一种新旧沥青接触面的最佳拉毛工艺参数确定方法

摘要

本发明涉及一种切割机打毛沥青混凝土的方法，尤其涉及一种新旧沥青接触面的最佳拉毛工艺参数确定方法，本试验方法采用等间距、等深度、等槽宽的刀片切割磨削沥青混凝土板，在单层车辙板开设深度为0、3mm、6mm、10mm，拉毛槽宽2mm、5mm、9mm、13mm，拉毛间距8mm、12mm、16mm的沟槽，然后在其上摊铺沥青面板，得到双层车辙板，在室内对双层车辙板进行抗剪切性能试验和抗拉拔性能试验，经过本试验方法得到的双层车辙板上形成若干沟槽，在增加粘结层构造深度的同时，沟槽的出现还能够使得新摊铺的沥青面板更好的嵌入单层车辙板内，形成齿轮效应，以此提高接触面的抗剪性能和抗拉性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种切割机打毛沥青混凝土的方法，尤其涉及一种新旧沥青接触 面的最佳拉毛工艺参数确定方法。

背景技术

随着国内外高速公路修筑技术越来越成熟,现有高速公路结构性能越来越优 异,病害多出现在表面功能层,如轻微坑槽、磨光、横向裂缝，此类早期病害一 般占到通车前3年总破损面积的80％以上，往往这些病害仅仅需要进行一次薄层 铣刨重铺就能解决。局部切割重填和表面铣刨重铺已经成为目前改善路面使用 性能、提高路面维修养护质量和降低维修养护成本的最常见的方式。但是，旧 沥青料的老化以及切割后的光滑界面导致新旧料间难以形成良好的粘结面，新 铺材料与旧沥青面层粘结性较差，限制此类技术在高速公路中的应用。

为提高新旧材料接触面的粘结性能，在铺筑加铺层或者填料之前，需要在旧 的路面材料上先撒布乳化沥青、HMA、SBS改性沥青等昂贵的高粘材料，工序繁 琐耗资巨大，如壳牌SBS改性沥青目前的价格为5800/吨，以洒布量0.6kg/m²计算，四车道路面每公里费用就达到了78800元，而随着我国高速公路通车里 程的不断增加，单位面积上所投入的养护经费势必会降低，因此，加快对新旧 沥青材料的粘结性问题的研究，提高整体修补的经济性，是我国高速公路养护 建设的客观需求。

为了满足交通运输发展的需要，提高道路服务水平，对沥青混凝土进行表面 处置，在减少层间粘结材料的用量的同时，提高新旧材料接触面抗剪切能力、 抗拉拔能力己经成为当前急需解决的问题。而国内外对新旧沥青接触面的处置 除了涂抹粘层油外还有拉毛和打毛等技术，但是目前这些工艺由于缺少精确的 控制指标参数，而难以广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术缺点，提供一种新旧沥青接触面的最佳 拉毛工艺参数确定方法。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：包括以下步骤：

(1)采用标号为70的基质沥青，按照油118.9kg/m³，矿粉148.7kg/m³， 0‐2.36mm粒径细集料594.4kg/m³，2.36‐4.75mm粒径粗集料569.6kg/m³， 4.75‐9.5mm粒径粗集料693.49kg/m³，9.5‐19mm粒径粗集料470.58kg/m³的配 合比配制，均匀拌和后倾倒入车辙板模具中成型，得到若干组单层车辙板；

(2)取N组单层车辙板，在各个单层车辙板上开设若干沟槽，每个单层车 辙板上沟槽的拉毛深度不同，且每个沟槽的拉毛槽宽及相邻沟槽的拉毛间距相 同，开设完沟槽后清洗各个单层车辙板表面灰浆，即得到N组室内拉毛单层车 辙板；

