基于GA鋪裝層的水泥橋面鋪裝黏結性能研究

雷雙龍，高 杰，郭 勇，余 洋，劉紅瑛

（1.陜西交通控股集團有限公司，陜西 西安 710001；2.長安大學，陜西 西安 710064）

0 引 言

澆筑式瀝青混凝土（GA）起源于德國，具有流動性大、可澆筑式攤鋪、無須碾壓等特點。澆筑式瀝青混凝土瀝青用量、礦粉含量（20%～30%）、拌合溫度均較高，拌合時間較長（40 min），具有顯著的“三高”特性[1]。GA具有密實性高、整體性強、耐久性好等優良性能，用于水泥混凝土橋面鋪裝可有效改善鋪裝層水損和裂縫等病害，提升橋梁使用品質。本研究采用澆筑式瀝青混凝土GA-10作為水泥混凝土橋面鋪裝層，采用“環氧樹脂、SBS改性瀝青”兩種防水黏結層材料，分別在25℃（常溫）和45℃（高溫）兩種溫度下，其對瀝青鋪裝層與水泥混凝土層之間剪切強度、拉拔強度的影響，研究其黏結強度變化規律，從而為GA水泥混凝土橋面鋪裝工程提供參考。

1 原材料

本研究所用粗集料為玄武巖，細集料和填料為石灰巖，采用SBS改性瀝青（I-C）作為結合料，改性劑摻量為4%。防水黏結材料分別選用環氧樹脂和SBS改性瀝青碎石封層。其中，環氧樹脂主劑和固化劑由重慶市智翔鋪道技術工程有限公司提供，二者配比關系為主劑∶固化劑=2∶1。

1.1 集料與填料

本研究所用粗集料、細集料及礦粉技術指標見表1至表3。

表1 粗集料技術指標要求及測定結果（玄武巖）

表2 細集料技術指標要求及測定結果（石灰巖）

表3 礦粉技術指標要求及測定結果（石灰巖）

分析表1至表3可知，集料和填料技術指標測定結果均滿足現行規范[2]要求。

1.2 瀝青

本研究所用瀝青技術性質見表4、表5。

分析表4、表5可知，瀝青各項指標均滿足現行規范[2]要求。

表4 S BS改性瀝青（I-C）技術要求及測定結果

表5 澆筑式聚合物改性瀝青技術指標要求及測定結果

2 GA-10瀝青混合料配合比設計

GA-10瀝青混合料拌合40 min后成型馬歇爾試件及車轍板，隨后養生不少于48 h再進行相關性能試驗。

2.1 級配設計

GA-10設計級配及規范[3]推薦級配范圍見表6。

表6 GA-10設計級配及規范推薦級配范圍

2.2 最佳油石比確定

采用貫入度試驗（見圖1）、流動度試驗確定GA-10最佳油石比。通過對7.2%、7.5%和7.8%三種油石比下的瀝青混合料進行試驗分析可知，滿足規范最小流動度要求的油石比可同時滿足貫入度要求。綜合考慮流動度和貫入度，確定GA-10最佳油石比見表7。

圖1 貫入試驗及其試件

分析表7可知，油石比7.2%、7.5%和7.8%各項指標均滿足規范要求。綜合考慮瀝青混合料流動度和貫入度及其增量，最終確定GA-10最佳油石比為7.5%。

表7 GA-10流動度和貫入度試驗結果

3 GA橋面鋪裝結構組合試驗研究

基于GA-10配合比試驗結果，分析澆筑式瀝青混凝土與防水黏結層組合性能。采用剪切、拉拔試驗分析防水黏結層對鋪裝結構組合性能的影響。

3.1 試件成型

（1）成型水泥混凝土基板。借助水泥振動臺，成型密實平整的水泥混凝土板3塊，其板塊尺寸為300 mm×300 mm×50 mm。并在室溫下灑水養生不少于7 d。養生結束后對水泥板較光滑的一面進行刻槽處理，以使其具備一定構造深度。

（2）涂抹防水黏結材料。清除A板表面灰塵，即時配置環氧樹脂黏結劑，并將其均勻涂布于刻槽一面，涂布量依經驗確定為1.0 kg/m2，隨后室溫養生不少于72 h。依同樣方法，在B板上涂抹SBS改性瀝青碎石封層。SBS改性瀝青涂布量按經驗確定為1.5 kg/m2，碎石灑布量參考《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50—2017）[4]，并結合工程經驗確定為4.0 kg/m2，隨后養生不少于72 h。C板不作任何處理。

（3）澆筑瀝青混合料。將A、B、C三塊水泥板分別放在300 mm×300 mm×100 mm試模中，灌入GA-10瀝青混合料，并在常溫下養生48 h。

（4）制作復合試件。將成型好的復合板切成80mm×50 mm×40 mm復合試件，并做標記。

（5）黏結試驗夾具端頭。采用環氧樹脂AB膠，將試件黏結在剪切試驗和拉拔試驗夾具上，并在室溫下靜置24 h。

3.2 剪切和拉拔試驗

分別在45℃和25℃溫度下，采用MTS測試復合結構直剪強度和拉拔強度，加載速率為10 mm/min。剪切試驗如圖2所示，拉拔試驗如圖3所示。試驗斷面均涂布防水黏結層，試驗結果見表8。

圖2 剪切試驗

圖3 拉拔試驗

分析表8可知，若取消防水黏結層，則GA-10與水泥混凝土板的層間剪切與拉拔強度均存在一定程度衰減。對于25℃層間剪切強度，不設防水層僅為設防水層強度的45%，其拉拔強度僅分別為37.1%和55.7%。對于45℃時剪切強度，其占比分別為48.8%和60.4%，其拉拔強度占比分別為37.8%和81.6%。總體來講，不設防水黏結層的橋面鋪裝層層間剪切和拉拔強度與設防水層的比值介于37%~82%之間。因此，若取消水泥橋面防水黏結層，僅依靠澆筑式瀝青混凝土自身黏結能力，也可提供一定黏結強度。

表8 剪切和拉拔試驗結果

4 主要研究結論

本研究對澆筑式瀝青混合料GA-10進行配合比試驗，確定GA-10最佳油石比，并將其作為水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層。分別研究了沒有防水層、采用“環氧樹脂、SBS改性瀝青碎石封層”作為防水黏結層時的抗剪及拉拔強度差異。結果表明，不設置防水黏結層，僅靠澆筑式瀝青混凝土自身黏結能力，仍可為瀝青鋪裝與水泥混凝土橋面板之間提供一定黏結能力。