粘层油对沥青面层层间结合的性能研究

 引言
由于高速公路渠化交通和车辆日趋大型化，路面受车轮荷载比较集中，承受了更大的剪切推移力，容易产生剪切推移破坏，而路面层间粘结剂的合理选择将对沥青路面抗剪性能产生直接的影响。我国《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004中9.2建议了各种粘层油的品种和用量，但大都是相对于马歇尔方法设计的沥青路面而言的，而且是通过经验试洒确定的，对粘层油路用性能研究缺乏工程实践及相关试验研究。为此，本文将针对不同品种和用量的粘层油的粘结力以及其对GTM法设计的沥青路面路用性能进行试验研究。
1 GTM工作原理
GTM（Gyratory Testing Machine）试验机由美国工程兵团发明于60年代，它把混合料成型压实、力学剪切和车辆模拟机集合并于一台试验机。它的一个重要的特性是能够通过GTM滚轮压力的下降和旋转角度的增加直接反映出颗粒状塑性材料中可能出现的塑性过大的现象。更加合理的模拟了现场压实设备与随后交通荷载的作用。采用了和应力有关的推理方法进行混合料的力学分析和设计，克服了马歇尔等经验方法的不足。
2 试验研究
2.1 试验材料 本试验沥青选用70号基质沥青和SBS改性沥青。AC-13粗集料选用的玄武岩，细集料选用石灰岩。AC-20粗细集料均选用石灰岩。矿粉为石灰岩矿粉。对上述材料按JTG F40-2004《公路沥青路面施工技术规范》要求进行了规定项目的试验检测。检测结果表明，均符合相关技术要求。
2.2 级配设计 本试验研究模拟高等级公路的上、中面层，上面层为5cmAC-13型改性沥青混合料，中面层为7cmAC-20型沥青混合料。对上述两种类型沥青混合料利用GTM成型法进行不同油石比下的旋转压实，根据旋转结果（GSI与GSF结果）和成型试件的毛体积密度，确定中面层AC-20型沥青混合料油石比为4.1%，表面层AC-13型改性沥青混合料油石比为4.9%。
2.3 粘层材料 本试验选择的粘层油为两类，一类为热沥青，分别为滨洲70号基质沥青和加入改性剂改性的SBS改性沥青；另一类为乳化沥青，分别为普通乳化沥青和SBR改性乳化沥青。参考规范规定的粘层油用量，并根据在实际工程的经验。试验时，在沥青路面的上面层与中面层喷洒的粘层油种类与用量见表1。
2.4 试件制作 特制成型车辙板板模，将120mm高的车辙板板模两侧的挡板分成两段，底端70mm，上端为50mm。先用碾压法成型中面层板块，再喷洒不同种类和剂量的粘层沥青，最后加铺沥青混凝土上面层，通过碾压次数保证中、上面层的密度与GTM旋转试件的密度一致。在喷洒乳化沥青时，要保证充分破乳。
2.5 性能试验与评价
2.5.1 抗车辙能力。沥青路面主要承受垂直荷载和水平荷载的作用，如果沥青面层层间产生滑移，受力状态发生巨大变化，路面表面层极易产生车辙和开裂。喷洒粘层油能否有效防止层间滑动，是否反而会促进层间滑动，在此基础上，研究粘层油对高温抗车辙能力的影响是十分必要的。
上述试验结果表明，加入粘层沥青对沥青路面抗车辙能力存在一定的影响的。当乳化沥青和SBR改性乳化沥青增加到0.8kg/m2时，动稳定度明显降低，且喷洒后流淌现象比较明显，因此，对于乳化沥青来说，0.8kg/m2作为沥青用量上限。而基质沥青与SBS改性沥青作为粘层油的车辙板试件动稳定度与不同的喷洒量有很好的相关性。当粘层油用量为0.8kg/m2时，相当于每平方米增加了0.8kg的纯沥青用量，随着沥青用量的增加，对沥青路面抗车辙能力会造成负面影响。
2.5.2 拉拔试验。本研究利用美国进口的MTS-810做拉拔试验代替剪切试验。将成型后的120mm厚的车辙板用万能切割机锯成长宽高为55mm×55mm×75mm小试件，试件顶面与底面分别用万能胶与两个拉头胶结在一起。为了测定粘层沥青材料的温度稳定性，该试验在60℃的温度条件下进行，拉拔速度控制在10mm/s。
试验结果表明，从粘层沥青的粘结强度来看，SBS改性沥青在用量达到一定程度时，粘结强度最大，其用量为0.4kg/m2～0.6kg/m2时最为合适；SBR改性乳化沥青粘结强度次之。对于SBR改性乳化沥青粘层与SBS改性沥青粘层，在粘层沥青用量为0.4kg/m2时，有大量试件并未从层间联结处破坏，而是试件本体发生破坏，一般为中面层破坏。普通基质沥青的粘结强度次于SBR改性乳化沥青，而乳化沥青粘结强度最差。且大多从面层联结处破坏。因此选用改性沥青作为粘层沥青更为合理。
3 结语
通过上述试验数据分析，基质沥青和乳化沥青粘层虽能起到层间联结和抗剪切的作用，但效果较差。而以SBS改性沥青和SBR改性乳化沥青作为粘层油效果较好。选用SBS改性沥青时建议用量为0.3kg/m2～0.5kg/m2，选用SBR改性乳化沥青时建议用量为0.4kg/m2～0.6kg/m2。采用改性沥青和乳化改性沥青作粘层油基本能够使沥青面层层间实现 “全连续结构”，形成一个整体，达到更好的抗车辙能力。