碎石封层主要性能指标试验分析评价

吴士祥

(黑龙江省公路工程监理咨询公司)

碎石封层主要性能指标试验分析评价

吴士祥

(黑龙江省公路工程监理咨询公司)

摘 要:对同步碎石封层的主要性能和指标进行了试验研究分析，结果表明，采用低温敲击试验评价封层沥青与石料低温粘结性具备可行性;加设碎石封层可使基面层间抗剪切滑移能力增强，路面疲劳寿命提升，对延缓反射裂缝的向上扩展也有明显功效;此外，加设碎石封层前在基层表面喷洒透层油对提升路面结构整体抗滑移能力有利。

关键词:沥青路面;碎石封层;反射裂缝;滑移能力

1 试验及分析

1.1 选用沥青

为确保与碎石良好的粘结能力，选用沥青为成品SBS改性沥青，各项性能指标如表1所示。

表1 试验选用改性沥青基本性能参数

1.2 选用石料

具体指标见表2。

表2 选用单粒径碎石性能指标

2 碎石封层关键性能指标研究分析

2.1 碎石均匀布料器的开发

同步碎石封层施工过程中为确保高温下沥青与石料间的良好粘结，采用专用设备在160～170℃条件下喷出雾状热沥青，同时进行碎石洒布以确保二者同步接触。而在试验室内要完成二者的同步接触难度非常大，迄今已有研究中并无相应新型室内模拟试验设备具备此项功能。因此，在碎石封层室内模拟试验之前，自行设计碎石均匀布料器以尽量缩短洒布沥青后用于铺洒碎石过程中耗费的时间，力求最大限度模拟现场碎石与沥青的洒布状态。

2.2 碎石封层抗剪切性能研究

碎石封层良好的抗滑移剪切能力是基层与面层在车辆荷载作用下处于整体受力状态的重要保证。就目前的研究现状而言，在该领域国内已有相当规模的研究力量投入，尤其在温度、石料用量、粘结料用量等因素与封层抗剪切能力间影响关系研究中已相对较为成熟，因此本文在石料及沥青用量选择中参照同步碎石封层理论确定基本用量，并通过变换层间组合方式进行封层抗剪切能力对比分析。具体试验结果如表3所示。

表3 不同层间处治措施抗剪切能力分析

从上表可以看出，相比于未处理工艺，加设碎石封层后抗直剪强度增长近4倍，碎石封层改性沥青的粘结功效得以充分发挥，表明加设碎石封层后基面层间抗剪切滑移能力有所增强;此外，在加设碎石封层前在基层表面喷洒乳化沥青透层后对路面结构整体抗滑移能力的提升是有利的，因此，在碎石封层施工前喷洒透层材料对保证基面层间良好的粘结作用是必不可少的。

2.3 碎石封层延缓反射裂缝性能研究

(1)试验介绍。

①试件的制备

半刚性基层由于其材料掺入大量水泥、石灰等无机结合料，因此在试件制备期及养生期间若环境湿度过低，试件极易产生干裂现象。因此，在试验中为模拟基层真实表面裂缝状态，在基层放入养生室之前对其中部进行人为折伤，模拟基层表面宽度10 mm左右裂缝。

②碎石封层弯拉试验及加载模型介绍

考虑到基层表面裂缝与碎石封层间的直接接触，因此在试验过程中必须制备双层试件，上层沥青试块尺寸与基层相同，加载时下部加垫20 mm厚度橡胶垫层，具体加载形式见图1所示。

图1 力学作用模式

③试验温度

综合考虑试验设备、试验条件及同类对比等诸多因素，关于碎石封层延缓反射裂缝功效研究的弯拉疲劳试验温度确定为15℃，这一温度与北方春融期温度较为相近。

④加载波形及频率

在加载波形中选用最常用的半正弦波形加载，加载频率为10 Hz，以模拟路面车辆65～70 km/h车速下的作用模式。

⑤试验观测模式

由于反射裂缝由基层表面反射至面层表面需经历一段裂缝逐步扩散的发展过程，有研究表明沥青混合料防反射裂缝能力的差异将对裂缝的扩散历程产生影响。为此，通过对疲劳弯拉试验手段对加设碎石封层后双层复合梁的防裂能力进行分析，同时在试验中对不同裂缝扩展阶段对应疲劳寿命进行记录整理，确定碎石封层在延缓反射裂缝性能的基本功效。

(2)试验结果分析。

①抗弯拉试验结果

在进行疲劳试验之前必须对两种不同处治措施下试件进行弯拉试验以确定两种情况下的最大抗弯拉强度指标，具体试验结果如表4所示。

表4 复合梁弯拉试验数据

②疲劳弯拉试验结果分析

试验通过记录裂缝发展过程中的三个阶段对应的疲劳次数展开对比分析，表5为不同处治工艺下双层复合梁试件抗弯拉疲劳开裂的试验结果。

表5 双层复合梁疲劳疲劳弯拉试验分析

3 结论

(1)采用低温敲击试验评价封层沥青与石料低温粘结性是具备可行性的，采用低温掉粒率作为低温粘附性评价指标具备较好的区分度;

(2)加设碎石封层后基面层间抗直剪强度增长近4倍，表明抗剪切滑移能力有所增强;在加设碎石封层前在基层表面喷洒乳化沥青透层对路面结构整体抗滑移能力的提升有利;

(3)加设碎石封层对路面疲劳寿命有明显提升，对延缓反射裂缝的向上扩展有明显功效，同时使路面整体对应力水平的敏感度有所削减;

(4)加设碎石封层后在两种应力水平下裂缝扩展时间均出现不同程度的减小，其中大应力水平下这种减小的幅度更大，这表明加设碎石封层后在延缓裂缝扩散上具备一定功效。

中图分类号:U416.214

C

1008-3383(2011)06-0075-01

收稿日期:2011-05-05