽2 - 1 所示条件下，根据层状弹性体系理论，参照图2 - 2 的路面结构，计 算山粘层位置处的剪切应力f 。的范围，计算结果见表2 - 1 。 ；臣磐g 篮型觋 l 峦袅配新奇中下面矗b = 2 0 0 0 a 珏= 1 5 锄u | i o2 5 b 龌n = ，s o o ”nn = s 。m u ：= 0 2 5 底基层b = 8 0 呻吼弛= 2 0 c mu _ o2 5 乒 土甚e ，= 3 5 m p au ，= o3 5“ 蚓2 - i 标准轴载作用时面层受力示意图幽2 2 路面结构示意幽( 黑线处为粘层) ( k 度单位：c m ) 不同结构组合层列粘层处剪应力的影响表2i 中下面层皋层底基层十基 小变模量厚度模量厚度模量厚度模量 参量( m p a ) 泊松比泊松比泊松比泊松比 ( c m ) ( m p a ) ( c m ) ( m p a ) ( c m )( m p a ) 2 0 0 002 51 61 5 0 00 2 53 08 0 002 52 03 50 3 5 坐化 上面层模量( m p a )粘层位置( c m )上、下面层接触状况 参量 变化 6 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 034504 0 06 0 01 0 0 0 数值 4 东南大学硕士学位论文 l 剪应 02 9 4 50 2 9 0 70 ，2 8 4 5 0 2 7 7 90 2 9 7 80 2 9 0 70 2 6 6 70 2 9 0 70 2 9 6 70 2 9 7 10 2 9 7 6 注：当某一变量变化时。其他参量仍参照图2 2 路面结构示意图来计算。 层问连续状况：0 一完全连续，l o o o 一完全光滑( 数值取值源于沥青路面计算软件b i s a r 3 ) 从上表中可看出，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。上述参数的选取是参考公路沥青路面施工技 术规范中材料的设计参数而定，并结合室内试验测定大空隙率沥青混合料其抗压弹性模量 较小( 见参考文献 8 ) ，密集配沥青混合料抗压弹性模量在2 0 0 0 m p a 左右，综合考虑将值选 在6 0 0 2 0 0 0 m p a 为宜，结果为确定粘层材料剪切强度的技术标准提供了一定的理论依据。 2 1 3 排水性沥青路面粘层试验材料的选用 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 ：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，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车行 走时不起皮，又要有很强的防水性能。因此，各地防水材料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， 能提供桥面防水材料的厂家己很多，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，我们在对众多桥面防水层材料的使用性能进 行调研的基础上，选择了两种桥面防水层材料，以下简称为i # 、2 # 、，均系在水性沥青基 防水涂料基础上进行改性而得。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 基本性能进行全面测试。在此基础上，我们与生产厂家协作，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 # 。同时，在用于沥青路面的众 多粘层材料中，也选择了一种使用效果较好的乳化沥青，进行同样的测试，以便与上述桥面 防水材料进行合理对比。