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    基于连续施工技术的基面层间粘结性能试验研究
    2019年04月04日    阅读量:4161    新闻来源:沥青网 www.ktyjk.com  |  投稿

    拜仁纽伦堡 www.ktyjk.com

    在中国半刚性基层沥青路面设计中,路面结构被假定为弹性层状连续体系。然而,由于路面结构各层材料属性的差异和施工顺序的先后,各结构层间很难达到完全连续的状态,特别是在基层和面层之间,材料性质相差很大,层间更容易出现剪切滑移破坏。虽然可以采用在基层表面施作透层和封层的手段在基面层上下接触面间提供粘结,但大量的工程实例证明:由于基层顶面在养护过程中容易造成污染,且透层、封层施工工艺及质量良莠不齐,造成基面层层间粘结隐患,透层和封层的作用极为有限,水泥稳定碎石基层与沥青混凝土面层的层间界面粘结薄弱中国沥青网www.ktyjk.com。半刚性基层与沥青混凝土面层的层间粘结状态,直接影响路面结构层应力的分布和应力位置的变化,以及路面结构的抗裂及抗疲劳性能,是半刚性沥青路面易发生早期结构病害及水损坏的关键问题。


    半刚性基层沥青路面连续施工方法,在基层混合料中掺加具有缓凝微膨胀效果的抗裂缝剂,延迟基层初凝时间,在基层铺筑碾压后,直接进行面层沥青混合料的铺筑,实现基、面层施工连续流水作业。相对于传统施工工艺,连续施工改变了半刚性基层和沥青混合料面层间的连接方法和状态,在基层铺筑碾压完成,混合料尚未完全初凝前铺筑沥青混合料。此时,基层强度较小,处于塑性状态,随着压路机的振动碾压,面层底面的骨料可嵌入到基层表面一定深度,使基、面层间相互嵌锁,接触表面交错,沥青胶浆和水泥胶砂在胶凝材料水化开始时即相互渗入,一直延续至硬化板结,从而形成真正意义上的基面层连续体系,实现最佳的基面层层间粘结性能。该文通过基面层层间剪切、拉拔试验,对比分析传统施工方法与连续施工方法,以及连续施工不同延迟时间、压实控制条件下,半刚性基层与沥青路面的基面层层间粘结性能,为沥青路面基面层施工技术的选择及连续施工工艺的实施提供技术参考。


    原材料性能及试验方法


    原材料


    试验所用水泥为湖北华新PO42.5级普通硅酸盐水泥??沽逊旒廖栽戳资辔牧献孕锌⒌木哂形⑴蛘图盎耗Ч牡缆房沽逊旒?,掺量为水泥质量的5%,采用外掺法添加。沥青混合料油石比为4%,沥青为70#道路石油沥青,检测结果均符合规范要求。


    试验方案


    不同的层间处治措施,将会产生不同的层间接触状况,从基层表面处治技术、层间封层技术及基面层施工工艺3个方面,对比不同层间处治组合下,沥青路面在连续施工与常规施工条件下的层间粘结效果。常规施工基层表面分别采用未处治、拉毛和刻槽3种处治方式,层间封层采用沥青碎石同步封层,连续施工基层表面不做处治。按照不同层间处治方式,采用轮碾法制备基面层双层试件,基、面层的厚度均取5cm,然后将车辙试件钻芯后分别进行基面层间的剪切及拉拔试验。


    基面层间粘结强度试验结果分析


    基层表面摩擦系数对比分析


    对于传统工法成型的水泥稳定碎石基层板,在基层表面撒布透层之前,使用摩擦系数仪,测试经不同处治方式的水泥稳定碎石基层板的表面摩擦系数用以对比;对于连续工法成型的水泥稳定碎石基层表面,使用试件拉拔试验破坏后的基层试件表面用于测定其摩擦系数。


    可以看出:常规工法成型的水泥稳定碎石板,基层表面经处治后表面摩擦系数均增大,基层表面采用刻槽处治对摩擦系数的增强效果最为明显,与未经处治的摩擦系数相比,平均提高了20%,采用表面拉毛的处治方式,对基层表面摩擦系数提高了约13.7%。连续工法成型的水泥稳定碎石层表面摩擦系数大大高于常规工法经刻槽处治后的基层表面,基层表面摩擦系数提高了约23.9%?;惚砻婺Σ料凳奶岣叨杂谔岣呋娌悴慵淇辜羟慷仁钟欣?。


