周力博
（中交四公局第二工程有限公司，北京 100176）
摘要：常温磨耗层采用乳化沥青作为沥青胶结料，可以实现常温状态下施工，节能环保。其与原路面之间的粘结状态是整个磨耗层体系的薄弱环节，粘层材料及其性能决定了层间抗剪切变性能力的强弱，是上下层形成牢固整体的关键。引入水性聚氨酯改性剂，基于层间斜剪试验对粘层材料进行优化设计，分析试验温度、粘层油洒布量、水性聚氨酯掺量三个主要因素的影响。 关键词：粘层；斜剪试验；水性聚氨酯；磨耗层
中图分类号：U416.217 文献标识码：A Study on influencing factors of
properties of waterborne polyurethane modified bonding layer material
ZHOU L i-bo
（The Second Engineering Co.,Ltd.,of CCCC Fourth Highway Engineering Co.,Ltd.，Beijing 100176 China）
Abstract:Emulsified asphalt is used as asphalt binder in normal temperature wear layer, which can realize construction at normal temperature, save energy and protect environment. The bonding state between the bonding layer and the original pavement is the weak link of the whole wear layer system. The bonding layer material and its properties determine the strength of the interlayer shear resistance, which is the key to form a solid whole between the upper and lower layers. By introducing waterborne polyurethane modifier, the optimum design of viscous material was carried out based on the interlayer diagonal shear test, and the effects of three main factors, namely, test temperature, oil spraying amount and water-borne polyurethane content, were analyzed.
Key words:sticky layer；oblique shear test；waterborne polyurethane；friction course 引言
刘心武 如意磨耗层作为一种路面常用养护技术，由于适用于对路面大多数病害的养护和修补，在道路养护领域得到了广泛应用。传统热拌磨耗层沥青混合料需要在较高温度下施工才能保证其压实度和后期路用性能，而磨耗层由于摊铺厚度薄，温度散失极快，导致其压实度往往难以控制。常温磨耗层是一种新型养护技术，其采用乳化沥青作为结合料，不需加热沥青和集料，在常温条件下即可实现拌和、摊铺、碾压，节能环保，具有良好的应用前景［1］。磨耗层的代表厚度为2～2.5 cm，厚度较薄，其与原路面之间的粘结通常较弱，需要设置粘层，并进行针对性的处理与优化设计。如果磨耗层的层间粘结和抗剪切特性不足，路面难以抵御车轮荷载产生的剪切力极容易出现层间剪切破坏，使得磨耗层与原路
面之间产生相对滑移，破坏路面结构的整体协调性，路面结构处于不利的受力状态，从而诱发各类病害，造成道路使用性能急剧下降。
我国沥青路面结构设计方法，采用以弹性层状体系理论为基础的力学-经验法进行设计，假设层间连续，对层间剪切疲劳破坏未进行专门设计［2］。因此，在进行磨耗层体系设计时，应重点考虑粘层材料的优化设计，保障粘层材料具有优良的粘聚力，并提供足够的层间摩阻力，使得上下层可以形成连续、牢固、稳定的整体。
１ 原材料及试件制备
１．１ 原材料参数
采用实验室小型胶体磨自制快裂型阳离子乳化沥青作为粘层油基础材料，同时，引入水性聚氨酯乳液（热塑性，软化点120℃，固含量40%）对粘层油进行改性。
１．２ 复合试件制备
cdna为了尽可能模拟实际路面中粘层的状态，采用AC-13+SMA-10复合结构来模拟冷拌冷铺型罩面结构，见图1。实验室制备双层斜剪复合试件主要流程：（1）利用300 mm×300 mm×50 mm标准车辙模具成型下层AC-13混合料，冷却脱模后，放入
收稿日期：2019—05—23
作者简介：周力博（1984—），男，湖南人，工程师。
周力博：水性聚氨酯改性粘层材料性能影响因素研究
300 mm×300 mm×100 mm 车辙模具中作为罩面结构的下面层；（2）按照不同试验方案撒布粘层油、进行层间处理；（3）拌和、成型复合改性乳化沥青SMA-10上面层，放置在110℃鼓风烘箱中养生24 h 后取出，室温冷却静置24 h 后脱模；（4）对复合试件进行切割，切割成与斜剪模具相匹配的正方体待测试件（100 mm×100 mm×100 mm），进行后续的
斜剪测试。
图1 复合结构
２ 层间斜剪试验方法
２．１ 斜剪试验方法