本文所用的乳化沥青是k s 有限公司生产的s b s 改性乳化沥青( 以 下简称r # ) 。 2 2 粘层材料的基本性能试验 2 2 1 粘层材料的基本性能试验及其技术指标 对上述拟用的粘层材料的基本性能进行全面测试，皆满足规定要求，现汇总于表2 2 。 三种拟用的粘层材性能对比表表2 2 实测值 试验项目技术标准 1 #2 #a # 固体含量 4 0 6 4 47 434 73 一2 0 ，2 h 后 低温柔性无裂纹无裂纹无裂纹 绕m 1 0 i i i | 棒一周无裂纹 第二章柚层材料的试验研究 1 5 0 2 h ，不流淌不流淌 耐热性无流淌 涂膜无流淌无滑动无气泡无滑动无滑动 粘结强度0 3 02 0 4 - _ 2 03 2 l0 l0 3 5 ( m p a )“。c ”字形 延伸性 1 03 51 5 38 1 5 3 针入度( 2 5 t o o g ，5 s ) 9 48 0 1 3 0 软化点5 26 5 0 延度( 5o c ，5 c m m i n ) 3 2 3 c m3 0 注：述表格中的技术标准，是参照了公路沥青路面施t 技术规范( y u0 3 2 9 4 ) 。 在此需要说明的是：上述拟用的两类粘层材料( 一类是桥面防水材料，另一类是沥青 材料) ，对原材料的性能测试，分别采削了两融不同的试验标准，原网在于虽然这两类材料 都是由洲青掺加不同改性剂而成，但彼此的性质已相差甚远，为了更加台理的比较原材料性 能，需采不同的试验标准以获取满意的结果。再者，我们最密切关注的是材料的路用性能， 原材料的基本性能只是作为评价材料质量是否满足要求的标准之一，鉴此，本章以f ，l ”侉将 重点放在材料的路用性能测试上。 2 3 粘层材料的使用性能试验 为丁模拟沥青路面的实际情况，利用车辙试验模具成型3 0 x3 0 x 8 c m 的沥青混凝土 试什( 上面层采用空隙率为2 0 的沥青混凝士，厚度为4 c m ，下面层为a c 2 0 - i 型密级配沥 青抛凝十，厚度为4 c m ) 。成型的试竹先做粘层材料的透水性实验；然后将以上扳式试1 = 1 全 部切割成5 5 8 c m 小试件，上下层高度均为4 c m ，分别进行剪切和拉拔试验。 2 3 1 透水性试验 透水性试验的基本测试设备是透水仪，见图2 3 。具体试验步骤如下：在已成型 的中面层板上t 做透水性试验，观察透水性：在中面层板上涂抹粘层材料，实干后做透 水性试验，观察透水性；再在上面碾压火空隙率的沥青混凝土，再做透水性试验，再次 观察透水性。试验结果见表2 4 。 东南大学硕士学位论文 透水性试验表2 4 中面层透水性试验中面层涂j 二粘层材料透水性试验表面层透水性试验 透水娄型 透水时间 利料类型 3 0 s 3 0 m i n3 0 s 3 0 m i n3 0 s 3 0 m i n l # 撼本不透求“i 透水z i 透水 2 # 基本不透水 不透水不透水 a # 基本不透水不透水不透水 r # 基本不透水 = = f = = 透水4 i 透水 以上试验结果表明，中面层在没有涂上粘层材料之前，因为是a c 2 0 一i 密级配沥青混 凝十，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；晟后再在表层碾压大空隙率沥青混凝士后试验( 在透水仪 底部范罔内表层无侧向渗水的条件下) ，仍然不透水，说明碾压后粘层仍具有辅助防水的功 效。闪此，这儿种粘层材料的辅助防水功能应予以充分肯定。 往n ：此处皋奉一i 透水并不说明完全不适水，砸是仍青少量远水，枯层材料是在弥补这种缺陷，即二者起 到共州防水的功效：之所以在表层碳压再次做透水性试验，意在观察碾胝是否破坏二者共同防水的能力。 2 ，3 2 拉拔试验 图2 - 3 透水试验装置 拉拔试验的目的是为了检验粘层与上、f 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。