    层间抗剪强度对比分析


    可知:对于常规方法成型的基面层试件,基层表面采用拉毛处治的基面层间抗剪强度比未做处治的层间抗剪强度提高了约14%,而基层表面采用刻槽处治的基面层间抗剪强度最高,较基层表面未做处治的抗剪强度提高了约24%。对于连续施工方法成型的基面层连续试件,基层表面喷洒透层油比基层表面未喷洒透层油的基面层间剪切强度稍有提高但并不十分明显,说明透层油对于增强基面层间的粘结强度作用较小。采用连续施工方法成型的试件基面层间抗剪强度普遍比常规方法成型的试件高,较常规施工基层表面未处治的抗剪强度提高了约43%,较常规施工基层表面刻槽处治提高了约15%,连续施工对于提高基面层间抗剪强度作用明显。


    层间拉拔强度对比


    采用不同基层表面处治方式的基面层间拉拔强度与层间剪切强度的变化趋势相似,采用拉毛处治和采用刻槽处治均能够提高基面层间的抗拉拔强度,其拉拔强度分别提高了15%20%。采用连续方法成型的基面层试件层间拉拔强度比采用常规方法成型的基层表面未处治试件抗拉拔强度提高了约36.8%,较基层表面刻槽处治提高了约15%,透层油的喷洒一定程度上有利于连续施工基面层间的粘结,喷洒透层油的基面层间连续试件层间拉拔强度较未喷洒透层油的试件稍有提高,但是作用并不特别明显。因此,在实际连续施工实施中,考虑到透层油喷洒后还需要预留一定的时间待其破乳才能实施面层,为了节约工序,减少施工组织的复杂性,可以省去透层油的喷洒。


    传统施工中,水泥稳定碎石基层和沥青混合料面层间的粘结强度主要依靠沥青的粘聚力和基层表面与同步碎石间的摩擦嵌挤力,虽然可以通过对基层表面进行拉毛和刻槽处治来提高基层表面的摩擦系数,从而提高基层表面与同步碎石封层间的摩擦嵌挤力,以达到提高层间粘结性能的目的,但施工工序较多且施工工艺较难控制。而采用连续施工方法,则既可以精简施工工序,省去透层和封层,又能够达到有效提高基面层间粘结性能的目的。


    连续施工基面层粘结强度影响因素分析


    对于连续施工的基面层粘结界面,由于基面层混合料在施工成型碾压时相互嵌挤,在抵抗剪切拉拔作用时,其界面处的强度由两部分构成:一部分是集料颗粒之间的内摩擦力和嵌挤力;另一部分是沥青结合料与集料之间的粘结力和内聚力。沥青结合料与集料间的粘结力主要受沥青材料和集料颗粒自身性质的影响,而集料颗粒之间的内摩擦力和嵌挤力则不仅与材料性质有关,还要受到施工压实度控制、基面层连续施工摊铺施工间隔等施工因素影响。连续施工的实施,旨在尽可能简化传统施工工艺流程,节约施工周期,因此,原则上连续施工对沥青材料和集料的选择无特殊要求,以下主要针对基层初始压实度和面层延迟成型时间这两个主要施工影响因素进一步展开试验研究。


    基层压实度对连续施工层间粘结强度的影响


    连续施工中,基层材料充分利用了面层的压实功,基层初始压实度的不同,将会直接影响基层自身强度的形成、基面层间的粘结状况以及基层对面层压实功的利用。通过控制基层水泥稳定碎石板成型时的材料用量,来控制不同的基层初始压实度。分别采用90%、94%、96%、98%4个压实度计算基层混合料用量,成型不同压实度的基层水泥稳定碎石板,用连续工法制作基面层连续试件,且基层表面不喷洒透层油以排除透层油的干扰因素。为保证试验数据的可比性,在基层上面成型沥青混合料面层板时,控制面层压实遍数相同。成型脱模后,养护至试验龄期钻芯,进行层间剪切及拉拔试验。


    可以看出:对于采用连续工法成型的基面层试件,随着基层初始压实度的提高,层间粘结性能先提高,后下降,存在一个最适宜初始压实度使得基面层间的粘结强度达到最大。当初始压实度低于96%时,由于基层压实度较低导致基层本身强度过低,因而对层间粘结性能产生不利影响。当基层初始压实度为96%~98%时,基面层间粘结强度较高,且基层压实度为96%时较压实度为98%时稍有提高,这是因为经过适当压实的基层混合料,在连续施工面层摊铺碾压时,压路机的压实功通过面层传递给基层,基层混合料受到二次碾压,基面层间嵌挤效果达到最佳且基层压实度进一步提高。而当基层初始压实度过高时,经过碾压后的基层表面过于密实,导致面层混合料在压路机的碾压下无法有效嵌入基层混合料中,因而层间粘结强度较低?;愠跏佳故刀任?/span>100%时,其层间粘结强度较压实度为98%时没有提高,反而降低了,且在面层压路机的二次碾压作用下容易造成基层压实度超百的问题。


