橋面防水黏結(jié)層的試驗(yàn)及應(yīng)用研究

史民強(qiáng)

（山西省公路工程監(jiān)理技術(shù)咨詢公司，山西 太原 030006）

0 引言

防水黏結(jié)層是保證橋梁與瀝青混凝土鋪裝層整體性的重要功能層。防水黏結(jié)層設(shè)置不當(dāng)會(huì)引發(fā)路面的推移及擁包病害。因此防水黏結(jié)層施工質(zhì)量的好壞在橋面的鋪裝中起著舉足輕重的作用，直接關(guān)系到行車安全與后期養(yǎng)護(hù)成本[1-2]。

目前，國內(nèi)外應(yīng)用較多的防水黏結(jié)層材料一般分為卷材類、涂膜類及結(jié)構(gòu)性的防水黏結(jié)層。卷材類材料具備高強(qiáng)、耐熱及延展性高等優(yōu)點(diǎn)，但前提是必須確保橋面的平整度及潔凈度；涂膜類的多采用流動(dòng)性好的水性瀝青基材料，便于施工，可彌補(bǔ)卷材類的缺點(diǎn)，但其黏結(jié)強(qiáng)度不高，施工過程中極易發(fā)生破壞[3-4]。結(jié)構(gòu)性的防水黏結(jié)層可較好地彌補(bǔ)前述兩種材料的缺陷，其結(jié)構(gòu)由熱瀝青與碎石構(gòu)成，通過碾壓使瀝青上浮與橋面瀝青混凝土鋪裝層形成整體，具備黏結(jié)強(qiáng)度高與防水性能高等特點(diǎn)，目前已在工程實(shí)踐中廣泛應(yīng)用開來[5-7]。

本文采用試驗(yàn)研究了SBS改性瀝青及橡膠瀝青防水黏結(jié)層的相關(guān)性能，并給出了防水黏結(jié)層中改性瀝青與碎石的最佳配比，并通過工程應(yīng)用實(shí)例對(duì)橡膠改性瀝青防水黏結(jié)層的實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行了檢測(cè)。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

a）瀝青 橡膠瀝青與SBS改性瀝青的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 瀝青的主要性能指標(biāo)

b）集料 防水黏結(jié)層中撒布的碎石選用玄武巖集料，相關(guān)性能檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 集料物理力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果

1.2 試驗(yàn)方案

防水黏結(jié)層的性能采用剪切試驗(yàn)與拉拔試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)。室內(nèi)試驗(yàn)選用車轍板磨具制作5 cm厚的水泥混凝土板代替橋梁結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28 d后對(duì)其進(jìn)行整平并清理。之后進(jìn)行防水黏結(jié)層的鋪裝，將清理后的混凝土板放回車轍板中，在其上噴灑1 cm厚的橡膠瀝青并撒布適量碎石采用輪碾機(jī)碾壓并鋪筑瀝青混合料，室溫養(yǎng)護(hù)48 h。待雙層板試件制作養(yǎng)護(hù)結(jié)束后對(duì)其進(jìn)行鉆芯取樣，鉆芯取樣試件尺寸的高與直徑均為10 cm的圓柱體試件。最后對(duì)鉆芯取樣的試件分別進(jìn)行剪切試驗(yàn)與拉拔試驗(yàn)。

試驗(yàn)中瀝青及碎石的材料配比如表3所示。

表3 防水黏結(jié)層的材料配比

2 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 層間剪切性能

防水黏結(jié)層的剪切試驗(yàn)采用多功能剪切試驗(yàn)儀，試驗(yàn)溫度為25℃，以0.5 kN/min的速度（應(yīng)力控制式）進(jìn)行加載，不同瀝青及碎石灑布量下的防水黏結(jié)層剪切試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 防水黏結(jié)層剪切試驗(yàn)結(jié)果

由表4所示試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)于SBS改性瀝青防水黏結(jié)層，在相同瀝青噴灑量的情況下，大粒徑碎石（9.5～13.2 mm）下的抗剪強(qiáng)度要優(yōu)于小粒徑碎石（4.75～9.5 mm）。而對(duì)于橡膠瀝青防水黏結(jié)層，當(dāng)瀝青噴灑量為140 g時(shí)，大粒徑碎石（9.5～13.2 mm）下的抗剪強(qiáng)度要優(yōu)于小粒徑碎石（4.75～9.5 mm），但是當(dāng)瀝青噴灑量為185 g時(shí)卻出現(xiàn)了相反的情況。