f ：将预先切割蚶的5 5 x 8 c m 试什上端表面粘上金属 拉拔头，待完全粘结后，移至拉拔仪上进行试验( 试验温度控制在2 5 2 ) ，测试结果见表 25 ，对比幽见图24 ，拉拔仪试验装置见幽2 - 5 。 粘层材料拉拔强度表2 - 5 试验类型 拉拔试验( m f 切) 平均值 l #0 7 007 l0 7 2 0 6 90 7 l 2 #0 2 5 01 8 o 2 l 0 1 602 0 #o6 3o 5 805 8 06 4o 6 3 r #0 6 106 5o5 6 0 6 206 l 小畦粘层07 30 8 408 00 7 5 0 7 8 第二章粘层材料的试验研究 图2 4 粘层材料拉拔强度对比图 从上圈司以看出，在涂上粘层材料后，对】# 料、a # 料和乳化沥青( r # ) 层与层之 间的粘绡强度有，j 、幅度的降低，且1 # 料、a # 料和乳化沥青( r # ) 数值儿乎相等，从而说 明粘层材料在提高粘结强度方面作用不是很明显，原因在于形成的粘层薄膜自成一体，在一 定程度e 影响了层与层之间的良好粘结，教而数值略微偏小。而2 # 料强度则偏小，原冈在 r2 # 料闻奉身粘度较其他材料高，形成的薄膜层较光滑，且耐热性达到1 8 0 ，而前两种 利举l 旨为1 6 04 c 。成型试件的温度1 6 0 也是模拟现场铺筑时的施二】：温度，在这样的温度条 ， f 、2 # 料仍然术被熔化，不能与上f 面层良好粘结，故而数值偏小。试验结果较合理。 2 3 3 剪切试验 剀2 - 5 拉拔试验装置 剪切试验的日的是为r 检验粘层抵抗行车荷载产生的水平剪切应力的能力。具体试验 步骤如卜：将成犁好的5 5 8 c m 试件置丁压力机上，调整压头使剪切角度a = 4 0 0 ，进 行加载剪切试验( 试验温度为2 5 2 ) ，测试结果见表2 - 6 ，对比图见图2 6 ，剪切试验阁 如幽2 7 。 东南大学硕士学位论文 粘层材料剪切强度 表2 - 6 试验类型 剪切试验 m p a 、 平均值 1 #1 8 61 8 31 8 31 8 41 - 8 4 2 #l ，8 41 8 12 0 62 0 91 9 5 a #1 7 61 8 1l9 51 8 81 8 5 r # 1 6 5i 7 21 8 0l8 3工7 5 小设粘层 1 7 01 6 3l6 41 5 81 6 4 图2 - 6 粘层材料剪切强度对比图 由上图可以看出，1 # 料、a # 料剪切强度数值较高，乳化沥青( r # ) 次之，2 # 料最 高，原冈在于剪切强度与层间石料的嵌挤状况有很人关系，试验中的大空隙率的沥青混合料 在碾压成型时与f 层粒料产生嵌挤作用，从而提高了抗剪能力( 2 # 料此次强度较大是嵌压状 况良蚶所致) 。在此需要说明的是，虽然上下层采用集料级配都是统一的，但是在试验室拌 羽l 成艰试什时存在人为影响因素，在碾压时由于某些石料嵌入下面层的程度箨异而使得在剪 切试验时测得的数值有所波动，比如在众多成! 板中有的石料嵌入较多较深而有的石料嵌入 较少较浅，这样前者测得的数值要比后者米的大，网此会出现上述现象：但设置粘层的剪切 强度均高丁不设粘层的剪切强度，原因在于相对于沥青混合料，粒料更容易嵌入粘层，同时 接触面积增人也产生了较大的粘聚力：试验结果较合理，有一定的说服力。 图2 7 剪切试验装置 第二章粘层材料的试验研究 2 3 4 剪切试验和拉拔试验方法的可行性论证 本次试验中剪切强度试验是参照公路工程石料试验规程( 中华人民共和国行业标 准j t j 一0 5 4 9 4 ) 中石料抗剪强度试验仪器和试验方法，而且剪切角度仅取为4 0 4 ，目的在 于使试件所测数据具有良好的可比性，也是与路面受行车荷载作用的实际状况相对应。 