微表处与沥青面层粘结性能研究
2009-03-20 00:00
摘要：本文对某条高速公路微表处与原路面层间的粘结性能进行了检测，分析了拉拔力与地表温度和铺筑时间的关系，提出了基于地表温度与铺筑时间的拉拔力预估方程，并对不同预估方程的合理性进行了分析。
关键词：微表处 粘结性能 拉拔力 曲线拟合
1 工程概况
山西省某高速1999年建成通车，由于交通量不断增大及渠化交通的影响，路面经过8年使用，在行车负载反复作用下，主车道由于永久变形的积累而导致路表面出现车辙病害，最深处为10mm，车辙平均深度约为4.5mm。沥青上面层表面有轻微脱粒，局部路段有横断开裂、唧浆、推移等病害。为此在k530+500~k533+020段进行了微表处处理，并作为试验路段。
2 处置方案
该条路上面层为SMA-16，通过对全段路面调查与检测，采用MS-3型微表处，平均厚度为1cm。采用SBS改性乳化沥青，0-3mm、3~5mm、5~10mm石屑（辉长岩），其中改性乳化沥青试验结果见表2。
选择6.0%、7.0%、8.0%、9.0%、10.0%五种油石比，对MS-3分别进行湿轮磨耗试验，根据试验结果绘制曲线，两曲线交点即为改性乳化沥青用量。MS-3为7.5%。改性乳化沥青的固体含量为62.6%，所以最佳改性沥青用量为4.70%。通过稠度试验可以检测施工的和易性，确定为表处混合料的最佳用水量为5%。
3 粘结性能现场检测数据分析
本试验采用拉拔法进行了现场粘结性能的检测，粘结面为直径10cm的圆形钢制压头。
每点进行2~4组平行试验。共采集38个数据，平均拉拔力为1.19kN，标准差为0.59kN；其中有效数据29个，平均拉拔力为1.08 kN，标准差为0.56kN。
由于微表处厚度比较小，高速公路上施工时表面污染不严重，在此不考虑厚度和表面洁净程度对拉拔力的影响，只考虑铺筑时间和地表温度影响。
可以看出，微表处与原路面的粘结性能与温度成负相关性，与铺筑时间成正相关性。一般规律为：温度越高，拉拔力就越小，从室内试验可以看出温度和拉拔力关系成负对数的关系，如图2所示。
铺筑时间的影响与车轮的碾压次数和材料本身的固化时间有关系，时间越长，碾压次数越多，拉拔力也越大。本次试验测试铺筑时间最长为38天，铺筑时间与拉拔力的关系如图3所示。
4 基于温度和铺筑时间的层间粘结性能预估
可以看出，拉拔力在低温向高温的变化过程中，变化率逐渐变小，在温度上升的过程中，拉拔力减小，但是减幅也逐渐减小，低温时拉拔力的温度敏感性比较强，拟合函数图像用公式（1）表示为：
Hw=-2.8Ln(t)+12 （1）
其中：Hw不同温度下的拉拔力（kN）；
t温度（℃）。
通过现场检测数值分析，发现拉拔力与铺筑时间的关系为正对数与一次线性函数的组合关系，用公式表示为：
Hs=0.7ln(0.5n)-0.011(n+50)+1.0462 （2）
其中：Hs不同铺筑时间下的拉拔力（kN）；
n 铺筑的时间（天）。 [Page]
通过表4中影响因素的分析，确定两种因素的权重比，铺筑时间：温度=24：76，同时还应根据公式推导出的平均值与实测的平均值进行对比，加上修正值k，最后确定两种因素共同作用下的拉拔力模型一的公式：
H=0.76Hw+0.24Hs+k （3）
其中：为拉拔力（kN）；
Hw，Hs意义同上；
k修正值。
把公式（1）和（2）代入（3）中，并计算修正值，最终得到满足实际的温度和铺筑时间同拉拔力的关系模型一的公式（4）。
H=-2.128ln(t)+0.168ln(n)-0.00264n+8.528 （4）
5 不同预估方程的比较分析
通过图像组合的方法还可以建立类似的模型二和模型三，如式（5）和（6）。
H=79.011 +0.041 （5）
H=－ －1.35765ln(t)+6.164264 （6）
可以看出，不同的模拟模型可以得到不同的模拟结果，当相关系数越接近1时，模拟效果越好，但是不能简单的通过相关性来判断，还要根据全部的模拟数据来确定模型的优劣，为此通过设定不同温度和不同铺筑时间下的拉拔力计算，进行有效地分析后，确定更符合实际规律的预估模型。
通过对以上三个模型不同温度和不同铺筑时间下拉拔力的计算，可以看出，模型一拟合性最好，在低温时没有如模型二出现的偏高值（137.858kN），也没有出现如模型三较大的负值（-57.762kN），只是在高温短时间出现了一些很小的负值，由于拉拔力是不能出现负值的，需进行局部改进得到较好的模型。综上所述，虽然模型一的相关性系数没有模型二和模型三的大，但其整体性比后两者要好，可采用模型一来进行不同温度和铺筑时间下的拉拔应力预测，同时可以为验收标准的制定提供一定的参考依据。
参考文献
1. 苏凯、武建民、戴经梁、孙立军. 沥青混凝土路面基面层间结合材料的研究[J]. 公路. 2005.6:161-163
2. 李东华、郝培文. 沥青路面层间接触的评价[J]. 中外公路. 2005. 5:38-41
3. 徐剑、秦永春. 微表处混合料可拌和时间的影响因素[J]. 公路交通科技. 2002. 1:4-7 原作者： 山西省交通科学研究院 李志强 兰建丽 杜素军
