界面处理方式对刚柔复合式路面界面层强度影响的试验研究
唐智伦 熊潮波 王火明
【摘要】界面层强度是影响刚柔复合式路面使用性能的重要因素，为了寻求合理的界面处理方式以及不同界面处理方式对界面强度的影响规律，本文通过室内拉拔试验和剪切试验研究了不同水泥混凝土板界面处理方式对刚柔复合式路面界面层强度的影响。结果表明，采用抛丸喷砂处理的界面，采用相同粘结层材料的情况下，得到的界面粘结强度和抗剪强度均较高;采用精铣刨处理，最佳的铣刨深度宜控制在6mm。论文成果对于今后修筑刚柔复合式路面时合理选择界面处理方式有重要参考价值。
【关键词】刚柔复合式路面;界面强度;斜剪试验;拉拔试验;喷砂界面;精铣刨
Experimental study on the effect of interface treatment on the strength of interface layer of rigid-flexible composite pavement
Tang Zhi-lun，Xiong Chao-bo，Wang Huo-ming
（China Merchants Chongqing Transportation Research and Design Institute Co.， LtdChongqing400067）
【Abstract】The interface layer strength is an important factor affecting the performance of rigid-flexible composite pavement. In order to find a reasonable interface treatment method and the influence of different interface treatment methods on the interface strength， this paper studies different cement concrete through indoor drawing test and shear test. The effect of the interface treatment on the strength of the interface layer of rigid-flexible composite pavement. The results show that the interface bond strength and shear strength are higher when the same bonding layer material is used in the interface treated by shot blasting. The optimum milling depth should be controlled by fine milling. At 6mm. The results of the thesis have important reference value for the reasonable selection of interface treatment methods in the construction of rigid-flexible composite pavement in the future.
【Key words】Rigid-flexible composite pavement;Interface strength;Oblique shear test;Drawing test;Sandblasting interface;Fine milling
1. 概述
剛柔复合式路面指的是在水泥混凝土板上加铺沥青层而形成的路面结构，界面层位于水泥混凝土板与沥青面层之间，起粘结和防水作用。实践表明：界面层质量是影响刚柔复合式路面使用寿命的重要因素。界面层强度（包括抗剪强度和粘结强度）是评价界面层质量的重要指标。影响刚柔复合式路面界面层强度的因素有很多，主要包括以下两个大的方面：（1）界面层防水粘结材料;（2）水泥混凝土板界面处理方式。目前常用的界面层防水粘结材料包括卷材类和涂抹类两种，防水粘结层材料的性能对界面层强度有很大影响。有很多人曾做过不同的防水粘结层材料的界面层强度试验，得到了许多有用的结论。然而，针对水泥混凝土板界面处理方式对界面层强度影响的试验开展不多。本文通过室内拉拔试验和斜剪试验研究了不同的水泥混凝土板界面处理方式对界面层抗剪强度与粘结强度的影响。同时，针对精铣刨界面，研究了不同铣刨深度对界面层强度的影响，得到了最佳的铣刨深度。
2. 试验材料及方法
2.1试验材料。
试验采用热涂SBS改性沥青作为界面层防水粘结材料，水泥混凝土板采用采用普通硅酸盐水泥（32.5）、中砂（河砂）和集料（碎石）。按照C30强度等级设计。加铺层沥青混合料采用普通兰炼AH-90沥青，集料采用石灰岩，混合料级配采用AC-16C型。鉴于本文研究的重点是水泥混凝土板界面处理方式对界面层强度的影响，因此对于面层沥青混合料的组成设计不予强调。SBS改性沥青试验结果见表1，水泥混凝土板配合比见表2。
2.2试验方法。
试验采用直接拉拔试验测定界面层粘结强度，采用450斜剪试验测定界面层抗剪强度。采用砂轮对水泥混凝土板界面进行处理，模拟以下四种界面：喷砂界面、精铣刨界面、人工界面、光面。精铣刨界面铣刨深度控制为4±1mm，人工界面凿孔深度控制为3±1mm，喷砂界面最大深度控制为2mm。试验采用水泥混凝土板+防水粘结层+沥青混合料层复合板试件，采用车辙仪轮碾成型。经养护待强度达到要求后，在切割机上将复合板切割成标准尺寸的试件。此次试验采用的试件尺寸（长×宽×高）为：抗剪试验试件尺寸（10×5×10）cm，拉拔试验试件尺寸（5×5×10）cm。试验温度控制在25±2℃，防水粘结层厚度为1mm。