(3)在步骤(2)得到的N组室内拉毛单层车辙板上摊铺沥青面板，得到N 组双层车辙板；

(4)在步骤(3)得到的每个双层车辙板上钻取芯样作为平行试件；

(5)对步骤(4)得到的平行试件进行抗拉拔性能试验和抗剪切性能试验， 测得各个双层车辙板具体的拉拔应力值、剪切应力值；

(6)对比不同拉毛深度下各个双层车辙板的拉拔应力值、剪切应力值，得 到最优的拉毛深度值；

(7)取M组单层车辙板，在各个单层车辙板上开设若干沟槽，每个单层车 辙板上沟槽的拉毛槽宽不同，相邻沟槽的拉毛间距和拉毛深度相同、沟槽的拉 毛深度为步骤6)得到的最优的拉毛深度值，清洗各个单层车辙板表面灰浆，即 得到M组室内拉毛单层车辙板，在得到M组室内单层车辙板上摊铺沥青面板得 到M组双层车辙板；在每个双层车辙板上钻取芯样作为平行试件；对得到的平 行试件进行抗拉拔性能试验和抗剪切性能试验，测得各个双层车辙板具体的拉 拔应力值、剪切应力值，对比不同拉毛槽宽下各个双层车辙板的拉拔应力值、 剪切应力值，得到最优的拉毛槽宽值；

(8)取X组单层车辙板，在各个单层车辙板上开设若干沟槽，每个单层车 辙板上沟槽的拉毛槽宽、拉毛深度均相同，相邻沟槽的拉毛间距不同，其中拉 毛槽宽为步骤7)得到的最优的拉毛槽宽值，拉毛深度为步骤6)得到的最优的 拉毛深度值，清洗各个单层车辙板表面灰浆，即得到X组室内拉毛单层车辙板， 在得到的X组室内拉毛单层车辙板上摊铺沥青面板，得到X组双层车辙板；在 每个双层车辙板上钻取芯样作为平行试件；对得到的平行试件进行抗拉拔性能 试验和抗剪切性能试验，测得各个双层车辙板具体的拉拔应力值、剪切应力值， 对比不同拉毛间距下各个双层车辙板的拉拔应力值、剪切应力值，得到最优的 拉毛间距值。

所述双层车辙板的制作过程为在室内拉毛单层车辙板上按照0.6kg/m²均匀 涂抹乳化沥青粘层油，待乳化沥青粘层油充分渗入后，将沥青面板摊铺到已放 置好室内拉毛单层车辙板的双层车辙模具中成型，即得到双层车辙板。

所述成型采用HYCX‐1型车辙试样成型机。

所述沥青面板采用标号70的基质沥青，按照油118.9kg/m³，矿粉148.7kg/m ³，0‐2.36mm粒径细集料594.4kg/m³，2.36‐4.75mm粒径粗集料569.6kg/m³， 4.75‐9.5mm粒径粗集料693.49kg/m³，9.5‐19mm粒径粗集料470.58kg/m³的配 合比配制后均匀拌合得到。

