级配碎石基层沥青混凝土面层的层间粘结行为

杨大田，李聪



级配碎石基层沥青混凝土面层的层间粘结行为

杨大田1,2，李聪1

(1.招商局重庆交通科研设计院有限公司 国家山区公路工程技术研究中心，重庆 400067；2. 重庆交通大学 土木建筑学院，重庆 400074)

级配碎石基层作为柔性基层，与沥青混凝土层的层间粘结行为十分复杂，是影响沥青路面性能的关键之一.为此，采取正交试验方案，选取基层级配、封层厚度以及透层油量作为变量以及三个水平，通过室内足尺直剪试验，以抗剪强度为评价指标分析其粘结行为.试验表明，基层级配碎石性能越良好，稀浆封层厚度越大，透层油量达到规范的下限值，则层间粘结行为越良好.

级配碎石；粘结行为；正交试验；直剪试验

0 引言

尽管在规范中明文规定，柔性基层可用于各级公路，这其中的柔性基层包括有级配碎石基层[1].但是，在实际的工程实践中，却鲜有得到运用[2-3].究其原因，是大家对级配碎石的认识还不够充分.在沥青路面各结构层，是非连续的，其层间粘结状态是整个路面结构相对薄弱的环节.那么，在保证各结构层本身(特别是级配碎石基层)有足够的强度之外，其层间粘结行为则成为了影响路面结构性能的关键之一[4].目前，国内外关于与级配碎石基层粘结行为的研究较少，主要是针对半刚性基层[5-6].那么，本章以较好的级配碎石基层为基础，对级配碎石基层沥青混凝土路面层间粘结行为开展研究.

本文选取A、B、C三组级配作为级配碎石基层类型，首先进行回弹模量试验、CBR试验以及动力CBR试验，综合评价三组级配.结果表明：这三组级配性能均表现良好，其优劣顺序为：B级配>C级配>A级配.

1 试件成型

本次直剪试验为室内足尺直剪试验，在参考规范中的路面结构及文献的基础上[7-8]，将该直剪试件模型的尺寸定为300 mm×300 mm×180 mm，采用自制试模加以固定成型.其中，级配碎石基层的厚度为100 mm，沥青面层的厚度为80 mm，在基层和面层中间设有4～8 mm的稀浆封层和透层油.

1.1 成型方案

目前，关于沥青路面层间粘结试验研究，多在于沥青混凝土与半刚性基层、水泥混凝土层等，但与级配碎石基层的层间粘结研究，目前国内外鲜有报道. 本文不考虑沥青下面层AC20的变化，只考虑级配碎石基层级配、 稀浆封层厚度和透层油铺撒量，并每种因素分三种水平，进行三因素三水平正交试验，其正交试验表L9(34)，见表1.

表1 直剪试验正交试验表L9(34)

1.2 试样成型

(1)表面振动成型级配碎石基层

选取碎石级配，最大干密度，最佳含水量以及压实度结合试样的体积参数进行称料.将称好的各档集料先进行干拌，拌合均匀后再加定量的水再进行均匀拌合，然后将拌合好的料放入试模内用夯实机进行人工夯实.在基层被夯实到足够密实后，级配碎石基层成型完成，如图1所示.

(2)喷洒透层油

为保证透层油能够顺利透入到基层内部，将基层放置一段时间(一般1～2天左右，使表面较干燥)，喷洒透层油.将称取好的透层油用均匀喷洒在整个基层表面，使得透层油能够均匀透入，成型后如图2所示.

图1 成型基层

图2 撒布透层油

(3)摊铺稀浆封层

当破乳(沥青由棕色变为黑色)，开始摊铺稀浆封层，成型后如图3所示.

(4)成型面层

在稀浆封层完全硬化，沥青破乳之后，开始成型沥青混合料下面层，成型后试件如图4所示.

图3 摊铺封层

图4 成型面层

2 水平剪切强度试验

将成型好的试件放置于钢槽以内；以恒定的速度缓慢推动千斤顶，使试件发生直剪破坏，并同时记录试验动态剪力值；观察峰值测量仪上的剪力变化，并记录最大剪力值.试验过程见5，试件破坏后，其层间界面破坏效果见图6.

图5 简易直剪仪

图6 试件破坏界面形态

3 试验结果分析

根据上述试验方案，进行正交试验.将每组试验分别进行3组平行试验，得到最终的试验结果，见表2.

表2 直剪试验试验结果

从表2可以看出，标准差和变异系数相对较小，满足数理统计要求，试验结果真实可靠.对表2采用数理统计中的方差分析法进行统计分析，结果见表3和表4.

