CN104655500B - 确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其包括以下步骤：试件成型步骤；将待测量的试件保温5‑6小时后装入到剪切测量模具中，并根据垂直荷载和水平荷载的比例选择剪切测量模具的角度；将试件继续保温30分钟后，将包含试件的剪切测量模具放入到剪切测量机器中进行剪切测量试验；记录剪切测量机器中的传感器所感测到的最大力值和达到最大力值时的最大位移值，并根据剪切角度、剪切面积计算出剪切强度；将所计算的剪切强度记录到表格中；待测量完所有试件并记录完所有试件的剪切强度后，从所述表格中选出最大剪切强度，对应于该最大剪切强度的胶结料洒布量、碎石粒径和碎石撒铺量即为所确定的沥青路面层间处理措施的材料组成。

Description

确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法

技术领域

本发明属公路工程技术领域，具体是涉及一种确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法。

背景技术

沥青路面各沥青混合料结构层间保持良好的粘结会显著提高路面使用性能，而沥青混合料面层之间粘结不足会导致路面面层发生剥落、坑槽、层间滑移等病害。

为保证沥青路面沥青面层各层之间的有效粘结，实践中多采用洒布层间沥青、设置防水层方式来增强层间结合。常用的防水黏结层有四大类：(1)涂膜类，如氯丁胶乳沥青、乳化沥青、橡胶沥青、环氧树脂、SBS改性沥青等，其厚度一般为0.4～1.6mm；(2)卷材类，如聚合物沥青防水卷材、沥青热溶卷材、砂胶玛蹄脂等，其厚度一般为5～10cm；(3)碎石封层类，厚度一般为0.5～1mm。

对于层间处理措施的材料组成的设计，目前没有统一、标准的试验方法，现行沥青路面施工技术规范中，仅给出一参考值(洒布量、厚度等)，没有考虑工程所在地的交通环境、气候、材料及施工水平等因素，而仅在实际施工中根据工程人员的经验进行调整，缺乏足够合理性。

国内外相关研究者先后进行了层间处理措施的材料组成（粘结材料洒布量、碎石粒径及撒铺量）、温度、剪切角度等对层间粘结性能影响的试验研究：1978年，Uzan等在室内成型立方体试件，采用直剪试验仪进行了常温和高温下的层间剪切试验，研究了粘层油喷洒量和垂直荷载对抗剪强度的影响：1997年，日本Hachiya和Stto通过对抗剪强度影响因素的分析发现，粘层在20℃时所起的作用并不明显，而在40℃时显示出优势，界面受到污染后会对抗剪强度产生不利影响。

目前，各种研究都未形成系统的层间处理措施的材料组成的设计方法，并且采用的试验设备也是多种多样。

公开于该发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，通过该方法可以确定层间处理措施的沥青洒布量和碎石粒径，提高路面结构层层间处理措施的材料组成设计合理性，从而保证路面结构层的整体服役性能。

为实现上述目的，本发明提供一种确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其包括以下步骤：

试件成型步骤，采用试件成型模具形成多个待测量的试件，其中每个试件的层间处理措施的胶结料洒布量、碎石粒径或碎石撒铺量彼此不相同；

将待测量的试件在恒温干燥鼓风箱中保温5-6小时，然后装入到剪切测量模具中，并根据垂直荷载和水平荷载的比例大小选择剪切测量模具的角度；当垂直荷载与水平荷载比值大于1.30时，剪切测量模具的角度选取30°，当垂直荷载与水平荷载比值在0.8～1.3时，剪切测量模具的角度选取45°，当垂直荷载与水平荷载比值小于0.8时，剪切测量模具的角度选取60°；

将试件继续在剪切测量模具中保温30分钟后，将包含试件的剪切测量模具放入到剪切测量机器中进行剪切测量试验，试验的环境温度为10～60℃，并且剪切测量机器竖直方向的行进速度保持恒定；

