2016, Vol. 49文章信息
- 马晓宁, 王选仓, 朱金鹏
- MA Xiaoning, WANG Xuancang, ZHU Jinpeng
- 新疆地区沥青路面基面层间处治研究
- Study of inter-laminar treatment between surface layer and base layer for asphalt pavement in Xinjiang Region
- 武汉大学学报(工学版), 2016, 49(3): 407-410
- Engineering Journal of Wuhan University, 2016, 49(3): 407-410
- http://dx.doi.org/10.14188/j.1671-8844.2016-03-015
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文章历史
- 收稿日期: 2015-11-20
马晓宁, 王选仓, 朱金鹏.
新疆地区沥青路面基面层间处治研究[J]. 武汉大学学报(工学版), 2016, 49(3): 407-410.
MA Xiaoning, WANG Xuancang, ZHU Jinpeng.
Study of inter-laminar treatment between surface layer and base layer for asphalt pavement in Xinjiang Region[J]. Engineering Journal of Wuhan University, 2016, 49(3): 407-410.
新疆地区沥青路面基面层间处治研究
1. 长安大学公路学院，陕西 西安 710064;
2. 山西省交通科学研究院，山西 太原 030006
2. 山西省交通科学研究院，山西 太原 030006
摘要:
针对气候特点对新疆地区沥青路面层间处治进行了气候分区，结合各分区温度与降雨特征分别推荐了层间处治沥青材料.综合温度、面层厚度、纵坡与车辆载重等因素对层间工作状态的影响，提出了新疆地区半刚性基层沥青路面层间工作状态分级及典型影响因素取值.基于渗透试验和层间抗剪试验，得到了不同透层材料、不同洒布量下的渗透深度与抗剪强度，确定了不同透层材料最佳洒布量.采用直剪试验，得到了不同碎石洒布量、不同沥青材料、不同沥青洒布量下基面层间抗剪强度，确定了封层碎石与沥青的最佳洒布量.同时，研究了风吹砂对基面层间结合状况的影响，分别得到了干燥与饱水状态下，风吹沙污染量与基面层间抗剪强度的回归函数.
关键词：
半刚性基层沥青路面
层间工作状态分级
层间处治
最佳洒布量
抗剪强度
风积沙
Study of inter-laminar treatment between surface layer and base layer for asphalt pavement in Xinjiang Region
1. School of Highway, Chang’ an University, Xi’an 710064, China;
2. Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China
2. Shanxi Transportation Research Institute, Taiyuan 030006, China
Abstract:
In light of the climate, Xinjiang Uygur Autonomous Region is divided into several partitions for different asphalt pavement inter-laminar treatments; and asphalt materials are recommended for every partition based on temperature and rainfall. Synthesizing the impact of the factors on inter-laminar working condition, such as temperature, surface thickness, longitudinal slope and vehicle capacity, the classification of working condition and the typical value of each factor are put forward for semi-rigid base asphalt pavement in Xinjiang Region. Penetration test and inter-laminar shear test are carried out to gain the penetration depth and shear strength with different prime coat materials and different spraying volume; and the optimal spraying volume of each material is finally determined. Direct shear test is applied to obtain the shear strength of the inter-laminar between the base layer and the surface layer with different amount of gravel, different asphalt material and different spraying volume; and the optimal spraying volume of gravel and each kind of asphalt in seal coat is determined. Meanwhile, the influence of blown sand on bond condition of the inter-laminar is analyzed; and the regression function between the pollution amount of blown sand and the shear strength under dry and saturated condition is concluded respectively.
Key words:
semi-rigid base asphalt pavement
classification of inter-laminar working condition
inter-laminar treatment
optimal spraying volume
shear strength
blown sand
沥青路面基面层间主要依靠透层和封层进行连接，由于材料性能差异，基面层结合面往往是路面结构的薄弱面[1-5].新疆地区沥青路面多采用水稳砂砾基层，基面层间粘结更加脆弱，而采用透层油少与较高温度加重了层间破坏[6-8].本文进行了新疆层间处治气候分区与工作状态分级；研究了处治材料与用量对基面层间结合状况的影响，建立了层间工作状态与处治材料的合理匹配关系；研究了风吹沙污染对基面层间粘结强度的影响，建立了污染量与层间抗剪强度的回归函数.
