關(guān)于橋面鋪裝防水粘結(jié)層的室內(nèi)試驗(yàn)研究

張 攀 衣春政

(1.煙臺(tái)市招遠(yuǎn)公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心，山東 煙臺(tái) 265400； 2.山東路源公路工程處，山東 煙臺(tái) 265400)

粘結(jié)力和摩阻力是橋面板和瀝青鋪裝層之間粘附的基礎(chǔ)，如果兩層之間的結(jié)合能力差，鋪裝層必將會(huì)在輪載和車輛振動(dòng)的沖擊下發(fā)生分離、脫層，導(dǎo)致瀝青鋪裝層出現(xiàn)不同形式的破壞。本文針對(duì)不同的防水粘結(jié)層厚度、不同溫度、不同防水粘結(jié)層材料、不同鋪裝瀝青面層材料進(jìn)行抗剪試驗(yàn)，分析不同條件下的層間抗剪能力，為橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)[1-3]。

1 選擇原材料和試驗(yàn)方法

防水粘結(jié)層材料的選擇，應(yīng)該選有較好的高低溫穩(wěn)定性、耐久性、抗透水性的材料。本文主要研究防水粘結(jié)層的抗剪能力，因此防水粘結(jié)層選用實(shí)際工程中常用的SBS改性瀝青、廢棄膠粉改性瀝青。瀝青混凝土鋪裝層和水泥混凝土層均采用常規(guī)的AC-13普通瀝青混合料或橡膠瀝青混合料和普通C40水泥混凝土。

普通70號(hào)瀝青檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 普通70號(hào)瀝青的檢測(cè)結(jié)果

廢棄膠粉改性瀝青檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 膠粉改性瀝青的檢測(cè)結(jié)果

SBS改性瀝青檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 SBS改性瀝青的檢測(cè)結(jié)果

集料表面干燥、潔凈、無(wú)風(fēng)化、不含雜質(zhì)，性能檢測(cè)符合規(guī)范要求。礦粉干燥、無(wú)結(jié)塊，檢測(cè)結(jié)果符合規(guī)范要求。

圓柱型試件尺寸為H×R=(40 mm+Ha+40 mm)×101.6 mm，其中，水泥混凝土層和瀝青混凝土層厚度均為40 mm；Ha為防水粘結(jié)層的厚度，水泥混凝土層表面采用拉毛處理的方式。剪切試驗(yàn)的示意圖如圖1所示。

把試件放入設(shè)計(jì)好的夾具中，在馬歇爾試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)，垂直上升的速度為(50±5)mm/min，測(cè)力精度±0.1 kN。最大抗剪切強(qiáng)度計(jì)算如式(1)所示：

(1)

其中，F(xiàn)為試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)機(jī)讀數(shù)；S為根據(jù)試件計(jì)算出的剪切面積。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

1)不同防水粘結(jié)層厚度在結(jié)構(gòu)組合為：普通AC-13瀝青混凝土+(橡膠改性瀝青)防水粘結(jié)層+C40水泥混凝土面板，在25 ℃條件下的抗剪試驗(yàn)，變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

不同防水粘結(jié)層厚度的抗剪強(qiáng)度呈近似拋物線形變化，防水層厚度在1.5 mm～2.5 mm之間時(shí)，最大抗剪強(qiáng)度的變化不是太大，能夠達(dá)到最佳抗剪切能力。防水層的厚度太大時(shí)，防水粘結(jié)層內(nèi)部很容易發(fā)生剪切破壞，因此橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層設(shè)計(jì)時(shí)，防水層厚度應(yīng)專門設(shè)計(jì)，最佳厚度應(yīng)通過(guò)抗剪試驗(yàn)確定。

2)根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果，選擇厚度為2.0 mm的防水粘結(jié)層，分別在60 ℃,45 ℃,25 ℃下進(jìn)行抗剪切試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)層的組合分別采用：a.普通AC-13瀝青混凝土+(橡膠改性瀝青)防水粘結(jié)層+ C40水泥混凝土面板;b.普通AC-13瀝青混凝土+(SBS改性瀝青)防水粘結(jié)層+C40水泥混凝土面板。變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

同一防水粘結(jié)層材料，在溫度逐漸升高時(shí)，其抗剪切能力逐漸下降，由此可見(jiàn)溫度對(duì)防水粘結(jié)層的穩(wěn)定性有比較大的影響。不同防水粘結(jié)材料，在溫度變化時(shí)，其抗剪切能力變化趨勢(shì)不同，有些緩慢降低，有些急劇下降，因此防水結(jié)構(gòu)層選擇材料時(shí)，應(yīng)因地制宜，在有些高溫、溫差較大的地區(qū)，應(yīng)用耐高溫防水材料可以有效提高層間的抗剪切能力。

3)針對(duì)不同瀝青鋪裝層，進(jìn)行抗剪切能力試驗(yàn)：a.普通AC-13瀝青混凝土+(橡膠改性瀝青)防水粘結(jié)層+C40水泥混凝土面板;b.橡膠改性瀝青混凝土+(橡膠改性瀝青)防水粘結(jié)層+C40水泥混凝土面板，在25 ℃條件下抗剪能力見(jiàn)圖4。

用不同的瀝青混凝土鋪裝層，其抗剪切的能力差別很大。當(dāng)鋪裝面層用橡膠改性瀝青混合料時(shí)，層間粘結(jié)能力較好。原因是，橡膠改性瀝青本身就有很大的粘度，防水層也用橡膠改性瀝青，這使得瀝青層和防水層各性能比較的接近，同一種材料在相互粘結(jié)時(shí)，其相互之間的親和力要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于不同材料之間的。橋面鋪裝每個(gè)層次的材料選擇，不僅僅需要考慮各材料自身的指標(biāo)，還要考慮各材料之間的相互協(xié)同性。要把材料的性能發(fā)揮到最佳，就得選擇相互之間相輔相成的材料。

3 結(jié)論

1)橋面鋪裝中防水粘結(jié)層的厚度選擇，直接影響到層與層之間的抗剪切能力。水泥混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重對(duì)防水層厚度進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同的材料、不同的結(jié)構(gòu)方式都應(yīng)通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)去驗(yàn)證最佳厚度。

2)瀝青鋪裝層的材料、防水粘結(jié)層的材料選擇，也影響層與層之間的抗剪切能力。水泥混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層的材料選擇，各材料之間的優(yōu)化組合設(shè)計(jì)，也應(yīng)該通過(guò)大量對(duì)比試驗(yàn)確定。選擇最佳的鋪裝材料，既可以達(dá)到預(yù)期的防水粘結(jié)效果，又能夠節(jié)約一定的成本。

3)溫度對(duì)防水粘結(jié)層的穩(wěn)定性有比較大的影響，不同防水粘結(jié)材料，在溫度變化時(shí)，其抗剪切能力變化趨勢(shì)不同，有些緩慢降低，有些急劇下降，因此防水結(jié)構(gòu)層選擇材料時(shí)，應(yīng)因地制宜，在有些高溫、溫差較大的地區(qū)，應(yīng)用耐高溫防水材料可以有效提高層間的抗剪切能力。