二階反應(yīng)型路面粘結(jié)劑技術(shù)特點(diǎn)與工程應(yīng)用

李敬平

（深圳市建筑工務(wù)署，廣東深圳 518006）

0 前言

瀝青混凝土和水泥混凝土是兩種不同的路面材料，其結(jié)合面上的摩阻力大大低于瀝青混合料本身，層間界面會(huì)存在抗剪強(qiáng)度不足的薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)路面受到較大的水平剪切力時(shí)易發(fā)生剪切位移，從而使瀝青面層發(fā)生水平推移、車轍及擁包等病害。而粘結(jié)層對(duì)復(fù)合式路面軸向拉應(yīng)力和剪應(yīng)力的傳遞有至關(guān)重要的作用，層間粘結(jié)力不足會(huì)導(dǎo)致層間推移及上面層層底拉應(yīng)力集中，這種應(yīng)力集中將加速疲勞開裂導(dǎo)致整個(gè)路面的破壞。

為了保證復(fù)合式路面的優(yōu)良路用性能，必須在水泥混凝土板與瀝青鋪裝層間設(shè)置粘結(jié)層，以提高層間的粘結(jié)力。傳統(tǒng)的乳化瀝青或普通改性瀝青粘結(jié)層僅能提供不到0.2 MPa的粘接力和剪切力，而二階反應(yīng)型路面粘結(jié)劑的25℃粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度均大于0.6 MPa，故本文著重介紹該材料的一些技術(shù)特點(diǎn)及工程應(yīng)用。

1 層間穩(wěn)定性力學(xué)分析

根據(jù)層間體系理論，擬以表1的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)用有限元方法分析粘結(jié)層所處位置的最大剪應(yīng)力分布情況。各層的厚度及材料的參數(shù)參考《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50-2006）,各層為連續(xù)接觸條件，汽車荷載采用后軸為100kN的標(biāo)準(zhǔn)軸載，其作用半徑δ=10.65 cm，垂直荷載為P=0.7 MPa。對(duì)于水平荷載，根據(jù)車輪與路面之間的摩擦系數(shù)f確定，即q=f·p，式中：q為水平荷載；p為垂直荷載；f為摩擦系數(shù)，對(duì)于正常行駛?cè)?.3，對(duì)于緊急制動(dòng)取0.5。

表1 擬計(jì)算的路面結(jié)構(gòu)

式中：τ——層間剪應(yīng)力；

h1，h1…，hn-1——各結(jié)構(gòu)層厚度；

P，δ——標(biāo)準(zhǔn)車行的輪胎接地壓強(qiáng)（MPa）和當(dāng)量圓半徑（cm）；

E1，E2…En-1——各層材料抗壓回彈模量。

在半剛性基層瀝青混凝土路面典型結(jié)構(gòu)有限元力學(xué)分析中，根據(jù)車輛行駛速度隨坡度的變化，選取了坡度3%～8%之間的六個(gè)典型坡度和坡度為0的平坦路段進(jìn)行分析，其中剪應(yīng)力在最大值所在橫斷面上隨深度的分布見圖1。

從面層剪應(yīng)力和剪應(yīng)變分布圖中可見，當(dāng)路線縱向坡度變化時(shí)，剪應(yīng)力和剪應(yīng)變的分布曲線形態(tài)基本相同，最大值仍位于路表下4～6 cm范圍內(nèi)，數(shù)值隨著坡度增加而增大。當(dāng)坡度為3%，其最大剪切應(yīng)力約為0.33 MPa,由于路面要受到荷載的反復(fù)作用，考慮到超載及緊急制動(dòng)水平力增加，結(jié)構(gòu)層間的抗剪強(qiáng)度τ≥1.5（抗剪結(jié)構(gòu)強(qiáng)度系數(shù)Kr）×0.335=0.5 MPa。

因此，復(fù)合式路面的層間粘結(jié)材料在38℃左右的抗剪切強(qiáng)度至少應(yīng)大于0.5 MPa。

2 二階反應(yīng)型路面粘結(jié)劑技術(shù)特點(diǎn)

2.1 性能指標(biāo)

二階反應(yīng)型路面粘結(jié)劑主要由天然瀝青與石油瀝青共混物中加入優(yōu)質(zhì)石油基活性反應(yīng)物質(zhì)組成，具有不含水、高滲透、反應(yīng)型三大特點(diǎn)，其性能指標(biāo)見表2。

表2 二階反應(yīng)型路面粘結(jié)劑性能指標(biāo)

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）反應(yīng)型：具有一階、二階化學(xué)反應(yīng)過程，能形成具有高彈塑性的防水粘結(jié)層，增強(qiáng)水泥混凝土和瀝青鋪裝層的粘結(jié)力和抗剪切能力；

