层间黏结界面对路面抗剪性能的影响需要做进一步的研究

沥青路面是多层复合体系，其力学性能不仅与材料性能有关，还与层间的黏结性能有关，沥青路面层间结合问题是导致很多路面早期病害的重要原因之一。在使用过程中，路面层间并非处于完全连续状态，而是一种介于连续与滑动之间的状态，在车辆荷载作用下的力学响应与完全连续理想状态下有较大差异。层间接触面是沥青路面的薄弱之处，尤其是在有水渗透、路面开裂以及层间分离时更容易导致路面结构性损坏。

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2005年，Randy CWest等研究了路面结构类型等因素对层间黏结性能的影响，结果表明细级配混合料试件的层间黏结强度比粗集料混合料试件的黏结强度高。2010年，Louay N 等对不同黏层材料和洒布量的层间黏结性能进行研究，发现面层表面的粗糙程度对层间抗剪强度影响很大。近年来，国内对沥青混合料或者沥青路面的抗剪性能研究较多。2007年彭勇等人在60℃温度下研究了集料级配、集料性质、沥青性质和含油量对沥青混合料抗剪强度的影响，发现随着集料中针片状颗粒含量增大，沥青混合料抗剪强度减小；2013年黄余阳阳在使用多功能层间力试验仪进行试验时发现，在试验选用的6种黏结材料中弱风化灰岩强度，SBS改性乳化沥青提供的抗剪强度最大，较大的竖向荷载会减小不同洒布量对抗剪强度的影响；2014年陈华鑫和黄泽国研究了试验测试条件和路面结构形式对沥青混凝土路面层间黏结效果的影响，发现层间抗剪强度随层间界面的污染而急剧下降，在超薄磨耗层、沥青玛蹄脂碎石、密级配沥青混合料、开级配大空隙率沥青混合料路面结构中，层间抗剪强度顺序为>SMA>。以上研究成果使道路工作者清晰认识到加强层间黏结对提高路面整体性能具有重要意义。因此，关于层间界面对路面抗剪性能的影响需要做进一步的研究。 #

本文以上下面层沥青混合料接触面构造和黏层油种类及用量为重点研究对象，分别研究其对层间抗剪强度的影响规律和机理，并探究如何通过材料优化和工艺改进来增加沥青混凝土面层层与层之间的黏结性能，为层间黏结措施完善与优化提供技术参考。 #

试验材料 #

原材料性质

本研究沥青混合料所采用的沥青为SBS聚合物改性沥青，按照公路路面相关规范的要求及步骤进行试验；粗集料为玄武岩，清洁、干燥、表面粗糙，不含风化颗粒；细集料为机制砂；填料为石灰岩磨细的矿粉，矿粉干燥、洁净，能自由地从矿粉仓流出。 #

沥青混合料组成

本试验的矿料级配采用施工技术规范中规定的混合料级配中值。 #

试验方案设计 #

黏层油洒铺及试件成型 #

本研究黏层油采用了3种材料：70号普通沥青、SBS改性沥青、阳离子乳化沥青。试验中阳离子乳化沥青由实验室自制而成，其90号基质沥青经试验符合相关技术规范和试验规程的技术标准要求，固含量为38%，实际洒铺用量以规范推荐的液体挥发后的残余量为控制；普通沥青及SBS改性沥青以实际洒铺用量为控制。当黏层油采用普通沥青、SBS改性沥青时，在洒铺前先将沥青加热，而采用乳化沥青时无需加热。制作复合试件时，先击实成型1/2高度的马歇尔试件（即半成型试件），在洒铺黏层材料前先将半成型的混合料试件去皮称重，然后用刷子快速在试件表面上均匀涂抹加热好的黏层材料至设计用量，紧接着击实另一半试件，直至复合试件成型。 #

混合料组合类型 #

为研究界面有效黏结面积及界面粗糙度对层间抗剪强度的影响，试验中沥青上下层材料使用AC-13与AC-20组合、AC-16与AC-20组合、SMA-13与AC-20组合、OGFC-13与AC-20组合等4种结构组合方式。采用铺砂法进行各混合料的表面构造深度测试。复合试件黏层材料采用阳离子乳化沥青，黏层油洒铺量为0.8kg/m?。

测试方法 #

试件模型采用复合圆柱体试件的结构。将成型好的试件放在水浴中养护30min，然后将养护好的复合试件安装到夹具中并固定，利用沥青混合料稳定度测定仪测定复合试件的抗剪强度。抗剪强度试验分为两种类型，即仅有水平剪力Ｔ作用的直剪试验和竖向压力Ｐ与水平剪力Ｔ联合作用的直剪试验。 #