记录剪切测量机器中的传感器所感测到的最大力值和达到最大力值时的最大位移值，并根据剪切角度、剪切面积计算出剪切强度；

将所计算的剪切强度记录到表格中，具有相同碎石撒铺量的试件所计算出的剪切强度记录在同一张表格中，并且在一张表格中不同的列表示各个试件不同的胶结料洒布量，不同的行表示各个试件不同的碎石粒径；

待测量完所有试件并记录完所有试件的剪切强度后，从所述表格中选出最大剪切强度，对应于该最大剪切强度的胶结料洒布量、碎石粒径和碎石撒铺量即为所确定的沥青路面层间处理措施的材料组成；当两组或多组试件的最大剪切强度相近时，选取这两组或多组试件对应于最大位移值的胶结料洒布量、碎石粒径和碎石撒铺量为沥青路面层间处理措施的材料组成。

上述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法中，将剪切强度相近的两组或多组数据求得平均值，然后分别求取各组数据与该平均值之差的绝对值，最后将该绝对值与平均值相除，该数值在2%以内时，则认为该两组或多组的剪切强度相近。

上述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法中，所述试件成型模具的内腔为内径150mm的圆柱形、高度为240mm，并且所述试件成型模具包括两个半圆形拼接的第一模具和第二模具，该第一模具和第二模具通过螺栓和螺母联接；所述试件成型模具还包括直径150mm，高度分别为30mm、40mm和50mm的圆柱形垫块。

上述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法中，所述剪切测量模具由下底座、上压头组成；所述下底座和上压头上分别切割出呈一定斜度的圆柱形凹槽，圆柱形凹槽的内径均为150mm，下底座的凹槽深80mm，上压头的凹槽深度为30mm、40mm、50mm或80mm；并且，下底座圆柱形凹槽底面与下底座水平面所呈的角度为30°、45°或60°。

上述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法中，所述下底座和上压头的圆柱形凹槽，均由两个半圆形构件组合而成，其中一个半圆形构件与下底座或上压头是一体的，另一个半圆构件通过螺栓、螺母连接与之联接。

上述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法中，所述下底座与剪切测量机器的机台固定联接，所述上压头与剪切测量机器的驱动部分联接，并且所述剪切测量机器的驱动部分对上压头施加竖直方向的载荷，以使得其竖直方向的行进速度保持恒定。

上述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法中，所述为竖直方向的行进速度为1mm/min。

上述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法中，所述计算出剪切强度的公式为：

式中：

P_剪——剪切强度，单位MPa；

F——最大压力，即最大力值，单位N；

A——粘结面积，即剪切面积，单位mm²；

θ——剪切角度，即所选择剪切测量模具的角度。

由于采取本发明提供的方法，可以确定沥青面层层间、沥青面层与水泥面板层间、沥青面层与无机结合料稳定材料层间的胶结料洒布量、碎石粒径及撒铺量，提高路面结构层层间处理措施的材料组成设计合理性，从而保证路面结构层的整体服役性能。

此外，本发明还可以在室内模拟不同车速、不同轮胎接地压强、不同路面结构层厚度、不同路面温度对路面结构层层间处理措施抗剪切强度的影响。本发明适宜用于现行沥青路面施工技术规范中规定的各种层间处理措施，包括乳化沥青类、热洒型沥青类、碎石封层类等层间处理措施的材料组成设计，依靠斜剪测出的剪切强度最大值，确定其材料及用量。本发明采用的试验设备轻便，便于移动和操作，并且可以直接配合在现有的路强仪、UTM-100等试验机上使用。

附图说明

图1为本发明中的试件成型模具的俯视示意图。

图2为本发明中的第一模具配合垫块的侧视示意图。

图3为本发明中的剪切测量模具的剪切角度为30°时的结构示意图。

图4为本发明中的剪切测量模具的剪切角度为45°时的结构示意图。

图5为本发明中的剪切测量模具的剪切角度为60°时的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其主要包括以下步骤：

