水泥穩定碎石基層使用蠟制養護劑應用研究?

劉柏康1，鐘雨喬2，尹兆粼1，鐘永剛3，姚佳良4

（1.東莞市公路管理局，廣東東莞 523110；2.長安大學公路學院，陜西西安 710064；3.東莞市交通運輸局，廣東東莞 523125；4.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004）

水泥穩定碎石基層使用蠟制養護劑應用研究?

劉柏康1，鐘雨喬2，尹兆粼1，鐘永剛3，姚佳良4

（1.東莞市公路管理局，廣東東莞 523110；2.長安大學公路學院，陜西西安 710064；
3.東莞市交通運輸局，廣東東莞 523125；4.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004）

結合廣東省東莞市S358線清溪段路面改造工程，在水泥穩定碎石基層上噴灑蠟制養護劑，并進行層間剪切試驗、拉拔試驗及防水試驗驗證其效果。試驗結果表明，水泥穩定碎石基層上噴灑蠟制養護劑，與無隔離層基層比較，能改善過渡層性能，減少薄弱過渡層的形成，減小層間摩阻力，降低粘結力，提高防水作用。

公路；蠟制養護劑；隔離層；水泥穩定碎石基層；摩擦力

在剛性基層（貧砼基層）和半剛性基層上鋪筑水泥砼形成的路面即“白加白”結構的主要問題是層間結合程度，層間結合強時剛性大的面層與基層變形（砼硬化變形、溫度和荷載變形）所引起的開裂會互相影響，產生反射裂紋。為了降低基層與面層間的結合程度，避免面層與基層的完全粘結，常在基層與面層之間設置一中間層或稱隔離層。目前關于隔離層的研究主要集中在機理方面，如易志堅等通過小梁疲勞試驗和隔離層摩阻試驗研究隔離后砼性能，結果表明設置隔離層后砼疲勞性能有較大改善，設置隔離層可減少摩擦力。設置隔離層的方法主要有3種：一是攤鋪稀漿封層或瀝青砼等瀝青類材料；二是鋪貼土工布、塑料薄膜等薄層類材料；三是噴灑乳液類材料，固化后形成隔離層。乳液類材料主要有乳化石蠟等，乳化石蠟是一種以石蠟乳液及復合乳化劑等為原材料合成的復合型養護劑，兼具養護與礎上，引入模糊控制理論，將其和傳統PID控制的優點相結合，設計了一個模糊PID控制器對骨料的計量系統進行控制，實現了骨料計量控制系統的參數在線自調整。與常規PID控制比較，從仿真結果來看，模糊PID控制可明顯提高骨料計量系統的動態特征和穩態性能，控制精度更高，從而提高了骨料的計量精度，具有較強的工程實際應用意義。隔離功能，簡稱蠟制養護劑。該文結合廣東省東莞市S358線清溪段路面改造工程，通過現場層間剪切試驗、拉拔力試驗、防水試驗開展蠟制養護劑隔離試驗與應用研究，分析水泥穩定碎石基層上鋪設水泥路面隔離層中采用蠟制養護劑的作用機理、隔離效果等，為水泥穩定碎石基層與水泥路面面層采用蠟制養護劑隔離提供科學依據。

1　隔離層材料的選擇

蠟制隔離養護劑是在一定溫度下，以不溶于水的合成蠟或天然石蠟為原材料，通過乳化劑的定向吸附作用，并在機械外力作用下將蠟以微粒分散于水中而形成的乳液。固化后的蠟制隔離養護劑是憎水性材料，固化成膜后的蠟制隔離養護劑本身是相對致密的，新拌水泥砼澆筑在固化后的蠟制養護膜上，其產生的水泥漿由于蠟制養護膜的隔離，漿體很難順著基層面的孔隙和裂縫下滲到基層中，因而隔離層能阻止層間過渡層的形成。蠟制隔離養護劑主要具有防止水分下滲到基層、減弱層間過渡層的形成、降低水泥粘合、增加潤滑及減少層間摩擦阻力等作用。

在同樣達到良好隔離性能的情況下，按鋪筑單位面積的材料單價比較，蠟制隔離養護劑的單價為3cm厚瀝青砼的1/8，為土工布的1/2。

綜合對比分析，蠟制隔離養護劑具有表面潤滑性能好、施工快、成本低等優點。

2　隔離層效果現場試驗研究

2.1工程簡介

廣東省東莞市S358線清溪段路面改造工程（路面結構見圖1）第一標段北起清溪與惠州交界處（樁號K35+783），向西南方向延伸至臨近北環路交叉口處（樁號K40+780），全長4.997km。其中鐵場至北環路段是S358省道惠廟線的一部分，將東莞市與惠州市連接起來，對清溪鎮乃至整個東莞的發展都具有重要作用。蠟制隔離層設置在K39+740—K40+780段。根據依托工程施工進度，在水泥穩定碎石基層施工完并養護28d形成強度后，通過刻槽機、人工鑿毛和調整基層配合比的方式使其表面形成不同構造深度，然后分段分塊噴涂蠟制隔離養護劑（見圖2），噴灑3d后進行層間剪切試驗、拉拔試驗和防水性試驗。