（2）高滲透：能滲透到混凝土底層3～5 mm深處，具有較好的滲透固結(jié)作用（釘子效應(yīng)），能夠修復(fù)水泥混凝土面板上的微小孔隙；

（3）粘結(jié)力強(qiáng)：可提高水泥混凝土路面與瀝青加鋪層的結(jié)合力，其25℃粘結(jié)強(qiáng)度大于0.6 MPa；

（4）抗剪切強(qiáng)度高：其25℃抗剪切強(qiáng)度大于0.6 MPa，可延長(zhǎng)瀝青加鋪層使用壽命，有效防止瀝青鋪裝發(fā)生推移等病害；

（5）施工簡(jiǎn)便：界面清潔干凈，即可進(jìn)行施工，并且可以省去噴砂工序；

（6）環(huán)保：原路面無需銑刨（病害需處治合格），節(jié)約機(jī)械、燃油等成本，無噪音和粉塵污染。

3 工程實(shí)例

3.1 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

深圳市某道路等級(jí)為城市主干路，主道雙向6車道。為加快施工速度、減少施工噪音和粉塵，設(shè)計(jì)采用了滿鋪免銑刨工藝的“二階反應(yīng)型路面粘結(jié)劑”，具體結(jié)構(gòu)見表3。

表3 清林路路面修繕結(jié)構(gòu)方案

3.2 施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）工藝選擇

可采用人工涂布和噴灑兩種方式進(jìn)行，界面清潔干凈并完全干燥后，即可進(jìn)行該材料的施工。

（2）時(shí)間控制

施工后2～8 h，即可進(jìn)行瀝青層的施工或者開放交通（施工間隔時(shí)間可根據(jù)天氣狀況而調(diào)整，以材料不粘施工車輛輪胎為標(biāo)準(zhǔn)）。

（3）滲透時(shí)間

一階反應(yīng)和滲透時(shí)間共約為2～4 h（視天氣狀況有所不同）。

（4）開放交通時(shí)間

材料涂抹完畢，實(shí)干后即可開放交通（影響實(shí)干的因素有四，一是溫度，二是濕度，三是風(fēng)速，四是涂抹均勻度）

材料固化后可以抵抗施工車輛的輪胎、履帶刺破，成膜后不粘輪胎，現(xiàn)場(chǎng)有需要可以開放交通（如果開放交通，在進(jìn)行防水卷材和瀝青鋪裝時(shí)須將防水粘結(jié)層上所滯留的灰塵清掃干凈）。在防水粘結(jié)層被微損壞后，在熱瀝青罩面時(shí)高溫下該材料會(huì)微溶進(jìn)行第二次反應(yīng)，修復(fù)刺破點(diǎn)，同時(shí)生成高粘高彈的防水粘結(jié)膜，將瀝青鋪裝層與水泥基面牢牢結(jié)合成整體。如因特殊原因?qū)е路浪辰Y(jié)層損壞嚴(yán)重，要求施工人員在損壞處做補(bǔ)涂即可。

（5）用量控制

未經(jīng)銑铇的水泥混凝土路面，均勻滿涂時(shí)其用量約0.35～0.4 kg/m2。

（6）現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)

二階反應(yīng)型防水粘結(jié)材料為黑色粘稠液體，該材料施工后現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量的檢測(cè)一可以通過目測(cè)，對(duì)于材料與上下層的粘結(jié)性能則可通過現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)，具體檢測(cè)控制標(biāo)準(zhǔn)見表2。

3.3 質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

選取8個(gè)點(diǎn)對(duì)三種水泥混凝土基面進(jìn)行附著力測(cè)試，結(jié)果與相關(guān)試驗(yàn)圖片見表4和圖2。

表4 附著力測(cè)試結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

為了保證復(fù)合式路面的優(yōu)良路用性能，必須在水泥混凝土板與瀝青鋪裝層間設(shè)置粘結(jié)層，以提高層間的粘結(jié)力。二階反應(yīng)型路面粘結(jié)劑相比傳統(tǒng)工藝（乳化瀝青或普通改性瀝青粘結(jié)層）對(duì)水泥混凝土具有良好的粘結(jié)能力，其25℃粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪切強(qiáng)度均大于0.6 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求（0.5 MPa）。該材料還具有施工簡(jiǎn)便、環(huán)保等特點(diǎn)，作為水泥混凝土板與瀝青鋪裝層間的粘結(jié)層是十分適宜的，尤其在城市道路改造中具有獨(dú)特的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。

[1]JCT975-2005,道橋用防水涂料[S].北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社,2005.

[2]JTG D50-2006,公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[3]JTG D40-2002,公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社,2002.

[4]國(guó)家西部課題.水泥混凝土橋面防水層材料性能試驗(yàn)研究[R].