对于粘层材料层间抗剪强度，国内外技术规范中尚无统一的指标规范，国内外研究者普遍采用直接剪切试验、斜面剪切试验进行层间抗剪强度试验［3-4］，见图2。借助专门设计的模具，斜面剪切试验可以实现正应力与剪应力同时变化，当模具顶面有正压力作用时，根据力的分解原理，正压力沿着平行于和垂直于剪切面两个方向进行分解，当正应力施加到一定值后，复合试件会产生滑移破坏，与车辆荷载作用下层 间的的应力状态相符合。
图2 斜剪试验
研究采用斜剪试验来评价粘层抗剪强度，取剪切角α=40°，加载速率取50 mm/min，在压力试验机上进行测试，记录试件发生滑移破坏的最大荷载F，层间剪切强度按下式计算。
τ=sin40°×F
S (1)
式中：τ—粘层抗剪强度，MPa；F —试件发生滑移破坏的最大荷载，N；S —试件剪切面积，mm 2。２．２ 试验因素及水平
试验因素及相应的水平见表1。
表１ 层间抗剪试验因素及水平试验因素试验温度（℃）乳化沥青撒布量（kg/m 2）水性聚氨酯掺量（%）
水平一低温（-18℃）0.6 5.0水平二常温（25℃）0.810.0水平三
高温（60℃）
1.0
15.0
３ 试验结果与分析
按照方案进行斜剪试验，测试结果见表2。
表２ 斜剪试验结果
试验温度（℃）
洒布量
（kg/m 2）聚氨酯含量（%）
抗剪强度（MPa）-180.810.0 5.45250.810.0 1.59600.810.00.53-180.610.0 4.73250.610.0 1.24600.610.00.47-18 1.010.0 5.0525 1.010.0 1.2960 1.010.00.40250.8 5.0 1.00600.8 5.00.35-180.815.0 6.12250.815.0 2.3260
0.8
15.0
scarlett蕙珈
0.76
３．１ 试验温度影响分析
为了直观分析试验温度对粘层抗剪强度的影响，固定粘层油的洒布量为0.8 kg/m 2，水性聚氨酯掺量为
10%不变，绘制不同温度下复合试件的抗剪强度柱形图见图3。可以看出随温度升高，粘层抗剪强度在低温、常温、高温环境下都呈现显著下降趋势。以-18℃为基准，25℃、60℃的层间抗剪强度分别降低了70.8%、90.3%。粘层油作为沥青材料，在高温状态下，流动性将会增强，粘度降低，导致粘层材料的粘聚力急剧下降，从而引起层间抗剪强度的大幅衰减。
图3 试验温度影响分析
３．２ 粘层油洒布量影响分析
固定水性聚氨酯掺量为10%，绘制不同粘层油洒布量条件下层间抗剪强度变化对比见图4。结果表明，在不同试验温度下，粘层油的洒布量与抗剪强度变化趋势趋同。随着粘层油洒布量掺量的增加，层间抗剪强度呈现先上升后下降的规律。当粘层油洒布量较小时，体系内的乳化沥青含量较少，粘层材料的粘聚力不足，对应的层间抗剪切强度也就较小；当粘层油洒布量较大时，体系中会存在富余的沥青，层间出现了自由沥青，起到了润滑作用，层间更容易产生滑移［5］。因此，粘层油的洒布量存在一个最佳值，以抗剪强度峰值为判别标准，试验中取0.8 kg/ m 2
作为最佳洒布量。
东岳论丛编辑部图4 粘层油洒布量影响分析
３．３ 树脂掺量影响分析
在0.8 kg/m 2
最佳洒布量的条件下，绘制不同水
性聚氨酯掺量条件下抗剪切强度对比见图5。可知在低温、常温、高温环境下，随着水性聚氨酯掺量的增加，抗剪强度呈现逐渐上升趋势。表明粘层油体系中加入水性聚氨酯改性剂，可以显著改善粘层体系的的抗剪切变形能力。分析认为，一方面，水性聚氨酯自身优越的胶结能力进一步加强了粘层油体系的粘结能力，提升粘层材料的粘聚力；另一方面，残留的沥青与水性聚氨酯之间可以形成空间稳定的交联网络，随着粘层油体系渗入到上下层界面，增强分层结构的粘结稳定性，综合提升复合试件的层间抗剪切破坏能力。从磨耗层与原路面的层间抗剪强度最优的角度，确定水性聚氨酯最优掺量为15%。
乘车图5 水性聚氨酯掺量影响分析
４ 结论与展望
（1）粘层是超薄磨耗层与路面上面层之间的连接层，决定了上下层是否能牢固形成可靠的整体，是影响整个磨耗层体系的关键部分。斜剪试验与实际路面粘层剪切破坏状态相符，可以作为粘层层间抗剪强度测试的研究手段。（2）斜剪试验结果表明，粘层油作为沥青材料，在高温状态下，流动性将会增强，粘度降低，导致粘层材料的粘聚力急剧下降，从而引起层间抗剪强度的大幅衰减，温度增加会显著降低层间抗剪切强度。粘层油的洒布量存在一个最佳值，洒布量过少时，难以提供足够的粘聚力，洒布量过高时，多余的自由沥青会起到润滑作用。（3）水性聚氨酯主要通过加强粘层油体系的粘结能力，
提升粘层材料的粘聚力，并与残留沥青之间形成空间稳定的交联网络，随着粘层油体系渗入到上下层界面，增强分层结构的粘结稳定性，综合提升复合
（下转第93页）
结构组成各部分的刚度应合理进行匹配。拱肋结构拱轴线矢跨比的变化在3阶结构振动时对结构的自振频率影响较大。
５ 结语
（1）下承式钢管混凝土拱桥梁拱组合结构各部分协同工作，吊杆将拱肋与桥面联系在一起，结构各
部分振动同步，拱肋与桥面结构具有足够的刚度。但是在该种桥型设计时应重视钢管混凝土拱肋结构的面外刚度设计，这也是该种桥型具有的独特之处。（2）主梁材料重度对结构的自振频率影响不明显，拱肋结构拱轴线矢跨比在3阶结构振动时对结构的自振频率影响较大。（3）拱肋间横向连接形式对桥跨方向拱肋面内竖向刚度影响不大，但对拱肋结构面外刚度影响较大。参考文献：
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（上接第89页）
试件的层间抗剪切破坏能力。水性聚氨酯对粘层油进行改性，可以发挥自身高粘结性、高温稳定特性，有效提升粘层体系的抗剪切变形能力，水性聚氨酯在粘层材料中的最佳掺量为15%。
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