（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）
关键词：微表处 粘结性能 拉拔力 曲线拟合
1 工程概况
山西省某高速1999年建成通车，由于交通量不断增大及渠化交通的影响，路面经过8年使用，在行车负载反复作用下，主车道由于永久变形的积累而导致路表面出现车辙病害，最深处为10mm，车辙平均深度约为4.5mm。沥青上面层表面有轻微脱粒，局部路段有横断开裂、唧浆、推移等病害。为此在k530+500~k533+020段进行了微表处处理，并作为试验路段。
2 处置方案
该条路上面层为SMA-16，通过对全段路面调查与检测，采用MS-3型微表处，平均厚度为1cm。采用SBS改性乳化沥青，0-3mm、3~5mm、5~10mm石屑（辉长岩），其中改性乳化沥青试验结果见表2。
选择6.0%、7.0%、8.0%、9.0%、10.0%五种油石比，对MS-3分别进行湿轮磨耗试验，根据试验结果绘制曲线，两曲线交点即为改性乳化沥青用量。MS-3为7.5%。改性乳化沥青的固体含量为62.6%，所以最佳改性沥青用量为4.70%。通过稠度试验可以检测施工的和易性，确定为表处混合料的最佳用水量为5%。
3 粘结性能现场检测数据分析
本试验采用拉拔法进行了现场粘结性能的检测，粘结面为直径10cm的圆形钢制压头。
每点进行2~4组平行试验。共采集38个数据，平均拉拔力为1.19kN，标准差为0.59kN；其中有效数据29个，平均拉拔力为1.08 kN，标准差为0.56kN。
由于微表处厚度比较小，高速公路上施工时表面污染不严重，在此不考虑厚度和表面洁净程度对拉拔力的影响，只考虑铺筑时间和地表温度影响。
可以看出，微表处与原路面的粘结性能与温度成负相关性，与铺筑时间成正相关性。一般规律为：温度越高，拉拔力就越小，从室内试验可以看出温度和拉拔力关系成负对数的关系，如图2所示。
铺筑时间的影响与车轮的碾压次数和材料本身的固化时间有关系，时间越长，碾压次数越多，拉拔力也越大。本次试验测试铺筑时间最长为38天，铺筑时间与拉拔力的关系如图3所示。
4 基于温度和铺筑时间的层间粘结性能预估
可以看出，拉拔力在低温向高温的变化过程中，变化率逐渐变小，在温度上升的过程中，拉拔力减小，但是减幅也逐渐减小，低温时拉拔力的温度敏感性比较强，拟合函数图像用公式（1）表示为：
Hw=-2.8Ln(t)+12 （1）
其中：Hw不同温度下的拉拔力（kN）；
t温度（℃）。
通过现场检测数值分析，发现拉拔力与铺筑时间的关系为正对数与一次线性函数的组合关系，用公式表示为：
Hs=0.7ln(0.5n)-0.011(n+50)+1.0462 （2）
其中：Hs不同铺筑时间下的拉拔力（kN）；
n 铺筑的时间（天）。 [Page]
通过表4中影响因素的分析，确定两种因素的权重比，铺筑时间：温度=24：76，同时还应根据公式推导出的平均值与实测的平均值进行对比，加上修正值k，最后确定两种因素共同作用下的拉拔力模型一的公式：
H=0.76Hw+0.24Hs+k （3）
其中：为拉拔力（kN）；
Hw，Hs意义同上；
k修正值。
把公式（1）和（2）代入（3）中，并计算修正值，最终得到满足实际的温度和铺筑时间同拉拔力的关系模型一的公式（4）。
H=-2.128ln(t)+0.168ln(n)-0.00264n+8.528 （4）
5 不同预估方程的比较分析
通过图像组合的方法还可以建立类似的模型二和模型三，如式（5）和（6）。
H=79.011 +0.041 （5）
H=－ －1.35765ln(t)+6.164264 （6）
可以看出，不同的模拟模型可以得到不同的模拟结果，当相关系数越接近1时，模拟效果越好，但是不能简单的通过相关性来判断，还要根据全部的模拟数据来确定模型的优劣，为此通过设定不同温度和不同铺筑时间下的拉拔力计算，进行有效地分析后，确定更符合实际规律的预估模型。
通过对以上三个模型不同温度和不同铺筑时间下拉拔力的计算，可以看出，模型一拟合性最好，在低温时没有如模型二出现的偏高值（137.858kN），也没有出现如模型三较大的负值（-57.762kN），只是在高温短时间出现了一些很小的负值，由于拉拔力是不能出现负值的，需进行局部改进得到较好的模型。综上所述，虽然模型一的相关性系数没有模型二和模型三的大，但其整体性比后两者要好，可采用模型一来进行不同温度和铺筑时间下的拉拔应力预测，同时可以为验收标准的制定提供一定的参考依据。
参考文献
1. 苏凯、武建民、戴经梁、孙立军. 沥青混凝土路面基面层间结合材料的研究[J]. 公路. 2005.6:161-163
2. 李东华、郝培文. 沥青路面层间接触的评价[J]. 中外公路. 2005. 5:38-41
3. 徐剑、秦永春. 微表处混合料可拌和时间的影响因素[J]. 公路交通科技. 2002. 1:4-7
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