超薄磨耗层层间粘结效果影响因素研究

超薄磨耗层是一种新型预防性道路养护技术,其使用效果的好坏与层间粘结力有着密切的关系。以室内模拟试验为基础,采用AC-13沥青混合料作为原路面,SBS(热塑性丁苯橡胶)改性乳化沥青作为层间粘结材料,分别采用AC-13、SMA-13、OGFC-13、Nova Chip(C)混合料作为超薄磨耗层,马歇尔击实法成型复合型试件,并采用层间力测试仪进行剪切试验,测定层间抗剪切强度。试验结果显示,采用上述四种混合料作为磨耗层,平均抗剪切强度分别为1.053 MPa、1.1 MPa、1.02 MPa、1.261 MPa;随着乳化沥青洒布量的增加,层间抗剪强度呈现先增加后降低的趋势;对于每种路面结构,温度由25℃升高至45℃,层间粘结强度普遍下降,但不同结构的强度降幅各不相同。试验结果表明:层间粘结强度受混合料类型的影响,Nova Chip抗剪强度最高,开级配沥青磨耗层OGFC(开级配沥青磨耗层)最低;每种路面结构都存在使层间抗剪强度达到最大值的最佳乳化沥青洒布量,且不同温度下对应的最佳乳化沥青洒布量也不同;随着温度升高,层间剪切强度降低,其中Nova Chip结构对于温度的敏感性最高,AC(沥青混凝土)结构的温度敏感性较低。     

沥青路面粘层材料性能的试验

沥青路面层间材料粘结性能的优劣直接关系到路面的整体受力状态,进而影响路面的使用寿命。利用自行研发的多功能剪切仪,对普通沥青、SBS改性沥青和SBS改性乳化沥青这3种常用的粘层材料在不同温度及洒布量条件下的粘结性能进行试验研究,提出以不同温度下的粘结抗剪强度作为评价指标。结果表明:3种材料的粘结抗剪强度均随着温度的升高而减小,但随温度的变化规律有所不同;相比而言,在较低洒布量时,SBS改性乳化沥青表现出更优异的粘结性能,且最佳洒布量为0.5～0.7kg/m2。     

水性环氧树脂改性乳化沥青粘层抗剪性能的检验

针对沥青路面因层间黏结性能不足而导致路面结构出现推移、拥包等病害现象,研究环氧乳化沥青粘层在不同环氧乳化沥青洒布量、不同试验温度和不同正应力条件下的抗剪强度,运用摩尔-库伦原理得到黏结力和内摩阻角.借助Ansys有限元软件对5种代表性路面结构进行层间剪应力计算,根据计算所得层间最大剪应力和抗剪强度,对环氧乳化沥青粘层进行抗剪疲劳性能和抗剪极限性能检验.结果表明:抗剪强度随正应力的增大近似呈线性增大,且在60℃高温条件下,环氧乳化沥青粘层的最佳洒布量为0.8 kg·m~(-2);当洒布量和正应力相同时,由于黏结力的减小,抗剪强度随温度升高而逐渐减小;5种路面结构在100 k N和200 k N荷载作用下,层间最大剪应力分别小于容许剪应力和抗剪强度,沥青面层不会产生剪切疲劳破坏及高温重载作用下的极限剪切破坏.     

基于三维细观空隙的超薄罩面层间洒布量设计与性能评价

为了研究超薄罩面与原路面之间的层间粘结沥青洒布量,通过CT（Computed Tomography）和三维重构技术对混合料试件进行空隙扫描和三维重建,依据空隙分布规律确定环氧沥青的填充空隙用量。在此基础上,结合室内25℃、60℃的层间45°斜剪、直剪以及拉拔试验,分析不同沥青洒布量对层间剪切和粘结强度的影响。结果表明：Novachip Type-A环氧沥青和SMA-13混合料的空隙均沿试样高度呈C型分布,有效空隙集中于表面2mm以及底部1 mm,由此确定沥青填充空隙用量为0.25kg/ m^2。室内试验中满足最大层间剪切、粘结强度的沥青洒布量为0.7 kg/ m^2，层间洒布量过少、过大时会发生粘附及黏聚破坏,因此最佳层间洒布量为0.95 kg/ m^2。     

隧道路面加铺层的层间抗剪试验

以AC-13混合料和水泥混凝土面板模拟原隧道路面,以层间抗剪强度为指标,分别对常用的纤维橡胶微表处及NovaChip超薄磨耗层抗滑加铺层进行试验,研究了不同因素对加铺层层间黏结性能的影响.结果表明:NovaChip超薄磨耗层的抗剪切性能优于纤维橡胶粉微表处混合料;层间污染及下面层表面状况对抗滑加铺层的黏结性能影响显著;不同的加铺类型混合料对应的粘层油最佳洒布量不同,同一种加铺类型在不同温度下粘层油的最佳洒布量也不同;试验表明25℃时纤维橡胶粉微表处粘层油洒布量为0.8 kg·m~(-2).     