圖1　東莞S358線水泥砼路面結構示意圖

圖2　蠟制隔離層施工圖片

2.2層間剪切測試

在水泥穩定碎石基層上噴灑蠟制隔離劑3d后進行層間剪切試驗，結果見表1。定義綜合摩擦系數為小梁最大頂推力與小梁自重的比值，用于綜合反映界面的粘結應力和最大靜摩擦力。

由表1可知：

（1）未設置隔離層面板砼的水泥漿會下滲到水泥穩定碎石內部孔隙中，并在面板和基層層間形成強度低于砼面板強度的過渡層。隨著構造深度的增大，層間粘結力越大，綜合摩擦系數也就越大，水泥穩定碎石基層與水泥面板層間形成的過渡層現象也越明顯。應減小砼面板與水穩碎石基層間的切向層間粘聚力，否則面板切向將會受到強大的約束力的影響。

（2）達到一定噴灑量后，隨著蠟制隔離養護劑噴灑量的增加，層間粘結應力和綜合摩擦系數降低幅度呈放緩的趨勢。

（3）根據綜合摩擦系數變化值可預測，當蠟制隔離養護劑噴灑達到一定量時，層間粘結應力將會恒定在某一范圍，增加蠟制隔離養護劑的噴灑量對層間粘結應力的影響將不再那么明顯，且不同粗糙程度的水泥穩定碎石基層上其綜合摩擦系數會趨向于相等。

表1　層間剪切試驗結果

（4）將砼面板直接澆筑在不同粗糙程度的基層上進行小梁頂推試驗，基層越粗糙，水平頂推力越大，層間剪應力也就越大。在不同粗糙程度的水泥穩定碎石基層上噴灑蠟制養護劑后，層間粘結情況有了質的變化，層間粘聚力大幅度降低，減小68% ～80%，層間摩擦力減小。

2.3拉拔測試

比較不同隔離層的面層與基層的法向粘結力大小，分析面層與基層的法向粘聚力差別。在基層上澆筑直徑為11cm的圓柱體試件，待圓柱體試件形成28d強度、蠟制隔離養護劑固化穩定后，通過反向頂推的方法測出層間法向拉拔力，反映砼面板在翹曲變形時所受約束的大小。拉拔試驗結果見表2。

由表2可知：

（1）未設置隔離層的澆筑圓柱體試件中水泥漿會下滲到水泥穩定碎石基層內部，并形成過渡層。水泥漿形成強度后將基層與試件粘結在一起，砼面板在翹曲變形時會受到法向的約束作用。

（2）在沒有噴灑蠟制隔離養護劑的情況下，砼面板與水泥穩定碎石基層層間存在較大的法向粘聚力，砼面板的法向將會受到較大的約束，且構造深度越大，法向粘聚力越大。噴灑蠟制隔離養護劑后，面板的法向粘聚力大幅度減小。

（3）蠟制隔離養護劑噴灑越多，法向粘聚力降低幅度越大。達到一定噴灑量后，隨著噴灑量的增加，法向粘聚力的降低幅度呈放緩的趨勢。

表2　拉拔試驗結果

續表2

（4）根據法向粘聚力變化值可預測，噴灑蠟制隔離劑后，不同構造深度水泥穩定碎石基層的法向粘聚力都有不同程度的減小，隨著噴灑量的增多，其法向粘聚力減小，最大能減小80%～90%。但當噴灑量達到一定程度時，其對法向粘聚力的減小效果不再明顯，在不同構造深度下，其粘聚力大小相差不大，表明應適當控制蠟制隔離劑噴灑量。

2.4防水測試

在依托工程蠟制隔離層施工4h成膜固化后進行現場灑水定性防水測試，即在噴灑蠟制隔離層的水泥穩定碎石基層上澆灑帶顏色的礦泉水，如果水不滲入，形成徑流和水珠狀態，則表明基層滿足要求。施工后隨機檢測10點，均滿足要求（見圖3）。

圖3　防水測試

3　結論

（1）蠟制養護劑在水泥穩定碎石基層上用作水泥砼路面隔離層的主要作用機理包括降低水泥粘合作用、減少層間摩擦力和防水抗滲透作用。

（2）在不同粗糙程度的水泥穩定碎石基層上噴灑蠟制養護劑后，其層間粘結情況有了質的變化，層間粘聚力大幅降低，減小68%～80%，層間摩擦力減小。

（3）噴灑蠟制隔離劑后，不同構造深度的水泥穩定碎石基層的法向粘聚力都有不同程度的減小，隨著噴灑量的增多，法向粘聚力減小，最大能減小80%～90%。

（4）噴灑蠟制養護劑后，蠟制養護劑的憎水性能與滲透性能對水進入基層起到一定的阻擋作用，可提高水泥穩定碎石基層的防水與抗沖刷性能。

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U418.6

A

1671-2668（2016）04-0144-04

?國家自然科學基金資助項目（51578080）；廣東省交通運輸廳科研項目（科技-2015-02-007）

2016-02-20