试件成型步骤，采用试件成型模具形成多个待测量的试件，其中每个试件的层间处理措施的胶结料洒布量、碎石粒径或碎石撒铺量彼此不相同；这里所说的胶结料洒布量、碎石粒径或碎石撒铺量彼此不相同是指：在形成的多个试件中，任意两个试件的层间处理措施中胶结料洒布量、碎石粒径或碎石撒铺量的至少一项指标彼此不相同。

将待测量的试件在恒温干燥鼓风箱中保温5-6小时，保温温度为25℃，当考虑层间处理措施材料的高温性能时，温度可以设定为50℃。然后装入到剪切测量模具中，并根据垂直荷载和水平荷载的比例大小选择剪切测量模具的角度；当垂直荷载与水平荷载比值大于1.30时，剪切测量模具的角度选取30°，当垂直荷载与水平荷载比值在0.8～1.3时，剪切测量模具的角度选取45°，当垂直荷载与水平荷载比值小于0.8时，剪切测量模具的角度选取60°；这里所说的垂直荷载与水平荷载的比值是指：车辆在路面行驶时，轮胎对路面的垂直荷载和水平荷载数值的比。不同载货重量的车辆在路面上静止、行驶加减速及拐弯时，除了对路面有垂直向下的作用力，还会有对路面的水平方向作用力，载货重量不同、加减速的加速度不同，其垂直方向和水平方向作用力的绝对值大小比值各不相同。

将试件继续在剪切测量模具中保温30分钟后，将包含试件的剪切测量模具放入到剪切测量机器中进行剪切测量试验，试验的环境温度为10～60℃，并且剪切测量机器竖直方向的行进速度保持恒定；剪切测量机器采用可控制位移的加载设备，例如UTM或MTS等试验设备，从而保证剪切测量机器竖直方向的行进速度保持恒定。

记录剪切测量机器中的传感器所感测到的最大力值和达到最大力值时的最大位移值，并根据剪切角度、剪切面积计算出剪切强度；这里所说的剪切角度就是上面所选择的剪切测量模具的角度，而剪切面积则是试件的横截面面积。具体计算剪切强度的公式可以参考下面的公式1。

公式1

式中：

P_剪——剪切强度，单位MPa；

F——最大压力，即最大力值，单位N；

A——粘结面积，即剪切面积，单位mm²；

θ——剪切角度，即所选择剪切测量模具的角度。

将所计算的剪切强度记录到表格中，具有相同碎石撒铺量的试件所计算出的剪切强度记录在同一张表格中，并且在一张表格中不同的列表示各个试件不同的胶结料洒布量，不同的行表示各个试件不同的碎石粒径。

待测量完所有试件并记录完所有试件的剪切强度后，从所述表格中选出最大剪切强度，对应于该最大剪切强度的胶结料洒布量、碎石粒径和碎石撒铺量即为所确定的沥青路面层间处理措施的材料组成；当两组或多组试件的最大剪切强度相近时，选取这两组或多组试件对应于最大位移值的胶结料洒布量、碎石粒径和碎石撒铺量为沥青路面层间处理措施的材料组成。具体来说，将剪切强度相近的两组或多组数据求得平均值，然后分别求取各组数据与该平均值之差的绝对值，最后将该绝对值与平均值相除，该数值在2%以内时，则认为该两组或多组的剪切强度相近。

在本发明中，如图1和图2所示，所述试件成型模具1的内腔为内径150mm的圆柱形、高度为240mm，并且所述试件成型模具包括两个半圆形拼接的第一模具11和第二模具12，该第一模具11和第二模具12通过螺栓和螺母联接；进一步地，所述试件成型模具还包括直径150mm，高度分别为30mm、40mm和50mm的圆柱形垫块13。

在本发明中，如图3至图5所示，所述剪切测量模具2由下底座21、上压头22组成；下底座21和上压头22上分别切割出呈一定斜度的圆柱形凹槽，圆柱形凹槽的内径均为150mm，下底座的凹槽23深80mm，上压头的凹槽24深度为30mm、40mm、50mm或80mm；并且，下底座圆柱形凹槽底面与下底座水平面所呈的角度为30°、45°或60°。