5、根据权利要求1或4所述的一种新旧沥青接触面的最佳拉毛工艺参数确 定方法，其特征在于：所述的粗集料是碎石；

所述的细集料是天然砂或机制砂。

所述车辙板模具尺寸为30cm×30cm×5cm；

双层车辙板的尺寸为30cm×30cm×5cm。

使用钻芯机在每个双层车辙板上钻取四个直径为105mm的芯样。

在进行抗拉拔性能试验和抗剪切性能试验前将平行试件置于水浴环境箱内 25℃±1下保温2h。

在单层车辙板上开设沟槽的具体步骤为：

1)将单层车辙板置于磨削深度控制试验工作台上，利用挡块并固定；

2)用粉笔在单层车辙板上精确的画出各条沟槽的位置；

3)调整切割机升降丝杆，使得刻槽机刀排嵌入单层车辙板分别达到设置的 拉毛深度、拉毛槽宽以及拉毛间距；

4)开启刻槽机电机开关，匀速旋转向前切割，刻槽机速度为20mm/min。

所述抗拉拔性能试验具体步骤为：

(1)将平行试件两头用环氧树脂分别固定在LGZ‐I型拉拔仪的底面板和拉拔 头上；

(2)待完全凝固后，将拉拔设备放置于平行试件上方，调节三个平衡支架 使整个拉拔装置与平行试件成垂直关系；

(3)将拉拔力臂下的螺帽与拉拔头衔接固定好，开启电机至破裂后自动停 止，直接读取破坏应力值及破坏位移大小；

所述抗剪切性能试验操作方法如下：

(1)将平行试件固定在JHY‐A型剪切仪的固定模具上，使得粘结层接触面与 固定模具的接缝处于同一平面；

(2)将加载力臂复位后，设置加载速度30Hz和编号，进行剪切；

(3)剪切结束后，直接读取破坏应力值及破坏位移大小。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明通过室内试验模拟实际 情况的应用情况，在单层车辙板开设沟槽，然后在其上摊铺沥青面板，得到双 层车辙板，在室内对双层车辙板进行抗剪切性能试验和抗拉拔性能试验，经过 本试验方法得到的双层车辙板上形成若干沟槽，在增加粘结层构造深度的同时， 沟槽的出现还能够使得新摊铺的沥青面板更好的嵌入单层车辙板内，形成齿轮 效应，以此提高接触面的抗剪性能和抗拉性能，而不同的拉毛深度、拉毛槽宽 以及拉毛间距，则会影响到材料间粘结的能力，确定拉毛深度、拉毛槽宽以及 拉毛间距的最优值，为沥青层间拉毛的大面积推广应用提供试验数据，既提高 生产效率，又保证施工质量，是推广接触面拉毛技术的关键环节。对研究提高 沥青接触面粘结性能的施工方法具有十分重要的意义。

附图说明

图1为本发明的工作流程图；

图2为本发明最佳拉毛参数下的沟槽纹理构造图；

图3为本发明的刻刀排布结构示意图；

图4为本发明的试件尺寸及拉毛形式示意图；

图5不同拉毛参数下抗剪强度柱状图；

图6不同拉毛参数下抗拉强度柱状图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明：

综合现有的文献及施工经验拉毛深度选择0mm、3mm、6mm和10mm四 种，拉毛间距则选择8mm、12mm和16mm三种，考虑刀片宽度和常规AC‐13 粒径大小的前提下拉毛槽宽则选择为2mm、5mm、9mm和13mm四种，取N＝4， M＝4，X＝3；

参见图1至图6，本发明的一种新旧沥青接触面的最佳拉毛工艺参数确定方 法包括以下步骤：

(1)制备试件：

采用标号为70的基质沥青，按照油118.9kg/m³，矿粉148.7kg/m³，0-2.36mm 粒径的天然砂594.4kg/m³，2.36-4.75mm粒径的碎石569.6kg/m³，4.75-9.5mm 粒径的碎石693.49kg/m³以及9.5-19mm粒径的碎石470.58kg/m³的配合比配制 后，将其在BH-20型全自动混合料拌和机里均匀拌和，拌和后倾倒入30cm×30cm ×5cm的车辙板模具中，然后采用HYCX-1型车辙试样成型机来回碾压24次后置 于干燥室外放置两天后拆模，得到11组单层车辙板；

(2)调整拉毛参数：

取四组单层车辙板，在各个单层车辙板上开设若干沟槽，每个单层车辙板上 沟槽的拉毛深度分别为0mm、3mm、6mm和10mm，每个沟槽的拉毛槽宽及相 邻沟槽的拉毛间距分别为2mm和8mm，开设完沟槽后清洗各个单层车辙板表 面灰浆，即得到四组室内拉毛单层车辙板；

(3)将步骤(2)得到的四组室内拉毛单层车辙板制作成四组尺寸为30cm ×30cm×10cm双层车辙板；

(4)使用钻芯机在步骤(3)得到的每个双层车辙板上钻取四个直径为105mm 的芯样作为平行试件；

(5)将平行试件置于水浴环境箱内25℃±1下保温2h，然后对其进行抗拉 拔性能试验和抗剪切性能试验，测得各个双层车辙板具体的抗拉应力值、抗剪 应力值；

(6)对比不同拉毛深度下各个双层车辙板的抗拉应力值、抗剪应力值，得 到最优的拉毛深度值为10mm；

(7)取四组单层车辙板，在各个单层车辙板上开设若干沟槽，每个单层车 辙板上沟槽的拉毛槽宽分别为2mm、5mm、9mm和13mm，相邻沟槽的拉毛间 距及拉毛深度相同，分别为8mm和10mm，清洗各个单层车辙板表面灰浆，即 得到四组室内拉毛单层车辙板，将得到四组室内拉毛单层车辙板制作成四组双 层车辙板；在每个双层车辙板上采用钻芯机钻取芯样四个直径为105mm的芯样 作为平行试件；将平行试件置于水浴环境箱内25℃±1下保温2h，然后对其进 行抗拉拔性能试验和抗剪切性能试验，测得各个双层车辙板具体的抗拉应力值、 抗剪应力值，对比不同槽宽下各个双层车辙板的抗拉应力值、抗剪应力值，得 到最优的拉毛槽宽值为13mm；

