由于每层可设计为不同的特征和性能,分层进行沥青铺装是有很多好处的。例如,面层可设计为有很大的摩擦力、多孔以便排水防溅水、减少轮胎噪音等。中间层可设计为有很强的抗开裂能力,如果下层铺装有接缝或裂缝;或者可以设计为高模量层,提供结构刚度,来减小导致疲劳开裂的拉伸应变,以及限制导致下层永久变形的高压缩应变。沥青基层可设计为高抗应变能力,来消除疲劳开裂。
图1 典型多层沥青铺装结构
进行多层沥青铺装对于阶段性的建设也是有好处的,比如初始的设计厚度是为一定的交通量设计的,而对于交通量预期的年限要小于通常道路的设计使用年限,之后需要再铺筑一层新的结构罩面。这对于对未来交通量增长极不确定时是很有好处的。预期去猜测二三十年后的交通量,不如去按更短的时间去设计,如15年。这样,可以重新评估交通量的需求来决定结构罩面的厚度。
最后,分层沥青结构对于将来的大修工作也是有好处的,可以很快将现有的面层磨掉恢复平整、去除表面缺陷,摊铺新面层。这种修复工作快速,磨的厚度通常小于2英寸,交通可以在磨完的车道和未磨的车道之间安全诱导,从而减少长段的关闭车道。然而,如果层与层之间没有粘结好,层间界面就会成为整个体系的薄弱环节,铺装不会表现出预期的样子。虽然我们可以把各个层单独设计、铺筑和修复,层与层必须粘结在一起才能如预期的样子响应荷载。这就是粘层的目的。
最近几年粘层得到了更多的关注。新的粘层产品涌入市场。有些单位将安置在摊铺机刮板前的喷洒粘层的喷洒机用于特定铺装。几个大的研究机构研究了根据不同粘层产品、不同类型和状况的上层确定最佳的粘层用量。有些州还从工程中钻芯测试粘结强度,证实了粘层的有效性。有线下和线上的研讨会交流比选和使用粘层的优秀案例。所有对铺装工作人员和道路建设人员的培训都应强调粘层的重要性和在施工过程中的注意事项。
有关层间粘结差的典型损害包括滑移裂缝、剥落和龟裂,如图2。龟裂通常认为是自下而上的疲劳裂缝,实际上这种损害也可能从较差的界面粘结开始。高速公路管理部门应隔一定时间对需要修复的铺装钻芯,检测是否粘结差导致铺装损害。
在过去十年,我中心的研究人员发现粘结层失效会导致铺装结构的快速损害。如图3所示,没有层间粘结的铺装相对于有层间粘结的铺装,会极大增加荷载下面的拉伸应力。如果铺装层无法承受该应变,会就造成开裂。虽然粘层在整个铺筑和修复预算中占很小的一部分,层间粘结对于性能是非常重要的。
图3 有无层间粘结的受力分析
图4 我中心用于分析开裂过程的芯样(红线标识裂缝)芯样A中,中间层与基层间的界面可见且完整。芯样B,可看到该界面粘结失效处。芯样C,出现了裂缝且向上扩展。芯样D,裂缝已扩展至表面。芯样E,裂缝贯穿整个芯样。(译自美国奥本大学国家沥青技术中心报告)来源:城建日沥