相同瀝青噴灑量與碎石粒徑下，當(dāng)碎石撒布量由60%增加到80%時(shí)，兩種瀝青防水層的剪切強(qiáng)度均出現(xiàn)了不同程度的提高，表明適量提高碎石撒布量可提高防水黏結(jié)層的剪切強(qiáng)度。

相同碎石粒徑與撒布量下，當(dāng)瀝青的噴灑量由140 g提高到185 g時(shí)，橡膠瀝青的剪切強(qiáng)度得到了提高，而SBS改性瀝青卻發(fā)生了降低，表明前者的最佳瀝青用量在185 g左右，后者的最佳瀝青用量接近140 g左右。

從兩種瀝青防水黏結(jié)層的剪切位移來看，橡膠瀝青防水黏結(jié)層的平均剪切破壞位移要優(yōu)于SBS瀝青防水黏結(jié)層，前者的位移在9～11 mm內(nèi)變動(dòng)，表明在實(shí)際應(yīng)用情況中，橡膠瀝青防水層的抗變形破壞能力更強(qiáng)。

算法中采用基于信號(hào)功率估計(jì)的方法確定自適應(yīng)門限值以檢測(cè)目標(biāo)信號(hào)是否存在。具體方法是將信號(hào)值取平方,然后累加到一起,取平均值,最后乘以一個(gè)系數(shù)得到門限值,表達(dá)式為:

2.2 抗拉拔性能

防水黏結(jié)層在橋梁結(jié)構(gòu)與橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的黏結(jié)性能可通過拉拔試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)選用拉拔試驗(yàn)儀，試驗(yàn)溫度為25℃，以0.5 kN/min的速度進(jìn)行加載。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 防水黏結(jié)層拉拔試驗(yàn)結(jié)果

由表5所可知，當(dāng)瀝青與碎石用量相同時(shí)，橡膠瀝青碎石防水黏結(jié)層在大粒徑碎石（9.5～13.2 mm）下的拉拔強(qiáng)度要低于小粒徑碎石（4.75～9.5 mm），而SBS改性瀝青則出現(xiàn)了相反的情況；當(dāng)碎石的用量與粒徑相同時(shí)，橡膠瀝青碎石防水黏結(jié)層在大粒徑碎石（9.5～13.2 mm）下的拉拔強(qiáng)度要優(yōu)于小粒徑碎石（4.75～9.5 mm），而SBS改性瀝青則出現(xiàn)了相反的情況。因此，拉拔試驗(yàn)表明兩種防水黏結(jié)的最佳瀝青用量接近140 g左右。兩種防水黏結(jié)層的拉拔破壞位移相近，均在4～8 mm內(nèi)變化。

2.3 防水黏結(jié)層的最佳配合比

綜合分析上述試驗(yàn)結(jié)果，并結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)[8-10]，推薦工程應(yīng)用中兩種不同瀝青防水黏結(jié)層的最佳配合比如表6所示。

表6 防水黏結(jié)層的最佳配合比

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某高速公路橋梁全長150 m，為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑組成為（40+70+40）m。該公路橋梁所處地區(qū)常年降雨量豐富，年平均溫度在-5℃～38℃之間，通車期間內(nèi)承受了復(fù)雜的行車荷載。其橋面防水黏結(jié)層材料采用橡膠瀝青結(jié)構(gòu)，施工現(xiàn)場(chǎng)使用材料均同室內(nèi)試驗(yàn)，防水黏結(jié)層的施工現(xiàn)場(chǎng)配合比采用表6推薦配比。施工結(jié)束后采用自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備對(duì)該橋梁的防水黏結(jié)層進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)剪切強(qiáng)度與拉拔強(qiáng)度的測(cè)定以評(píng)價(jià)施工質(zhì)量及防水黏結(jié)層的效果。

3.2 施工要點(diǎn)

3.2.1 橋面清理

施工前應(yīng)對(duì)混凝土橋面進(jìn)行細(xì)致的清理，采用打毛機(jī)清除橋面突起浮漿，再采用鋼絲清掃車進(jìn)行細(xì)致的清掃，保證橋面平整、潔凈及干燥。