环氧乳化沥青粘层剪切疲劳性能

采用应力控制方式、半矢正弦波荷载波形、10 Hz加载频率和取值为0.1的循环特征值,以剪切断裂为疲劳破坏标准,在60℃恒温条件下,以0.2~0.7的应力水平在MTS810材料试验机上进行45°斜剪疲劳试验,对最佳配方和最佳洒布量的沥青路面及桥面沥青铺装层环氧乳化沥青粘层的剪切疲劳性能进行了研究,建立了剪切疲劳寿命回归方程.结果表明:应力水平对疲劳寿命有较显著的影响,60℃高温条件下,当应力水平由0.2增加到0.7时,沥青路面及桥面铺装环氧乳化沥青粘层的疲劳寿命降幅分别为97.4%和99.3%;建立的疲劳寿命对数与剪应力回归方程有较高的精度,且桥面铺装结构剪切疲劳寿命较沥青路面对剪切应力更为敏感.     

沥青路面养护层层间粘结材料试验方法设计

为使层间粘结材料满足路面耐久性要求,根据沥青路面养护层的应用条件进行分析。采用直剪试验可直接评价层间粘结作用;通过设计复合马歇尔试件的成型方法,并对比复合车辙板取芯试件的剪切试验结果,表明前者具有更好的稳定性;水煮粘附性试验能有效地表征粘层材料的抗水剥落性能,是层间粘结性能的重要影响因素,通过分析乳化沥青的粘附性试验,以沥青的质量裹覆率代替面积裹覆率进行指标的量化能更加准确有效地评价其抗剥落性,其试验结果同样具有良好的稳定性。     

基于沥青加铺路面的应力吸收层指标的研究

针对旧水泥混凝土路面沥青加铺路面反射裂缝比较突出的问题,对扬州地区的典型加铺路面(328国道海宁线仪征段133K～146K和158K～163K)进行深入的调查,得出反射裂缝主要取决于接缝处治不合理和层间粘结强度不足。本文通过大量的应力吸收试验,对9种粘层沥青类型、"两油一料"的应力吸收层结构以及不同级配的应力吸收层集料的进行剪切和拉拔试验,确定了最佳的粘层沥青类型和撒布油量以及应力吸收层集料的级配类型。结果表明:壳牌沥青其作为粘结层抗剪切和抗拉拔强度最大;"两油一料"撒布时,最佳沥青撒布油量为:第一层1.0kg/m2,第三层0.5kg/m2;集料选择单一粒径粘结效果最好。     

高黏乳化沥青层间黏结材料设计与性能研究

针对层间黏结材料黏结效果差、耐久性不足的问题,提出一种新的高黏乳化沥青作为层间黏结材料并对其性能进行了研究.首先,采用二次热混合法制备高黏乳化沥青,并与水性环氧改性乳化沥青和SBR改性乳化沥青进行筛上剩余量、蒸发残留物三大指标、黏度等试验;其次,在上面层同为UTFL-13沥青混合料,下面层分别是AC-13、AC-10沥青混凝土和水泥混凝土及25 ℃、60 ℃的温度条件下进行层间拉拔试验和直接剪切试验.结果表明,相比于其他两种改性乳化沥青,高黏乳化沥青的耐热性和塑性更好,黏度更高;黏结效果排序为高黏乳化沥青＞SBR改性乳化沥青＞水性环氧改性乳化沥青;下面层所用材料不同,层间黏结材料的最佳用量不同.     

基于结构韧性提升的超薄磨耗层层间处治设计

为提升超薄磨耗层的结构韧性和整体协同受力,提出一种“V”型开槽抗裂缝反射处治技术和特种不粘轮乳化沥青黏层组合的层间处治设计方案。通过室内复合试件的剪切试验和拉拔试验,对比分析了特种不粘轮乳化沥青的黏结效果,并使用法国Alize路面结构设计程序计算出了不同层间黏结状态下的路面结构使用寿命。通过有限元软件ABAQUS对路面结构进行了力学分析,验证“V”型开槽技术的抗裂缝反射效果。最终通过依托工程的现场实施和对比分析,验证采用该层间处治设计方案的实际使用效果。结果表明：特种不粘轮乳化沥青的层间黏结效果明显优于普通乳化沥青和改性乳化沥青,是一种性能优良的层间黏结材料,在最佳乳化沥青用量下,可分别延长使用寿命59.8%和34.8%；“V”型槽结构的槽底尖端形状可形成孔洞效应,能有效消减裂缝尖端应力集中,“V”型槽结构的应力强度因子K始终小于普通路面结构,说明“V”型开槽技术能够有效抑制动载作用下的裂缝扩展；从现场观测来看,采用“V”型开槽技术处治后的横向裂缝尚未发展到道路表面,而采用普通灌封工艺处理的横向裂缝已发展到道路表面,且整个试验段无其他病害产生,证明该层间处治设计方案使用效果良好,可有效提升超薄磨耗层的结构韧性。