拉拔强度试验是对现场粘层施工质量的一种检测方法，以确保施工的顺利进行。试验 中，拉拔仪将试件的下层侧面牢固夹紧而上端粘上金属拉拔头，与拉拔仪的拉伸轴相互固定。 因拉伸轴可垂直升降，可保证加载到试件上的力垂直于试件的中面而不掺杂其它斜向力，确 保试验的合理性。在此还要特别说明，此次拉拔试验的仪器设备是为了方便试验自行设计出 来的，且本次课题是带有探索性的初步研究，因此拉拔试验具有一定的局限性，只有通过反 复实践才可以不断的加以改进和修正。 2 4 增设的粘层材料性能试验 前面几节中，对粘层材料的几项使用指标进行试验，了解到几种不同材料的性能对比。 在本h 中，为了更好的模拟道路在实际状态下的运作情况，增设了材料的饱水试验和轮载反 复碾乐试验，目的在于寻找出外界因素对粘层的影响程度，为今后某些指标的修正提供一定 的依据。这也是增设这两项试验的原因所在。现阐述如下： 饱水试验 试验目的：为了模拟路面在雨天降雨时对粘层的影响而增设的试验。 2 4 1 饱水拉拔试验 试验步骤：拉拔试验是将用车辙试验模具成型好的3 0 3 0 8 c m 的沥青混凝士试件 ( 上面层采刚空隙率为2 0 的沥青混凝士。厚度为4 c m ，下面层为a t 2 0 一i 型密级配沥青混 凝十，厚度为4 c m ) 全部切割成为5 5 8 c m 的小试件( 上下层高度分别为4 c m ) ，这与前面 的试验完全一致；将这些小试件上端表面粘上金属拉拔头，置于水中，水温控制在2 5 2 ， 经过一昼夜，移至拉拔仪上进行拉拔试验，测试结果见表2 7 ，对比图见图2 8 。 粘层材料饱水拉拔强度表2 7 试验类型拉拔试验( m )平均值 1 # o5 70 5 60 5 40 6 105 7 2 # o 2 10 2 0o 2 3o 2 4 02 2 a 辑o5 6o 5 5o5 2o5 40 5 4 r #os oo 4 8o ，5 6o 5 805 3 不设牯层o 6 5 o 6 3 o 6 2o6 6o6 4 1 0 东南大学硕士学位论文 图2 - 8 粘层材料饱水拉拔强度对比图 从幽中可以看到，和前面一样，l # 料、a # 料和乳化沥青( r # ) 数值都很接近，均 略小丁不设粘层的拉拔强度，2 # 料仍然偏小，原因前面已经提及，在此不再赘述。试验数 据合理，具有较强的可比性。 2 4 2 饱水剪切试验 剪切试验 剪切试验所用试件制备和前面一致，仍为5 5x8 c m 的试件，将这些成型好的小试 件置于水中一昼夜，水温控制为2 5 2 ，准备就绪后在压力机上进行加载剪切试验，剪 切角度仍为a = 4 0 。，测试结果见表2 - 8 ，对比图见图2 - 9 。 粘层材料饱水剪切强度表2 - 8 试验类型 剪切试验( 仔k ) 平均值 l #1 8 l1 8 51 。9 51 9 ll t 8 8 2 #i 8 6 1 8 81 9 5 1 8 9 1 9 0 a #1 8 81 9 31 9 82 o l1 9 5 r # i 7 61 7 91 8 31 9 0l _ 8 2 卅i 议粘层 i 7 51 8 0i 8 2i 7 91 7 9 图2 9 粘层材料饱水剪切强度对比图 第二章粘层材料的试验研究 从图中可以看到，饱水试验的剪切强度在设置粘层后均有所提高，原因前面已提到。 此时a # 料剪切强度略大，1 # 料和2 # 料次之，乳化沥青( r # ) 最小，有力的说明了剪切 强度大小取决于层与层之间石料的嵌挤状况( a # 料此次嵌挤良好所致) 。此次试验与前面剪 切试验有着良好的吻合，试验结果也较合理。 轮载反复碾压试验 试验目的：为了模拟行车荷载重复作用对粘层的影响而增设的试验。 