泥土污染对复合式路面界面层性能影响的试验研究

近年来，复合式路面得到迅猛发展，但界面层的层间粘结性能始终是影响其性能的关键所在。层间泥土污染是路面施工过程中经常出现的问题，对层间粘结性能有较大影响。大量工程实践表明，不论是白加黑路面还是新建复合式路面，水泥混凝土板上泥土的存在均会对界面层的粘结性能产生不利影响，主要表现为抗剪切强度和抗拉拔强度下降，导致面层易出现车辙、推移等路面损坏。施工中的泥土成分较复杂，主要以砂性土和粘性土为主，更多的是两者的混合成分，比如绿化带的砂性土或施工车辆的车轮携带的粘性土混入基层界面。鉴于此，本文基于对不同干湿状态下不同泥土含量对界面层粘结性能的试验研究，选取砂性土为污染物，分析泥土污染物对复合式路面层间性能的影响因素，旨在为现场施工提供合理有效的技术指导。

 

试件成型及试验方法选择

 

试件成型方法

 

为模拟复合式路面污染后实体工程的工作状态，笔者选取“水泥混凝土板+泥土污染的界面层+沥青面层”的路面结构形式来研究泥土污染物对复合式路面层间性能的影响。本研究所用试件的成型步骤如下。

 

1）成型水泥混凝土板：成型300mm×300mm×50mm水泥混凝土试件，用振动台振动90s左右，放入标准养护室养护。

 

2）喷洒粘层沥青：在水泥混凝土板表面喷洒高性能乳化沥青，可分多次涂刷，每次涂抹量不大于0.5kg/m2；涂抹后在室温中放置24h，方可进入下道工序。

 

3）涂抹泥土污染物：按照试验要求分别涂抹不同剂量的泥土，尽最大可能模拟实体工程；涂抹后可进行适当碾压，以确保泥土与粘层沥青充分接触。

 

4）加铺沥青混凝土面层：采用车辙轮碾机，加铺5cm厚沥青混凝土面层；需特别注意的是，碾压前应对轮碾设备的碾压高度进行调整。

 

5）钻芯：利用钻芯机在成型好的复合式路面试块上钻芯，芯样为φ100mm圆柱形试件，并根据钻好的芯样，选择适当试验方法测定复合式路面界面层抗剪强度和拉拔强度。

 

试验方法选择

 

采用室内MTS万能试验机，进行室内45°斜剪切试验和室内拉拔试验，分别测定试件界面层的抗剪强度和粘结强度。MTS万能试验机可自行记录试验结果。

 

试验结果及分析

 

涂抹不同剂量的泥土污染物，研究泥土污染物在不同温度和不同潮湿状况下（完全干燥和饱水状态）对界面层抗剪强度及粘结强度的影响。

 

干燥状态下泥土污染物对界面层抗剪强度的影响

 

当试验温度相同时，复合式路面界面层抗剪强度随泥土污染量的增加而减小；界面层抗剪强度受温度影响较大，尤其是层间泥土污染小于100g/m2时，且温度越大，层间抗剪强度越小；温度是影响层间抗剪强度的关键因素，而混入的泥土污染物只是加剧了界面层抗剪强度的降低速度。

 

从变化规律可知，随着界面层受泥土污染程度的增加，温度变化对层间抗剪强度的影响削弱；当界面层混入的泥土污染物大于400g/m2时，层间抗剪强度受温度影响的趋势变得不再明显，开始趋近于1条水平线。因此，界面层受泥土污染的程度是影响层间抗剪强度的重要因素之一。鉴于此，在实体工程建设过程中，应严格控制界面层的泥土掺量，保证界面层的路用性能满足要求。

 

干燥状态下泥土污染物对界面层拉拔强度的影响分析

 

可以看出，温度相同时，随着泥土污染量的增加，界面层层间拉拔强度逐渐降低；当温度为40℃和60℃时，层间拉拔强度下降十分明显，此时界面层的抗拉拔强度处于非常低的水平，说明高温对层间界面拉拔强度的影响十分显著。

 

可以看出，随着试验温度的增加，界面层层间拉拔强度逐渐降低；而泥土污染量越大，温度-层间拉拔强度曲线越平缓，表明随着层间泥土污染量的增加，温度对层间拉拔强度的影响逐渐削弱。因此，影响层间拉拔强度的主要因素是泥土污染量。

 

饱水状态下泥土污染对界面层抗剪和拉拔强度的影响

 

将试件放在25℃和45℃的恒温水浴中浸泡48h，让其充分饱水；浸泡完成后采用1.2节试验方法对试件界面层抗剪切强度和拉拔强度进行测定。

 

可以看出，当试验温度为25℃、泥土掺量小于200g/m2时，泥土污染量与层间抗剪强度关系曲线走势较陡；当泥土污染量大于200g/m2时曲线逐渐趋于平缓，说明泥土污染和水损害的共同作用使层间抗剪强度降低显著。饱水状态下，轻度污染（50g/m2）使层间的抗剪强度相对于层间无污染时降低了66.7%，说明水损害、高温和泥土污染的综合作用可使层间抗剪强度迅速降低。

 

饱水状态下泥土污染对层间界面拉拔强度的影响分析

 

可知，在25℃和45℃试验温度条件下，拉拔强度曲线走势和抗剪强度曲线走势十分相似，变化特征也基本相同；25℃时的拉拔强度曲线走势比较陡峭；在饱水状态和轻度污染条件下，层间拉拔强度降幅大于层间抗剪切强度的降幅。

 

提高层间粘结强度的具体措施

 

界面层粘结强度对复合式路面的整体使用性能影响较大。为了更好地指导复合式路面的现场施工，笔者总结了如下几条提高复合式路面层间粘结强度的重要举措。

 

1）喷洒粘层油前要将施工作业面彻底清扫干净，然后封闭交通。

 

在喷洒粘层油的路段封闭交通，如果该路段须边坡施工，则预留1个车道供施工车辆出入。须进行人工清扫，且须保证彻底清扫干净。对泥土污染较严重的区域，要用钢刷把泥土刷松，并用水将泥土冲洗干净。然后，采用强力鼓风机清除表面浮尘。待作业面表面彻底处理干净后再喷洒粘层油。

 

2）选用最佳粘层油用量。

 

粘层油用量不宜过多也不宜过少。若粘层油用量过多，则会在层间形成1层油膜，会降低层间抗剪强度和拉拔强度；当粘层油用量过少则会引起粘结强度不足。

 

3）及时进入下道工序施工。

 

粘层油喷洒完后，应及时摊铺封层或防反射裂缝类材料，尽量连续施工。施工车辆的轮胎须清洗干净，防止2次污染。

 

结论

 

本文探讨了不同干湿状态、不同温度、不同剂量泥土污染物对复合式路面层间粘结性能的影响，通过室内试验得出如下结论和建议。

 

1）界面层所受泥土污染越严重，界面层层间抗剪强度和拉拔强度越小。

 

2）在相同泥土污染量条件下，随着温度升高，层间抗剪强度和拉拔强度显著降低。

 

3）层间污染和高温对界面层抗剪强度均有不利影响，层间污染越严重、温度越高，复合式路面界面层的抗剪强度就越低。

 

4）饱水状态下，界面层层间抗剪强度和拉拔强度比干燥状态下的降幅要大。

 

5）层间保持洁净对保证复合式路面的层间整体性非常重要，建议实体工程施工时应提高界面层的洁净长度，采取有效措施保证层间洁净。