试验结果及分析 #

混合料组合类型对层间抗剪强度的影响

对于由两种级配类型组合而成的复合试件来说，层间摩擦力的大小应该与上下面层混合料的表面构造深度均有关系。因此上下面层混合料组合方式不同，其层间抗剪强度将会有所区别。

可以看出如下。

（1）在施加0MPa竖向压力时，组合类别一层间抗剪强度最大，其他3种组合的层间抗剪强度相差不大，但呈小幅递减趋势。分析认为，AC型沥青混凝土属于悬浮密实结构，沥青混合料成型后表面形态较为平整，成型后层间接触面积大且表面粗糙，因此可以提供较大的摩阻力和黏结力，因此AC型混合料组合其层间黏结性能更好。

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（2）当施加0.25MPa竖向压力时，组合类别三层间抗剪强度最大，其抗剪强度在施加竖向压力后的增幅也最大，组合类别一增幅最小弱风化灰岩强度，其他（组合类别二、四）介于这两者之间。分析认为，ＳＭＡ－１３表面构造深度大，表面更粗糙，根据摩尔－库伦定律，在受到竖向压力作用时的剪切过程中，层间摩阻力增幅更大，因而抗剪强度增幅更大。 #

（3）OGFC-13属于骨架空隙结构，与其他3种混合料相比构造深度值最大，然而该组合类别的复合试件层间抗剪强度值最小。分析认为，OGFC-13虽然能够形成骨架，但其空隙率较大，洒铺的黏层材料易从空隙流失，导致残留在层间界面上的黏层材料较少，故所能提供的黏结力降低，层间抗剪强度减少。另外混合料空隙率较大，导致层与层之间有效黏结面积减少。因此，即使施加0.25MPa竖向压力后，其层间的摩阻力增幅也有限。

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总体而言，在黏层油用量一定的情况下，当仅有水平剪力作用时，层间抗剪强度随黏结界面粗糙程度增加而有所降低。而当受水平剪力及竖向压力联合作用时，界面粗糙程度与层间抗剪强度无显著相关性。为提高层间抗剪性能，对上下层混合料而言，在增大层间有效黏结面积的同时应增大界面粗糙程度。 #

黏层材料及其用量对层间抗剪性能的影响 #

根据国内外相关资料可知，黏层材料用量对层间抗剪强度的影响至关重要。用量过少，不能提供足够的黏结力；用量过多，易在层间形成富油层，不仅不会提高层间抗剪强度，反而会降低层间抗剪能力。本文针对乳化沥青、改性沥青、70号普通沥青等3种黏层材料，在25℃温度下进行AC-13与AC-20复合试件的层间剪切试验，测定不同黏层油用量下的层间抗剪强度，以确定黏层材料及其用量对层间抗剪强度的影响规律。

（1）随着黏层油用量的增加，3种黏结材料的层间抗剪强度均呈现先增加后减少的变化规律。分析认为，当黏层油用量少时，黏层油不足以在集料表面形成黏结薄膜，结构整体性差，层间抗剪强度低。此时随着黏层油用量增加，表面逐渐形成黏结薄膜，层间黏结效果逐渐提高，层间抗剪强度逐渐增加。随着黏层油继续增加，黏结膜增厚，自由黏层油增加对层间可能发生的相对运动起润滑作用，致使层间抗剪强度降低。

（2）黏层油用量存在一个最佳值，在此用量下，沥青层间黏结更牢固。3种黏层材料25℃时的层间抗剪强度的大小排序为：SBS改性沥青>普通沥青>乳化沥青。 #

（3）洒铺乳化沥青的破坏界面平齐干涩，洒铺改性沥青的破坏界面更粗糙黏滞，这表明黏层材料所能提供的抗剪强度在很大程度上与材料的黏度密切相关。材料黏度大，提供的抗剪强度将更大。因此。为提高层间抗剪性能，对黏层材料本身而言，在控制其用量的同时应增大材料的黏滞性。

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结语

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（1）在仅有水平剪力作用时，AC-13与AC-20复合试件由于混合料结构最密实且表面粗糙，表现出最大的抗剪强度。这说明混合料本身的结构特性对层间抗剪强度有显著影响，结构越密实的同时表面越粗糙，能提供的接触面积和摩阻力越大，抗剪强度越好。 #

（2）施加竖向压力后，抗剪强度增量最大的SMA-13与AC-20组合显现出最好的抗剪性能，分析认为其增量主要来自于层间摩阻力，但总体而言在竖向压力和水平剪力同时作用的情况下，沥青混合料层间抗剪强度与界面粗糙程度并无显著规律。

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（3）3种黏结材料的层间抗剪强度随用量的增加均呈现先增加后减少的变化规律，说明黏层油的用量存在一个最佳值。在该最佳用量条件下，黏层油能提供的最大抗剪强度取决于材料本身的黏度。

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