溫度對(duì)鋼箱梁橋面鋪裝層間剪切性能的影響

宋 雪 陳陽(yáng)陽(yáng) 訾 城

1 中電建路橋集團(tuán)有限公司京津冀分公司 北京 100044 2 西南交通大學(xué) 四川 成都 610031

正文：

由于鋼箱梁具有跨越能力強(qiáng)、構(gòu)件質(zhì)量輕、運(yùn)送和拼裝方便、施工周期短等優(yōu)點(diǎn)，在互通匝道彎橋中應(yīng)用越來(lái)越多。然而，目前鋼箱梁橋面鋪裝技術(shù)體系還不完善，我國(guó)部分已建成的鋼橋面鋪裝在服役期內(nèi)大都出現(xiàn)了病害。據(jù)調(diào)查顯示，由于層間粘結(jié)性能不足引起的鋪裝層推移、擁包病害表現(xiàn)最為嚴(yán)重。因此，提高鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層間性能是解決問題的關(guān)鍵。針對(duì)這一問題，國(guó)內(nèi)外科研人員早就對(duì)橋面鋪裝防水粘結(jié)層展開了長(zhǎng)期探索和研究，并取得了較多成果。

本文以鄭州西三環(huán)鋼箱梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，利用試驗(yàn)手段探索防水粘結(jié)材料和粘層油用量、溫度變化對(duì)鋪裝層層間性能的影響。

1 原材料與組合試件的制備

1.1 原材料

1.1.1 鋼纖維混凝土

試驗(yàn)采用的鋼纖維混凝土配合比符合《公路鋼纖維混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F30-2003），詳見表1。制作成300mm×300mm×70mm的鋼纖維混凝土塊，待其初凝后在其上表面模擬實(shí)際情況進(jìn)行拉毛處理，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)28d后進(jìn)行鉆心取樣，在300mm×300mm×70mm的鋼纖維混凝土塊中鉆取若干直徑101mm、高70mm的圓柱形試件，擦干后備用。

表1 C50鋼纖維混凝土配合比

1.1.2 瀝青混凝土

試驗(yàn)采用AC-16瀝青混凝土，所用原材料有SBS改性瀝青、集料為角閃巖，粒徑規(guī)格分別為S9（10～20mm）、S10（10～15mm）、S11（5～10mm）和S15（0～5mm）、S95級(jí)礦粉。瀝青混凝土的配合比計(jì)算按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》（JTG F40-2004）進(jìn)行。AC-16瀝青混凝土的配合比詳見表2。

表2 AC-16瀝青混凝土配合比

1.1.3 防水粘結(jié)材料及界面粘層油

試驗(yàn)中，C50鋼纖維混凝土層與AC-16瀝青混凝土層間的防水粘結(jié)材料采用聚氨酯材料。

1.2 組合試件制備

C50鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土組合試件。

將聚氨酯防水粘結(jié)材料均勻涂抹在鋼纖維混凝土上表面，待其完全干燥后，將其置于馬歇爾試模的套筒中，再在其上放置馬歇爾試模（尺寸：直徑101.6mm、高87mm），按照標(biāo)準(zhǔn)馬歇爾試件的制作方法制作厚度為40mm的AC-16瀝青混凝土層，待組合試件冷卻后進(jìn)行脫模處理，將脫模后的組合試件放在一旁備用。

2 試驗(yàn)方案與過程

2.1 試驗(yàn)方案

以C50鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土層間為例。

（1）確定聚氨酯防水涂料最佳用量。

在常溫（20℃）條件下，改變層間聚氨酯防水材料用量，進(jìn)行層間剪切試驗(yàn)，分析防水材料用量對(duì)鋼纖維混凝土與瀝青混凝土層間剪切強(qiáng)度的影響規(guī)律，并確定聚氨酯防水涂料的最佳用量。

（2）研究溫度變化對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響。

在最佳聚氨酯用量的情況下，改變?cè)囼?yàn)溫度，進(jìn)行層間剪切試驗(yàn)，分析溫度對(duì)鋼纖維混凝土與瀝青混凝土層間剪切強(qiáng)度的影響規(guī)律。

2.2 剪切試驗(yàn)

剪切試驗(yàn)采用電腦數(shù)控馬歇爾穩(wěn)定度測(cè)定儀與自制剪切裝置，分別將控溫6h后的各組合試件進(jìn)行剪切試驗(yàn)。層間剪應(yīng)力的計(jì)算公式如下：

式中，τ為剪應(yīng)力（MPa）；F為剪切力（N）；S為剪切面面積（m2），取8×10-3m2。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 聚氨酯材料用量對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)對(duì)象為C50鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土組合試件，試驗(yàn)溫度為20℃，控溫6h，試驗(yàn)結(jié)果見表3、圖1。

表3 不同聚氨酯用量下層間抗剪強(qiáng)度

圖1 不同聚氨酯用量下層間抗剪強(qiáng)度

從圖1可以看出，在常溫20℃的情況下，聚氨酯用量為0.375L/m2的剪切強(qiáng)度最大，為1.02MPa，即最佳聚氨酯用量為0.375L/m2。

3.2 溫度對(duì)層間剪切強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)對(duì)象為C50鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土組合試件，聚氨酯用量為0.375L/m2，試驗(yàn)溫度為0、20、40、60℃，控溫6h，試驗(yàn)結(jié)果見表4、圖2。

表4 不同溫度下層間抗剪強(qiáng)度

圖2 不同溫度下層間抗剪強(qiáng)度

從圖2可以看出，在聚氨酯防水材料用量一定的條件下，層間剪切強(qiáng)度隨溫度的升高而降低；當(dāng)溫度為0℃時(shí)，試件的抗剪強(qiáng)度最大，但此時(shí)試件會(huì)發(fā)生瞬間脆斷；高溫（60℃）時(shí)，界面的抗剪強(qiáng)度只有常溫（20℃）時(shí)的3.9%，此時(shí)如果是重載車輛緊急制動(dòng)，容易導(dǎo)致橋面鋼纖維混凝土層與瀝青混凝土層出現(xiàn)剪切滑移破壞。

4 結(jié)論

通過研究，得到以下結(jié)論：

（1）鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土層間聚氨酯防水涂料的最佳用量為0.375L/m2，在此用量下組合鋪裝結(jié)構(gòu)層間性能最佳。

（2）在層間粘層油用量一定的條件下，層間剪切強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，60℃時(shí)層間抗剪強(qiáng)度最小，如果有重車在橋面上緊急制動(dòng)，會(huì)給橋面鋪裝層施加較大水平力，容易導(dǎo)致橋面組合鋪裝鋼纖維混凝土與瀝青混凝土層間出現(xiàn)剪切破壞。