表3 直剪试验统计计算分析表

表4 显著性水平分析表

(1)显著性影响分析

查F分布表，可得临界值F0.10(2，2)=9.00，F0.05(2，2)=19.00，F0.01(2，2)=99.00.本文给定的显著性水平为α=0.05，通过比较各因素的F值与临界值F0.05(2，2)可得：因素a，b对试验结果有显著性影响，因素c对试验结果没有显著性影响.也就是说，级配碎石基层的级配和稀浆封层的厚度对层间粘结行为有显著性，透层油对其效果不显著.

(2)优方案的选取

在获取级配碎石基层和稀浆封层对层间粘结行为有显著性影响之后，可进一步进行优方案的选取.

最优方案的选取可通过趋势图得到.可将因素水平作为横坐标，每一水平的试验结果的平均值作为纵坐标，从而得到各因素的趋势图，见图7.从图中可以看出，当级配碎石取B级配，稀浆封层厚度取8 mm，透层油量取0.135 kg时，其抗剪应力的最大的.

图7 各因素的趋势图

从图7(a)还可以看出，良好级配是级配碎石成功运用的关键.图7(b)表明：随着封层厚度的增加，其层间抗剪应力是相应增大的.其原因是，随着封层厚度的增加，其封层级配中粗集料的比例相应增加，更能与级配碎石基层进行咬合，但封层的厚度不能超过规范的上限值.从图7(c)可以看出，透层油的喷洒量对抗剪强度影响不大.因此，在级配碎石基层喷洒透层油可选取规范中的下限值.

4 结论

主要是以抗剪强度为指标，通过室内足尺直剪试验对三因素三水平的试样进行层间粘结行为进行评价分析，得出如下结论：

(1)从试件破坏界面来看，层间粘结行为的薄弱面主要是出现在基层和封层之间.可见，将面层作为不变量来考虑是合理的;

(2)通过正交试验结果表明，级配碎石基层级配、稀浆封层厚度以及透层油量对层间粘结行为的显著性影响的顺序依次为：级配碎石基层级配>稀浆封层厚度>透层油量;

(3)从优方案的选取中得到，级配碎石的级配越良好，稀浆封层厚度越大，透层油量只为规范的下限值，则表明层间粘结行为越良好.

[1]中华人民共和国交通部.JTJ D40-2006 公路沥青路面设计规范[S]. 北京：人民交通出版社，2007.

[2]张丽华，陈开良. 半刚性路面病害及防治措施[J]. 内蒙古公路与运输， 2006，93: 48-50.

[3]王龙，冯德成. 提高级配碎石基层使用性能的方法[J]. 中国公路学报， 2006，19(4): 40- 45.

[4]徐磊. 基于高渗透乳化沥青的层间粘结研究[D]. 沈阳：沈阳建筑大学，2011.

[5]汪水银. 半刚性基层与沥青面层粘结性能影响因素[J]. 交通运输工程学报，2010，10(2):12-18.

[6]陈瑞林. 基层级配对基面层间粘结行为的影响[J]. 内蒙古交通与运输，2009(5):1-3.

[7]杨斌，陈拴发，王秉刚,等. 级配碎石裂缝缓解层防裂机理及足尺疲劳试验[J]. 公路交通科技，2006，22(12):37- 40.

[8]张维全，魏星，周适,等. 级配碎石室内大型剪切试验性能研究[J]. 中外公路，2009，29(2):218-220.

Research on Bonded Behaviors Between Graded Crushed Stone and Asphalt Concrete Pavement

YANG Datian1,2， LI Cong1

(1.National Engineering and Research Center for Highways in Mountain Area, China Merchants Chongqing Communications Technology Research & Designing Institute Co., Ltd, Chongqing 400074, China;2.School of Civil Engineering & Architecture, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

According to the orthogonal test, base gradation, seal thickness and prime coat were three vaiables and three levels, which were closely related to the bonding behavior. By indoor full-scale sirect shear test shear strength was the evaluated index, which interpreted their bonding behavior. The test show that the bonding behaviors are the best on the condition that the more grade of the graded crushed stone base being, the thicker slurry seal being and spilling quantity of prime coat being lower limit value.

graded crushed stone; bonding behavior; orthonogal test; direct shear test

1673- 9590(2016)02- 0061- 04

2015- 08-18

国家山区公路工程技术研究中心开放基金资助项目(gsgzj-2012-12)

杨大田(1973-)，男，讲师，博士，从事道路建筑材料的研究E- mail: tywoyangda@126.com.

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