(8)取三组单层车辙板，在各个单层车辙板上开设若干沟槽，每个单层车 辙板上沟槽的拉毛槽宽、拉毛深度均相同，分别为13mm和10mm，相邻沟槽 的拉毛间距分别为8mm、12mm、16mm，清洗各个单层车辙板表面灰浆，即得 到三组室内拉毛单层车辙板，将得到的三组室内拉毛单层车辙板制作成三组双 层车辙板；在每个双层车辙板上钻取芯样作为平行试件；将平行试件置于水浴 环境箱内25℃±1下保温2h，然后对其进行抗拉拔性能试验和抗剪切性能试验， 测得各个双层车辙板具体的抗拉应力值、抗剪应力值，对比不同拉毛间距下各 个双层车辙板的抗拉、抗剪应力值，得到最优的拉毛间距值8mm。

其中，双层车辙板制作过程在室内拉毛单层车辙板上按照0.6kg/m²均匀涂抹 乳化沥青粘层油，待乳化沥青粘层油充分渗入后，将上层料摊铺到已放置好室 内拉毛单层车辙板的双层车辙模具中，采用HYCX-1型车辙试样成型机来回碾压 24次后置于干燥室外放置两天后、拆模即得到双层车辙板，上层料为采用标号 为70的基质沥青，按照油118.9kg/m³，矿粉148.7kg/m³，0-2.36mm粒径机制 砂594.4kg/m³，2.36-4.75mm粒径碎石569.6kg/m³，4.75-9.5mm粒径碎石 693.49kg/m³，9.5-19mm粒径碎石470.58kg/m³的配合比配制后均匀拌合得到。

在水泥混凝土板试件底板上开设沟槽的具体步骤为：

1)将水泥混凝土试件置于磨削深度控制试验工作台上，利用挡块并固定；

2)用粉笔在水泥混凝土板试件底板上精确的画出各条沟槽的位置；

3)调整切割机升降丝杆，使得刻槽机刀排嵌入水泥混凝土板试件底板分别 达到所设置的拉毛深度、拉毛槽宽以及拉毛间距；

4)开启刻槽机电机开关，匀速旋转在向前切割，保持在20mm/min左右。

抗剪切性能试验

本发明采用直剪来评价试件的抗剪性能，直剪试验的主要思想是模拟路面粘 结层的受剪状态，严格来说其试验原理和路面实际受力状况有一定差别，但是 由于其结果得到的是粘结层平均抗剪强度，并以此来逼近粘结层的实际受剪状 态，且试验方法比较简单，容易控制，因此用它来评价粘结层的抗剪切性能。

抗剪切性能试验选用JHY‐A型剪切仪，该仪器主要由固定模具、加载力臂、 电机和微电脑处理器构成。

抗剪切性能试验操作方法如下：

(1)将平行试件固定在如图1所示的JHY‐A型剪切仪左端的固定模具上，保 证粘结层接触面于模具的接缝处于同一平面；

(2)将加载力臂复位后，设置加载速度30和编号，即可开始进行剪切；

(3)剪切结束后，直接读取破坏应力值及破坏位移大小。

抗拉拔性能试验

粘结面要保持良好的连续状态，除了在水平方向上能够具备足够的抗剪强度 之外，还要在竖向方向上能够提供良好的粘结强度。层间拉拔试验正是可以反 映路面结构层间粘结强度的试验，其目的是为了检验粘层与上、下两层间的粘 结能力，并且还可以观察到粘结力不足时的破坏现象。