2 4 3 轮载反复碾压拉拔试验 此次轮载反复碾压试验是在用成型好的3 0x3 0x8 e r a 的沥青混凝土试件( 上面层采用 空隙率为2 0 的、沥青混凝土，厚度为4 e r a ，下面层为a c 2 0 一i 型密级配沥青混凝土，厚度 为4 c m ) y 生车辙仪上进行碾压( 试验温度为2 5 2 ) ，重物加载使得车轮与沥青混凝土板接触 处的压力约为0 7 护口，轮压累计作用次数约为1 0 万次，完毕后，板上留下纵向条状凹陷 的轮迹，沿轮迹边缘向下切割，此切割出的板即为轮载反复作用下的板，将其切割成横截面 为5 5 c m 而上、下层厚度分别为3 7 e r a 、4 e r a 的小方块( 因碾压导致上层厚度有所减少) ， 分别放置在拉拔仪、压力机上进行拉拔试验和剪切试验，试验方法和步骤与前面雷同，数据 如表2 - 9 ，表2 - 1 0 所示，对比图见图2 1 0 、图2 1 i 。 粘层材料轮载反复碾压拉拔强度表2 - 9 试验类型 拉拔试验( 纡切) 平均值 l #o 5 80 5 905 8o 5 405 7 2 #o2 0o 2 6o 1 70 2 5o 2 2 #o 5 5o 5 80 5 60 。5 2o 。5 5 r #o 4 70 5 6o 5 0 o 5 1 o 5 l 币设粘层0 7 6o 6 5o 6 50 5 70 6 6 图2 一l o 粘层材料轮载反复碾压拉拔强度对比图 1 2 东南大学硕士学位论文 从幽中可以看到，和前面样，1 # 料、a # 料和乳化沥青( r # ) 数值都很接近，均 略小于不设粘层的拉拔强度，2 # 料依然偏小，原因前面已提及过，在此不在阐述。试验数 据台理，具有较强的可比性。 2 4 4 轮载反复碾压剪切试验 试验所用方法与步骤同上述剪切试验完全一致，所用试件也一样，在此不再详述，数 据如表2 - 1 0 所示，对比图见图2 - 1 l 。 粘层材料轮载碾压剪切强度试验表2 1 0 试验类型剪切试验( 彪f k )平均值 1 # 1 9 52 0 71 8 8 2 0 2 19 8 2 #2 1 62 0 81 9 81 9 4 2 0 4 a 井2 ，1 72 1 42 0 520 82 1 1 r #1 8 8 2 0 61 9 8i 8 41 9 4 4 i 鞋粘层 1 7 51 9 61 8 51 9 21 8 7 图2 1 l 粘层材料轮载反复碾压剪切强度对比图 从幽中可以看到，反复碾压试验的剪切强度在设置粘层后均有所提高。此次a # 料最 人，1 # 与2 # 次之，乳化沥青( r # ) 最小，再一次说明了剪切强度的大小和层与层之间石 料嵌挤状况密切相关，与前面的剪切试验结果再次吻合，试验结果也较合理，具有良好的可 比性。 2 5 不同条件下的拉拔与剪切试验结果分析 第四：肖中分别进行了材料的拉拔强度试验、剪切强度试验、饱水拉拔强度试验、饱水 剪切强度试验、轮载反复碾压拉拔强度试验、轮载反复碾压剪切强度试验三种不同类型的试 验，本节我们将这些数据进行分析和比较，从中寻出规律，便于归纳总结，拉拔强度对比表 见表：一1 l ，对比图见图2 1 2 ，剪切强度对比表见表2 一1 2 ，对比图见图2 一1 3 ，现汇总如下： 不同试验条件的拉拔强度对比表表2 - 1 1 第二章粘层材料的试验研究 试验类型 拉拔强度( 空气)拉拔强度( 饱水)拉拔强度( 轮碾) l # 0 7 l0 5 70 5 7 2 # 0 2 00 2 20 2 2 a # 0 6 30 5 4o 5 5 r #0 6 1 0 5 30 。5 1 不设粘层 0 7 8o 6 40 6 6 注：表中数据单位均为m p a 。 图2 - 1 2 不同试验条件拉拔强度对比图 圈中可以清楚的看到：空气中的拉拔强度一般都比饱水时和轮载碾压时的拉拔强度要 略夫。