在本发明的具体实施方式中，所述下底座21和上压头22的圆柱形凹槽，均由两个半圆形构件组合而成，其中一个半圆形构件与下底座或上压头是一体的，另一个半圆构件通过螺栓、螺母连接与之联接，或者通过其它联接构件与之联接，这种联接是本领域技术人员惯用的技术手段。

在具体操作时，所述下底座21与剪切测量机器的机台（未图示）固定联接，所述上压头22与剪切测量机器的驱动部分（未图示）联接，并且所述剪切测量机器的驱动部分对上压头施加竖直方向的载荷，以使得其竖直方向的行进速度保持恒定。其中，该竖直方向的行进速度可以为1mm/min。

在本发明中，成型试件尺寸为直径150mm的圆柱形（高度分5档：80mm、110mm、120mm、130mm、160mm），模具采用两个半圆拼接的形式，采用螺栓、螺母联结，模具内径150mm，高度240mm，垫块外径为150mm，高度分3档：30mm、40mm、50mm。这样，可以方便成型80mm+30mm（或40mm、50mm、80mm）的组合试件，且可不同脱模器拆模，可通过拆装螺栓、螺母实现试件的脱模和成型，避免由于脱模引起路面材料试件的损伤。80mm+30mm（或40mm、50mm、80mm）涵盖了目前路面结构层常用的4种厚度，即30mm、40mm、50mm、80mm厚的沥青面层。此外，在剪切测量模具中，上压头的凹槽深度为30mm、40mm、50mm或80mm，就是对应于这4种厚度。

并且，无机胶凝材料稳定混合料及沥青混合料的成型均采用静压成型，高度控制模式。根据设计厚度、材料的密度及压实度，计算成型设计高度所用的材料数量，按现行试验规程拌和均匀后，盛入试件成型用模具中，静压成型。

下面，给出一个具体的实施例——热洒型橡胶沥青碎石封层为层间处理措施的实施例，以更详细的说明本发明。

首先，进行试件成型：静压成型φ150mm水泥稳定级配碎石试件。标养7天后，用钢刷清除水泥稳定级配碎石表面松散碎石。按照设计的沥青洒布量（0.5kg/m²、1kg/m²、1.5kg/m²、2kg/m²、2.5kg/m²），在水泥混凝土表面上洒热沥青（本实施例中的胶结料为沥青），再按照设计碎石粒径及撒铺量，将碎石撒布于沥青面上。待沥青冷却后，采用静压法在防水层上成型沥青混凝土。待试件冷却后，拆除成型模具（模具采用对接两个半圆组合而成，方便组装，拆除试件）。在本实施例中，碎石撒铺量均为8kg/m²、10kg/m²或12kg/m²。

将试件在50℃±2℃的恒温干燥鼓风箱中放置5小时；取出试件后，立即放入剪切测量模具上，固定后，再放入恒温干燥鼓风箱中保温放置30分钟。

剪切测量模具的选择根据设计剪切角度30°,45°,60°要求，和面层厚度30mm、40m、50mm、80mm选择相应的模具；本实施例中面层厚度为40mm，剪切测量模具的角度选取45°。之所以选择45°主要是预计该设计路段上通行车辆的垂直荷载和水平荷载比例会接近1:1。

剪切测量模具放在剪切测量机器上，速度采用1mm/min进行剪切试验。记录试验过程中最大力值和达到最大力值时的最大位移值，并计算出剪切强度，将剪切强度记录至下表：

表1：碎石撒铺量为8kg/m²的剪切强度表

表2：碎石撒铺量为10kg/m²的剪切强度表

表3：碎石撒铺量为12kg/m²的剪切强度表

由以上试验结果可知，当碎石粒径为13.2～16mm，撒铺量10kg/m²，沥青洒布量在2kg/m²左右时，剪切强度达到最佳。

由此，选取热沥青洒布量为2kg/m²，碎石粒径为13.2～16mm，碎石撒铺量10kg/m²，为实际工程用的层间处理措施的材料组成。

Claims (6)

