摘要：沥青路面层间粘结质量直接关系到道路的使用性能和服役年限，尤其是长大纵坡路段、小半径路段、交叉口等特殊路段，层间切向剪应力远高于普通路段，沥青路面更容易出现层间剪切破坏的问题，导致路面结构发生层间滑移，甚至断裂分离，引发U形裂缝、坑槽等路面病害，缩短路面的使用寿命。目前，有关沥青路面层间粘结性能的研究缺乏统一的试验评价体系，试验方法众多。本文特梳理了国内外沥青路面层间粘结性能测试的方法，旨在为测试的设计及结果比较提供借鉴和依据。此外，笔者通过研究发现，剪切试验是测试沥青路面层间粘结性能的有效方法。
关键词：沥青路面；层间粘结；试验方法
沥青路面因其耐久性强、平整度好及便于养护维修等优点得到了广泛的应用。根据相关统计，我国现有国省干线公路中90%以上面层为沥青混合料。随着经济的迅猛发展，货物运输车辆重载、超载、超限的现象越来越普遍，加之气候条件反常，强降雨及高温天气频繁出现，沥青路面在经过重载、雨水及高温外界条件的综合作用下将会发生耦合损伤，沥青混合料路用性能降低，使得路面出现裂缝类病害(如横向裂缝、纵向裂缝等)和面积类病害(如龟裂、块裂、沉陷、坑槽、松散等)。然而，沥青混合料产生的性能损伤不仅与面层材料、结构有关，而且层间粘结对沥青混合料路用性能有着较大的影响。
一、沥青路面层间粘结性能影响因素
目前，我国沥青路面设计采用的是力学－经验法，设计理论为弹性层状体系理论。其中，部分假设条件为路面在行车荷载的作用下，各结构层材料处于均匀、各向同性的连续状态，层间接触界面上的应力和位移完全连续(连续体系)，或竖向应力和位移连续而层间的摩阻力为零(滑动体系)。然而，层间通常采用黏层材料来粘结上下结构，因施工条件、接触界面均匀性的影响，层间接触界面受到弯拉应力及横向剪切应力作用，变得较为薄弱。为量化评价沥青路面层间受力情况，通常采用抗剪强度作为评价指标。沥青混合料的受力情况复杂，不仅受到多种因素的作用，且各作用力之间不是独立的。根据以往对层间界面作用的认识，层间抗剪强度的影响因素较多，包括竖向应力、层间所有黏层材料种类及黏层材料施工温度等。
二、沥青路面层间粘结性能测试的方法
目前，路面层间粘结性能测试中最常用的是室内直剪（直接剪切）试验和单剪（简单剪切）试验。
直剪试验限定试件的破坏面，剪切力直接加载到破坏面的一侧而不是试件表面上。直剪试验分为两类：一类使用夹具保持试件位置，另一类使用梁机理施加剪切。单剪试验不限定试件的破坏面，剪切力施加在试件表面上，试验过程中需要使用胶水将试件粘结固定在试模中。其实各类单剪试验仪器的原理十分相似，不同点在于剪切力的施加方式和使试件产生相对位移的方式。直剪试验和单剪试验相比，前者不会施加垂直于剪切面的法向力，而后者则相反。
三、路面层间剪切试验分析
沥青路面层间剪切试验多使用现场取芯或试验室成型的直径100mm或150mm的圆柱体试件，还会用到一些仪器，如ASTRA试验和LPDS试验（不仅能测试圆柱体试件，还可以测试长方体试件）。大多数欧洲国家采用直剪试验仪进行沥青路面层间剪切试验，借助马歇尔试验仪进行静力加载，如Leutner试验仪、LPDS试验等，这些仪器大多将变形速率控制在50mm/min。在美国，层间剪切试验也大多采取直剪试验，只是不同的研究机构提出了不同的直剪试验，如美国佛罗里达州交通部门提出的FDOT试验。
在这些试验中，试模、试件尺寸、变形速率均有所不同。一些国家和研究机构在直剪试验中采用动力加载。英国直剪试验通常施加频率为2Hz的正弦剪切荷载。德国德累斯顿工业大学研发了能够实现动力加载的Leutner剪切试验，正弦荷载频率为1～15Hz，幅值0.005～0.1mm,Romanoshi动态斜剪试验加载的周期为0.2s，其中力脉冲持续的时间为0.05s。
我国李盛等学者研发的复合式沥青路面层间剪切疲劳测试的装置同样为动态斜剪试验，采用MTS试验机加载，加载频率为10Hz，试件纵轴与竖直轴夹角为26°3′分。单剪试验中各国选用的变形速率各不相同，如英国选用的是1.5mm/min，意大利选用的为2.5mm/min（ASTRA试验）。目前，沥青路面层间剪切试验中法向力的施加仍具有较大争议。虽然施加法向力可以更真实地模拟路面结构的实际受力状态和剪切破坏模式，但对于法向力的大小，许多学者提出了不同的意见，仍需进一步研究。沥青路面层间剪切试验温度通常设置在20℃到25℃之间。在一些科研项目中，温度设置在10℃到40℃之间，但这种设置对日常的层间质量评价并不合适，在高温状况下，不同路面层间状况之间的差异将很难区分。另外，高温会增加试件在放入试模等过程中提前发生破坏的可能性。试验的简便性十分重要，采用夹具装置固定试件的仪器比需要使用胶水将试件与试模粘结的仪器操作更方便，可直接安装在通用试验仪的加载的仪器比需要单独实验装置的仪器更有优势。试件准备时间长，试验仪器复杂笨重，试验结果影响因素多的试验不适用于日常的层间质量评定。
当对不同类型的剪切试验仪的试验结果进行表征、分析、比较时，现有的研究同样未达成统一的意见。研究者对温度和变形速率的影响达成较为一致的意见，分析时可进行一些转换计算，但对法向应力、粘结层、层间界面平整度等因素在不同试验中的影响仍存在较大争议。
四、结论
剪切试验是测试沥青路面层间粘结性能的有效方法，设计或选择剪切试验仪器时不要选择操作复杂的，要考虑安装的简便程度。从试验简便性的角度看，采用夹具装置固定试件的直剪试验仪比需要使用胶水将试件与试模粘结的单剪仪器更方便，可直接安装在马歇尔试验仪、MTS试验仪等通用试验仪的加载的仪器比需要单独实验装置的仪器更有优势。
现有仪器中试模上部和下部之间剪切缝隙的宽度设置大多缺乏合理性，需要进一步研究。剪切缝隙宽度过大将产生弯矩，过小将增加试件制作及安放的难度。沥青路面层间剪切试验宜在20℃左右的常温下进行，高温试验条件下不同层间状况之间的差异将难以区分，同时高温会增加试件安放过程中提前发生破坏的可能性。施加法向力可以更真实地模拟路面结构的实际受力状态和剪切破坏模式，研究表明法向力对试验结果有显著影响，但法向力大小的确定需要进一步研究。
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论文作者:叶春建
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/8/1
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