1 层间处治气候分区本文以30 a最热月14~15时平均最高气温为分级指标，40 ℃为分界进行气候分区[9],如表 1所示.
表 1 层间处治气候分区
Table 1 Climate partitions of inter-laminar treatments
| 气候分区 | 1 | 2 |
| 气候 | 夏炎热 | 夏热 |
| 地质 | 沙漠、戈壁 | 山区、高原 |
| 最热月平均最高气温/℃ | ≥40 | 30~40 |
基于气候分区标准将新疆分为8个区，分别推荐了封层基质沥青标号，见表 2.G216阿勒泰段位于1-1-4区，应选用90号基质沥青.
表 2 基质沥青分区
Table 2 Partitions for matrix asphalt
| 区号 | 特征 | 气温/℃ | 年降水量/mm | 沥青路用性能 | 基质沥青标号 | |
| 最热月平均最高 | 年极端最低 | |||||
| 1-1-4 | 夏炎热冬严寒干旱 | 37~43 | -45~-47 | 100~250 | 高低温兼顾 | 90 |
| 1-2-4 | 夏炎热冬寒干旱 | 38~41 | -37~-27 | <100 | 高温为主，兼顾低温 | 90 |
| 1-3-4 | 夏炎热冬冷干旱 | 38~42 | >27.5 | <100 | 高温为主，适当顾及低温 | 90 |
| 2-1-4 | 夏热冬严寒干旱 | 33~38 | <-45 | 100~250 | 低温为主，适当顾及高温 | 110 |
| 2-2-2 | 夏热冬寒湿润 | 32~36 | -37~-27 | 500~1 000 | 低温 | 90 |
| 2-2-3 | 夏热冬寒半干 | 33~36 | -37~-27 | 250~500 | 高低温兼顾 | 90 |
| 2-2-4 | 夏热冬寒干旱 | 32~34 | -37~-27 | 100~250 | 低温 | 90 |
| 3-2-4 | 夏凉冬寒干旱 | <30 | -37~-27 | 100~250 | 低温 | 110 |
层间工作状态以最大剪应力为标准，分为三级：Ⅰ级工况条件最差，Ⅱ级一般，Ⅲ级良好[10-13]，如表 3~5.
表 3 层间工作状态分级
Table 3 Classification of inter-laminar working condition
| 道路实际工况 | 气候分区 | ||
| 1区 | 2区 | ||
| 高速、一级 | 一般路段 | Ⅱ | Ⅲ |
| 特殊路段 | Ⅰ | Ⅱ | |
| 二级 | 一般路段 | Ⅲ | Ⅲ |
| 特殊路段 | Ⅱ | Ⅲ | |
| 注：一般路段为非长大纵坡路段、非重交通公路；特殊路段为长大纵坡路段(纵坡>3.0%且坡长大于3 000 m)，重交通公路(BZZ-100累计标准轴次Ne>1.2×107次/车道). | |||
表 5 不同工况分级下的典型影响因素取值
Table 5 Typical value of each factor
| 工况分级 | 界面温度/℃ | 路面厚度/cm | 纵坡度/% | 轴载/MPa |
| Ⅰ | 35 | 8 | 5 | 1.4 |
| Ⅱ | 30 | 14 | 3 | 1.1 |
| Ⅲ | 25 | 20 | 1 | 0.7 |
通过渗透试验和抗剪试验，得到渗透深度与抗剪强度见图 1、2.
|
| 图 1 渗透深度与透层油洒布量的关系 Figure 1 Penetration depth versus volume of prime coat |
|
| 图 2 抗剪强度与透层油洒布量的关系 Figure 2 Shear strength versus volume of prime coat |
对于渗透性能，高渗透乳化沥青>煤油稀释沥青>乳化沥青；对于抗剪性能，高渗透乳化沥青和乳化沥青性能相近，皆优于煤油稀释沥青.且基于抗剪强度的最佳洒布量为：高渗透乳化沥青0.9 kg/m2；乳化沥青0.9 kg/m2；煤油稀释沥青1.1 kg/m2[14, 15].