本发明的抗拉拔性能试验选用LGZ‐I型拉拔仪，该仪器主要由固定模具、加 载力臂、平衡支架、电机和微电脑处理器构成。

拉拔试验操作方法如下：

(1)将25±1℃的平行试件两头用环氧树脂分别固定在LGZ‐I型拉拔仪底面板 和拉拔头上；

(2)待完全凝固后(室温下1‐2天)，将拉拔设备放置于试件上方，调节三 个平衡支架是整个拉拔装置与试件成垂直关系；

(3)将拉拔力臂下的螺帽与拉拔头衔接固定好，开启电机至破裂后自动停 止，直接读取破坏应力值及破坏位移大小。

试验选取不同拉毛参数下的试件进行横向对比试验，结果如表1‐7所示：

3.试验结果

不同拉毛方向下的试件进行对比试验，结果参见表1，

表1不同拉毛方向下抗剪切应力值

表1为当拉毛深度为深度3mm，拉毛槽宽为2mm，拉毛间距8mm时不同 拉毛方向下的抗剪切应力值，该试验数据显示当拉毛方向平行于行车方向时， 其抗剪剪切应力较大，因此后续试验均采用此拉毛方向。

表2不同拉毛深度下抗剪切应力值

表3不同拉毛深度下抗拉拔应力值

表2、表3为当拉毛深度为0mm、3mm、6mm、10mm，拉毛槽宽为2mm， 拉毛间距为8mm时，测得的抗剪切应力值和抗拉拔应力值，由表2、表3对比 可知平行试件层间拉毛深度为10mm时抗剪强度远大于其他深度，当拉毛深度 为10mm时平行试件层间抗拉拔强度和6mm时基本一致，因此最佳拉毛深度为 10mm。

表4不同拉毛槽宽下抗剪切应力值

表5不同拉毛槽宽下抗拉拔应力值

表4、表5为当拉毛深度为10mm，拉毛间距为8mm、拉毛槽宽分别为2mm、 5mm、9mm、13mm时，测得的抗抗剪切应力值和抗拉拔应力值，表4、表5 数据显示在拉毛深度为最佳的10mm，拉毛间距为8mm时，拉毛宽度为13mm 时其试件层间抗剪与抗拉拔性能均最高，因此13mm为最佳的拉毛宽度。

表6不同拉毛间距下抗剪切应力值

表7不同拉毛间距下抗拉拔应力值

表6、表7为当拉毛深度为10mm、拉毛槽宽为13mm、拉毛间距为8mm、 12mm、16mm时，测得的抗抗剪切应力值和抗拉拔应力值，表6、表7数据显 示，当拉毛深度为最佳取值10mm，拉毛宽度为最佳取值13mm时，拉毛间距 为8mm的试件层间抗剪强度和抗拉强度均为最高，因此8mm是最佳拉毛间距 取值。

参见图5和图6，由其能够得出，在拉毛深度为0时，沥青混凝土双层车辙 底板的剪切应力值和拉拔应力值最小。当拉毛深度不同、拉毛槽宽和拉毛槽间 距相同时，拉毛深度为10mm时的抗剪应力值和抗拉应力值相对较大；当拉毛 槽宽不同，拉毛深度为10mm、拉毛槽间距固定时，拉毛槽宽在13mm时的剪 切应力值和拉拔应力值相对较大，当拉毛槽间距不同，拉毛深度及拉毛槽宽固 定时，拉毛槽间距为8mm时的剪切应力值和拉拔应力值相对较大。

通过上述试验结论可知，在填料是常规的AC‐13时，拉毛深度为10mm，拉 毛槽宽为13mm，拉毛间距为8mm是最优的拉毛参数，且拉毛方向与受力方向 平行时的剪切应力值与拉拔应力值强于拉毛方向与受力方向垂直时。

本发明通过室内试验模拟实际情况的应用情况。通过室内试验可以得到纵 向沟槽纹理的沥青混凝土双层车辙底板，在室内对其进行剪切性能试验和拉拔 性能试验，确定拉毛深度、拉毛槽宽以及拉毛间距等参数的最优值，为沥青层 间拉毛的大面积推广应用提供试验数据。

如何对常规AC‐13路面设定最佳的拉毛参数，既提高生产效率，又保证施 工质量，是推广接触面拉毛技术的关键环节。对研究提高沥青接触面粘结性能 的施工方法具有十分重要的意义。