3.2.2 橡膠瀝青噴灑

橡膠瀝青的噴灑溫度控制在190℃～200℃，噴灑瀝青時(shí)應(yīng)特別注意橫縱向接頭的處理，保持防水黏結(jié)層緊密銜接，避免重疊噴灑。

3.2.3 碎石撒布

橡膠瀝青噴灑后應(yīng)立即撒布碎石，并確保碎石撒布的均勻，無重疊現(xiàn)象產(chǎn)生。

3.2.4 碾壓

在碎石撒布車后，應(yīng)采用膠輪壓路機(jī)立即碾壓1～2遍，碾壓結(jié)束后的24 h內(nèi)立刻進(jìn)行瀝青路面的攤鋪。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)剪切強(qiáng)度測(cè)定

施工現(xiàn)場(chǎng)采用電動(dòng)剪切儀進(jìn)行水平直剪試驗(yàn)以測(cè)定防水黏結(jié)層的剪切強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)溫度為26℃。現(xiàn)場(chǎng)剪切試驗(yàn)表明該橋面所用橡膠瀝青防水黏結(jié)層在位移達(dá)到10.5 mm時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到了0.649 MPa，滿足規(guī)范大于等于0.4 MPa（25℃）的要求[11]，表明現(xiàn)場(chǎng)層間結(jié)合施工質(zhì)量優(yōu)異。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)測(cè)定

現(xiàn)場(chǎng)拉拔強(qiáng)度的測(cè)定采用拉拔儀進(jìn)行檢測(cè)，試驗(yàn)溫度為30℃，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 荷載-位移曲線（拉拔試驗(yàn)）

由圖1可知，拉拔位移為3.7 mm時(shí)，防水黏結(jié)層所受拉拔力最大，此時(shí)的拉拔強(qiáng)度為0.43 MPa，由于測(cè)試溫度的不同，施工現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)有一定差距，這主要是檢測(cè)溫度不同所致，但檢測(cè)結(jié)果滿足規(guī)范大于等于0.4 MPa（25℃）的要求[11]。

3.5 持續(xù)觀測(cè)

該橋面防水黏結(jié)層及路面鋪筑施工完成后，在其通車運(yùn)營的3年內(nèi)對(duì)其進(jìn)行了持續(xù)觀測(cè)，觀測(cè)結(jié)果表明：橋面平整度高，無裂縫產(chǎn)生，橋面鋪裝無推移及擁包等現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，橋面未檢測(cè)到滲水現(xiàn)象，橋梁檢測(cè)結(jié)果亦表明該橋梁使用性能良好，表明橡膠瀝青防水黏結(jié)層在工程應(yīng)用中展現(xiàn)出了優(yōu)異的使用性能，應(yīng)用前景廣闊。

4 結(jié)論

a）橡膠瀝青防水黏結(jié)層剪切及拉拔強(qiáng)度均要優(yōu)于SBS改性瀝青，具備更優(yōu)的防水黏結(jié)性能。

b）橡膠瀝青防水黏結(jié)層的平均剪切破壞位移要大于SBS瀝青防水黏結(jié)層，前者的位移在9～11 mm內(nèi)變動(dòng)，后者在7～9 mm內(nèi)變動(dòng)，表明橡膠瀝青防水層的抗變形破壞能力更強(qiáng)。

c）結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果推薦了瀝青防水黏結(jié)層的最佳配合比。

d）采用橡膠瀝青作為連續(xù)剛構(gòu)橋的防水黏結(jié)層后，施工現(xiàn)場(chǎng)剪切強(qiáng)度與拉拔強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果與室內(nèi)試驗(yàn)有較好的一致性，且均滿足規(guī)范要求，具備良好的防水黏結(jié)性能。

e）工程應(yīng)用實(shí)例表明，采用橡膠瀝青作為連續(xù)剛構(gòu)橋的防水黏結(jié)層后，通車3年內(nèi)，橋面平整度高，無裂縫產(chǎn)生，橋面鋪裝無推移及擁包等現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，橋面未檢測(cè)到滲水現(xiàn)象，表明橡膠瀝青防水黏結(jié)層在工程應(yīng)用中展現(xiàn)出了優(yōu)異的使用性能，應(yīng)用前景廣闊。