    《公路工程质量检验评定标准》对于水泥稳定粒料基层的压实度要求为:高速公路、一级公路98%,其他公路97%。而通过以上分析可知:基面层层间的最佳粘结强度所需的压实度与该标准基本吻合。因此,在实际公路工程基面层施工中采用连续工法时,可以通过铺筑试验路来控制施工基面层的压实遍数和压实度,使其达到正常标准即可。


    延迟成型时间对连续施工层间粘结强度的影响


    抗裂缝剂的加入,能够将基层水泥稳定碎石材料的初凝时间控制在8~10h之间。在基层混合料铺筑碾压成型后,即进行面层混合料的摊铺及碾压,取消基层7d养生期,缩短施工工期。连续施工中,为了防止由于压路机的二次碾压对基层材料的结构破坏,则必须在基层凝结硬化强度形成前,完成面层的铺筑和碾压。通过采用模拟施工间歇条件的延迟成型方法,先将基层水泥稳定碎石板按照预定的压实度压实后,分别放置3、6、9、12h后再摊铺面层沥青混合料碾压,成型后脱模钻芯进行试验,测定不同的基面层施工时间间隔对层间粘结强度的影响。


    可以看出:面层延迟成型时间为3、6、912h时,其所对应的层间剪切强度损失率分别为7.6%、12.3%、16.424.9%。在延迟成型时间为9h以内时,延迟成型的强度损失率较小,可以满足连续施工中基面层连续施工的要求。延迟成型时间为12h时,超过了基层水泥稳定碎石混合料的初凝时间,基层初步开始发生凝结硬化,且由于试验中为了贴合实际施工条件,并未对其表面做防水覆盖和保湿措施,基层混凝土板放置时间过久,使基层板表面裸露失水,导致基层表面细碎颗粒的失水松散,不利于层间粘结。


    半稳定状态下连续施工基面层间嵌入深度研究


    连续施工工艺通过“柔对柔”的摊铺,使面层混合料与基层混合料的粒料之间能够相互嵌入,面层沥青结合料能够融入基层,从而有效提高不同材料层之间的结合,这是连续施工区别于常规施工的技术优势和重要特点。连续施工成型的路面结构,其基面层间的粘结强度不仅仅依靠于沥青材料的粘附性,而是在基面层层间形成不规则的齿状嵌锁结构?;娌慵涞那端Ш鲜沟昧┕せ娌慵浣哟ジ?、紧密,从而提高了路面层间荷载传递水平和使用寿命。


    为了研究不同状态下连续施工基面层层间的嵌入深度,将上述室内采用连续工法成型的试件其层间嵌入深度进行量测。


    可知:基层压实度越高,基面层间嵌挤深度越浅,当连续施工基层压实度在96%~98%之间时,可使道路基面层间嵌挤深度达到8~10mm,基面层间能够较好地相互嵌锁咬合?;娌慵涫┕ぱ邮背尚褪奔涠曰娌慵淝都飞疃鹊挠跋觳⒉幻飨?,只有当延迟成型时间超过基层初凝时间时,基面层间嵌挤深度稍有减小。


    结论


    (1)通过对基层表面进行拉毛和刻槽处治能够提高基层表面的摩擦系数、剪切强度和拉拔强度,表面刻槽对于改善层间粘结性能较表面拉毛效果更好。连续施工方法成型试件的层间粘结强度均高于常规施工方法成型的试件,对于提高层间粘结性能十分有利。透层油的喷洒对于连续施工试件的层间粘结强度稍有提高,但并不明显。


    (2)连续施工中,随着基层压实度的提高,层间粘结性能先提高后降低,存在一个最适宜压实度使得基面层间的粘结强度达到最大。连续施工中采用基层初始压实度为96%~98%可使基面层间获得较高的粘结性能。


    (3)在抗裂缝剂所能使基层水泥稳定碎石达到的延迟凝结硬化时间内,连续施工延迟成型的强度损失较??;超过该时间,则会对层间强度造成一定的损失。因此,连续施工中应该严格控制施工工序,使面层混合料在基层初凝前8~10h完成铺筑。


    (4)基层压实度越高,基面层间嵌挤深度越浅,当连续施工基层压实度在96%~98%之间时,可使道路基面层间嵌挤深度达到8~10mm,基面层间能够较好地相互嵌锁咬合?;娌慵涫┕ぱ映俪尚褪奔涠曰娌慵淝都飞疃鹊挠跋觳⒉幻飨?,只有当延迟成型时间超过基层初凝时间时,基面层间嵌挤深度稍有减小。


    对于连续施工的基面层粘结界面,由于基面层混合料在施工成型碾压时相互嵌挤,在抵抗剪切拉拔作用时,其界面处的强度由两部分构成:一部分是集料颗粒之间的内摩擦力和嵌挤力;另一部分是沥青结合料与集料之间的粘结力和内聚力,相对于常规施工路面结构,连续施工层间具有更大的粘结强度和抗拉剪强度。



    标签:技术中心,沥青混凝土
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