1.一种确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其特征在于包括以下步骤：

试件成型步骤，采用试件成型模具形成多个待测量的试件，其中每个试件的层间处理措施的胶结料洒布量、碎石粒径或碎石撒铺量彼此不相同；

将待测量的试件在恒温干燥鼓风箱中保温5-6小时，然后装入到剪切测量模具中，并根据垂直荷载和水平荷载的比例大小选择剪切测量模具的角度；当垂直荷载与水平荷载比值大于1.30时，剪切测量模具的角度选取30°，当垂直荷载与水平荷载比值在0.8～1.3时，剪切测量模具的角度选取45°，当垂直荷载与水平荷载比值小于0.8时，剪切测量模具的角度选取60°；

将试件继续在剪切测量模具中保温30分钟后，将包含试件的剪切测量模具放入到剪切测量机器中进行剪切测量试验，试验的环境温度为10～60℃，并且剪切测量机器竖直方向的行进速度保持恒定，所述竖直方向的行进速度为1mm/min；

记录剪切测量机器中的传感器所感测到的最大力值和达到最大力值时的最大位移值，并根据剪切角度、剪切面积计算出剪切强度；

将所计算的剪切强度记录到表格中，具有相同碎石撒铺量的试件所计算出的剪切强度记录在同一张表格中，并且在一张表格中不同的列表示各个试件不同的胶结料洒布量，不同的行表示各个试件不同的碎石粒径；

待测量完所有试件并记录完所有试件的剪切强度后，从所述表格中选出最大剪切强度，对应于该最大剪切强度的胶结料洒布量、碎石粒径和碎石撒铺量即为所确定的沥青路面层间处理措施的材料组成；当两组或多组试件的最大剪切强度相近时，选取这两组或多组试件对应于最大位移值的胶结料洒布量、碎石粒径和碎石撒铺量为沥青路面层间处理措施的材料组成；

其中所述试件成型模具的内腔为内径150mm的圆柱形、高度为240mm，并且所述试件成型模具包括两个半圆形拼接的第一模具和第二模具，该第一模具和第二模具通过螺栓和螺母联接；

所述试件成型模具还包括直径150mm，高度分别为30mm、40mm和50mm的圆柱形垫块；

由此确定沥青面层层间、沥青面层与水泥面板层间、沥青面层与无机结合料稳定材料层间的胶结料洒布量、碎石粒径及撒铺量，提高路面结构层层间处理措施的材料组成设计合理性，保证路面结构层的整体服役性能。

2.根据权利要求1所述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其特征在于，将剪切强度相近的两组或多组数据求得平均值，然后分别求取各组数据与该平均值之差的绝对值，最后将该绝对值与平均值相除，所得数值在2％以内时，则认为该两组或多组的剪切强度相近。

3.根据权利要求1或2所述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其特征在于，所述剪切测量模具由下底座、上压头组成；

所述下底座和上压头上分别切割出呈一定斜度的圆柱形凹槽，圆柱形凹槽的内径均为150mm，下底座的凹槽深80mm，上压头的凹槽深度为30mm、40mm、50mm或80mm；并且，下底座圆柱形凹槽底面与下底座水平面所呈的角度为30°、45°或60°。

4.根据权利要求3所述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其特征在于，所述下底座和上压头的圆柱形凹槽，均由两个半圆形构件组合而成，其中一个半圆形构件与下底座或上压头是一体的，另一个半圆构件通过螺栓、螺母连接与之联接。

5.根据权利要求3所述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其特征在于，所述下底座与剪切测量机器的机台固定联接，所述上压头与剪切测量机器的驱动部分联接，并且所述剪切测量机器的驱动部分对上压头施加竖直方向的载荷，以使得其竖直方向的行进速度保持恒定。

6.根据权利要求1或2或4或5所述的确定沥青路面层间处理措施的材料组成的方法，其特征在于，所述计算出剪切强度的公式为：

式中：

P_剪——剪切强度，单位MPa；

F——最大压力，即最大力值，单位N；

A——粘结面积，即剪切面积，单位mm²；

θ——剪切角度，即所选择剪切测量模具的角度。