说明诸如饱水和轮碾等外界影响因素对粘层有一定的影响，然而在实际路面中粘层往 往承受雨水和行车荷载等外界因素的反复作用，这种影响随着时间的增长也变得非常显著， 使得此层的粘结强度比道路建设初期预计要下降一定程度，这要通过试验路铺筑的实际情况 以及长期跟踪调查最终定论：不设粘层要略微比设置粘层要来的大，但是相差不大，原因前 面已提过，设置的粘层薄膜自成一体，在一定程度上影响了层与层之间的良好粘结，故而数 值略微偏小，然而层与层之间的粘结强度主要取决于两层沥青混合料之间的结合情况，所以 粘层的影响程度不是非常明显；再者，三种不同类型材料的拉拔强度仍然遵循1 # 、a # 及 乳化沥青( r # 强度几乎相近而2 # 偏小这一规律。很好的印证了2 群由于自身粘度较稠、 耐热性较高而导致这一现象的事实，数据有较强的说服力，与实际情况也较好的吻合，为今 j f 斤对材料的合理选取提供有力的依据。 不同试验条件的剪切强度对比表 表2 一1 2 试验类型剪切强度( 空气) 剪切强度( 饱水) 剪切强度( 轮碾) l #l8 41 8 81 9 8 2 #1 9 51 9 02 0 4 a #1 8 5 1 9 52 1 l r #1 7 51 8 21 9 4 不设粘层 1 6 41 6 9l - 8 7 注：表申数据单位均为a 卵疗。 1 4 东南大学硕士学位论文 图2 1 3 不同试验条件的剪切强度对比图 图中可以清楚的看到：空气中的剪切强度一般与饱水时的剪切强度相近，但二者均比 轮载碾压时的剪切强度要小，可以这样解释：饱水时的强度与空气中的强度儿乎相似，说明 在温度同等的条件下，有限时间的饱水不会对粘层剪切强度产生过火的影响，然而在实际情 况f ，路面是在雨水反复的作用下运作的。可通过试验路铺筑后长期追踪调查得出影响程度 如何。至于两者剪切强度均比轮载碾压时的剪切强度要小，是因为在碾压过程中实际上对层 问再次进行了补充压实，更加强了层问石料的嵌挤作用，在剪切试验时使之破坏需要的推力 理所当然要火，又一次阐明了剪切强度与石料嵌挤程度密切相关。然而，这并不意味着行车 荷载反而在帮助提高粘层抵抗水平剪力的能力，在实际情况下，往往多重因素决定层间的粘 结力，换句话说，单纯在轮载碾压情况下才可以提高粘层的抗剪性能。试验数据较合理，与 实际情况也较好相符，为今后材料的合理选取提供可行的依据。 2 6 不同温度下粘层材料拉拔、剪切强度结果分析 前面儿二霄中，无论是拉拔试验还是剪切试验，试验温度都控制在2 5 左右，为了更 全面的了解温度对粘层材料使用性能的影响，又增设了不同温度下粘层材料的剪切与拉拔试 验，温度分别控制在oo c 与5 0 c ，与之前的2 5 进行对比，拉拔强度对比表见表2 1 3 ，对 比幽见幽2 - 1 4 ，剪切强度对比表见表2 1 4 ，对比图见图2 一1 5 ，现汇总如f ： 不同温度条件f 拉拔强度对比表表2 - 1 3 试验类型拉拔强度( o )拉拔强度( 2 5 )拉拨强度( 5 0 ) #l - 5 40 7 10 0 8 2 # 0 8 7 0 2 0 0 ，0 6 a #1 5 l0 6 30 1 0 r #1 5 3o 6 10 0 6 1 i 设粘层 1 6 l 0 7 8o 0 8 往：表中数据单位均为砌p 口。 第二章粘层材料的试验研究 图2 1 4 不同温度条件下拉拔强度对比图 图中清楚的看到：随着温度的升高，粘层材料的拉拔强度逐渐递减。在2 5 时，除2 # 料外其余材料的拉拔强度均在0 5 钍切以上，而在o 时，1 # 料、a # 料与乳化沥青 ( r # ) 竟都在1 5 朋f 口以上，就连2 5 拉拔强度最低的2 # 料其拉拔强度都达到了0 8 护口 以上，由此说明了在低温一f ( 特别是在冬季) ，粘层材料具有较超强的粘结能力，使得整个 路面整体一陛大大加强；在5 0 时所有材料的拉拔强度均很小，都在0 1 0 m p a 以下，说 明了在高温_ 卜( 特别是在夏季) ，粘层材料的粘结性能下降，使得整个路面整体性大大削弱， 这一点在设计过程中要尤其引起足够的重视，防止在夏季高温时行车荷载作用下路面出现滑 移而使路面结构发生破