3. 试验结果与分析
（1）通过拉拔试验和剪切试验，得到不同水泥混凝土板界面处理方式下的界面层强度见表3。
（2）试验结果表明，就抗剪强度而言，最好的是精铣刨界面，其次是喷砂界面、人工界面，最差的是光面;就粘结强度而言，最好的是喷砂界面，其次是精铣刨界面和人工界面，最差的是光面。此外，试验结果还表明水泥混凝土板界面处理方式对界面层抗剪强度的影响要比对粘结强度的影响大。分析原因，笔者认为：刚柔复合式路面界面层抗剪强度来源于两个方面，一是防水粘结层材料的粘结作用，二是面层沥青混合料与水泥混凝土板界面构造深度之间的摩擦咬合作用。精铣刨界面构造深度最大，与面层沥青混合料的摩擦咬合作用最强，因此，其抗剪强度表现为最大。光面由于界面构造深度最小，因此，界面抗剪强度基本上依靠防水粘结层材料的粘结作用，摩擦咬合作用較小。对于界面层的粘结强度而言，主要是依靠防水粘结层材料的粘结作用，并且与实际粘结面积的大小有关。由于喷砂界面表面呈平滑的曲面状，使得沥青面层与水泥混凝土板能够紧密结合在一起，且粘结面积较大，因此，其粘结强度较高。人工界面由于界面呈现为一个一个独立的坑洞，使得面层沥青混合料很难与水泥混凝土板紧密结合，由于坑洞处缝隙的存在，使得界面层粘结强度最小。因此，综合抗剪强度与粘结强度而言，最好的水泥混凝土板界面处理方式为喷砂界面，其次为精铣刨界面和人工界面，最差的是光面。对于高速公路，特大型桥梁桥面铺装结构，优先推荐使用喷砂界面。对于人工界面和光面只能用于低等级道路或者是对于界面层抗剪强度要求不高的路段。
4. 精铣刨界面最佳铣刨深度的确定
（1）此次试验还对精铣刨界面的铣刨深度进行了量化研究，目的是想弄清楚精铣刨界面的铣刨深度与界面强度（抗剪强度和粘结强度）的关系。同样选择热涂SBS改性沥青作为防水粘结层材料，涂层厚度为1mm。对不同铣刨深度进行了剪切试验和拉拔试验，试验温度控制在25±2℃。试验结果见表4。
（2）通过试验发现，铣刨深度对界面层抗剪强度和粘结强度都有一定影响。具体来说，随着铣刨深度逐渐增大，抗剪强度呈现先增大后减小的趋势，也即是随着铣刨深度的增大，抗剪强度出现一个峰值，此峰值对应的铣刨深度为6mm。对于粘结强度而言，随着铣刨深度增大而不断增大，但增长趋势逐渐减缓。尤其是当铣刨深度超过4mm后，粘结强度随铣刨深度增加而增长缓慢。
（3）分析原因，笔者认为有以下几方面：首先，随着铣刨深度由0逐渐增大，使得沥青混合料与水泥混凝土板之间的机械咬合作用增强，界面层的抗剪强度不再仅仅依靠防水粘结层自身的粘结作用，而部分依靠沥青混合料与水泥板之间的机械咬合作用。因此，随着铣刨深度增加，界面层抗剪强度呈现增大趋势。但是，随着铣刨深度的进一步增大，因为水泥板的凿缝深度较大，使得一方面加铺层沥青混合料与水泥板之间不能很好的密切粘结，不可避免会在凿缝内存留细微的缝隙，尽管随着铣刨深度增大，沥青混合料与水泥板之间有效接触面积增大，但随之出现细微缝隙的可能性也增大了，微裂隙的存在会削弱界面层的抗剪强度;另一方面由于铣刨深度过大，使得在凿缝尖端的应力集中更加明显，由于应力集中现象出现，使得界面层出现微裂纹的几率大大增加，因此，应力集中也会削弱界面层的抗剪强度。因此，出现界面层抗剪强度随铣刨深度增加而呈现先增后减的变化不足为奇。
（4）其次，随着界面层铣刨深度的增大，使得沥青层与水泥板之间的有效接触面积逐渐增大。尽管随着铣刨深度的增加，沥青层与水泥板之间出现空隙和微裂纹的几率也随着增加，但显而易见的是，这并不影响有效接触面积的逐渐增大。此处提到的有效接触面积指的是沥青混合料与水泥板之间实际的接触面积，不包括彼此之间存在的空隙和微裂纹。因此，这里的有效接触面积只是一个理想化的概念，实际上并不确定，也是无法准确测量得到的。由于沥青混合料与水泥混凝土板之间的有效接触面积逐渐增大，使得彼此之间的粘结强度也逐渐增大。而之所以会出现后期增长缓慢的原因，正是由于随着铣刨深度增大而出现更多的空隙和微裂纹的缘故。如图1反映了界面层强度随铣刨深度的变化关系。
（5）通过对精铣刨界面铣刨深度的定量研究，得到的结论是：界面抗剪强度随着铣刨深度的增大呈现先增大后减小的变化趋势，当铣刨深度在6mm左右时，界面抗剪强度达到最大值;界面粘结强度随着铣刨深度的增大而逐渐增大，但当铣刨深度超过4mm之后，增大趋势不明显。综合考虑界面层抗剪强度及粘结强度后，笔者认为：对于精铣刨界面控制铣刨深度在6mm是最佳的。考虑实际施工可能存在的误差，提出精铣刨界面最佳铣刨深度为：5～7mm，控制在4～8mm是合适的。当然，实际工程中对铣刨深度的选择还需要考虑所在路段的实际受力情况，综合考虑各种因素之后决定。
5. 结论
（1）通过室内拉拔试验和剪切试验，对不同水泥混凝土板界面处理方式进行界面层的强度测试。结果表明，在同等条件下，采用喷砂处理水泥混凝土板界面时，界面层抗剪强度与粘结强度都是比较高的。对于精铣刨界面而言，界面层强度随着铣刨深度变化而变化，当铣刨深度为6mm左右时，界面层强度达到最高。
（2）因此，在实际工程中，应该优先选用喷砂或者精铣刨来处理水泥混凝土板界面，且当采用精铣刨界面时，要尽量控制铣刨深度在6mm左右。然而，必须说明的是：本文所有的试验都是采用SBS改性沥青作为界面层防水粘结材料。试验所得到的结论是否对于所有的防水粘结层材料都适用还有待进一步的试验研究。
参考文献
[1]高金歧，罗晓辉，徐世法等。沥青粘结层抗剪强度试验分析。北京建筑工程学院学报，2003（3）：67～71.
[2]王火明。刚柔性路面界面层强度特性研究[硕士学位论文]。重庆;重庆交通大学，2008.
[3]柏圆。桥面铺装粘结层的研究[硕士学位论文]。西安;长安大学，2005.