4.2 下封层材料最佳洒布量25℃直接剪切试验数据整理见图 3.
|
| 图 3 不同沥青洒布量下抗剪强度与碎石洒布量关系 Figure 3 Shear strength versus spraying volume of gravel with different spraying volumes of asphalt |
基于抗剪切强度的碎石最优洒布量为8.0 kg/m2，基于抗剪强度材料性能排序为：SBS改性沥青>橡胶改性沥青>90号热沥青，三者沥青最佳洒布量分别为1.4、1.6、1.2 kg/m2.
4.3 不同工况层间处治材料推荐结合不同类型透层油性能，推荐了不同工况下透层材料及用量，如表 6.
表 6 不同工况透层材料推荐
Table 6 Suggested prime coat material
| 工况 | 洒布量/(kg·m-2) | 透层材料 |
| Ⅰ | 0.9~1.10.9~1.2 | 煤油稀释沥青高渗透乳化沥青 |
| Ⅱ | 0.7~0.90.6~0.8 | 煤油稀释沥青高渗透乳化沥青 |
| Ⅲ | 0.6~0.7 | 煤油稀释沥青 |
“两油一料”同步碎石封层的抗剪强度与防水性能均优于“一油一料”，据此分别推荐了不同工况下封层材料及用量，如表 7.
表 7 不同工况封层材料推荐
Table 7 Suggested seal coat material
| 工况 | 下封层材料及洒布量/(kg·m-2) |
| Ⅰ | 0.4(乳化沥青)+8(碎石)+1.4(SBS改性沥青) |
| Ⅱ | 1.4(SBS改性沥青)+8(碎石) |
| Ⅲ | 2.2(橡胶改性沥青)+9(碎石) |
干燥状态下剪切试验结果见图 4.
|
| 图 4 干燥状态下污染量与抗剪强度的关系 Figure 4 Shear strength versus blown sand amount |
污染量与抗剪强度回归函数见表 8.
表 8 干燥状态下污染量与抗剪强度回归函数
Table 8 Regression function between blown sand amount and shear strength
| 温度/℃ | 回归函数 | 相关系数 |
| 10 | A=0.570 3e-0.003X | 0.988 2 |
| 25 | A=0.489 7e-0.003X | 0.987 6 |
| 40 | A=0.092 2e-0.004X | 0.997 3 |
| 60 | A=0.027 4e-0.004X | 0.994 1 |
同温度下，层间抗剪强度随污染量增加而降低；污染量小于100 g/m2时，抗剪强度对温度较为敏感；10 ℃下，污染量600 g/m2的抗剪强度比0 g/m2减小约80%，说明温度较低时，污染量是影响抗剪强度的主要因素.可推断出：温度和污染程度对层间抗剪强度的影响是等效的.
5.2 饱水状态下风吹沙对层间强度影响
|
| 图 5 饱水状态下污染量与抗剪强度的关系 Figure 5 Shear strength versus blown sand amount |
污染量与抗剪强度回归函数见表 9.
表 9 饱水状态下污染量与抗剪强度的回归函数
Table 9 Regression function between blown sand amount and shear strength
| 温度/℃ | 回归函数 | 相关系数 |
| 10 | A=0.350 7e-0.004X | 0.983 2 |
| 25 | A=0.301 1e-0.004X | 0.983 0 |
| 40 | A=0.056 7e-0.005X | 0.994 6 |
| 60 | A=0.016 9e-0.004X | 0.992 1 |
饱水状态下曲线比干燥时更陡，说明风吹沙和水损害共同作用下层间抗剪强度急剧降低；无层间污染时，25 ℃饱水抗剪强度比干燥时降低35%，即饱水时抗剪强度对温度与污染更敏感.可推断：水损害、温度、层间污染对层间抗剪强度的影响是等效的.
6 结论本文对新疆地区层间工作状态及处治材料进行了研究，得出如下结论：
1) 基于道路实际工况可将新疆地区路面层间工作状态分为三级.
2) 通过室内试验研究了透层与封层材料性能与最佳洒布量，并基于不同工况分别进行了层间材料合理配置.
3) 水损害、温度与层间污染对基面层间抗剪强度的影响是等效的.
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