淺析粘結(jié)層材料結(jié)構(gòu)及性能研究

盧成峰

（河南省路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 商丘 476000）

1 粘結(jié)層材料穩(wěn)定性研究

1.1 水穩(wěn)定性

材料放置24h后，由于室溫達(dá)3012，瀝青立方體變成為薄層狀，將瓷片浸入5%Na2C03水溶液巾放置48h，觀察瀝青層狀態(tài)和與瓷片結(jié)合狀態(tài)。

通過觀察，四種材料在Na2C03溶液中進(jìn)行48h浸水后.與瓷片接觸緊密.瀝青未發(fā)生鼓包等明顯性質(zhì)改變.說明材料具有一定的抗水損能力。

1.2 熱流變性

將室溫狀態(tài)下的瀝青涂樣放入80℃烘箱中，瓷片與烘箱底部呈60角.每l0min觀察涂樣狀態(tài)(見圖 1)。

圖1 材料60℃熱流變性能

通過高溫狀態(tài)下的瀝青流變性能比較實(shí)驗(yàn).乳化SBS改性瀝青擁有比其他乳化瀝青強(qiáng)的高溫流變性，SBR改性乳化瀝青耐熱性最差。

2 粘結(jié)層材料防水性能研究

防水粘結(jié)層材料的主要作用之一就是防止水分的侵蝕.雖然橋面鋪裝能阻止大部分的水分滲入到粘結(jié)層位置，粘結(jié)層材料還是應(yīng)當(dāng)具有一定的防水能力。

2.1 碎石代替上鋪混凝土

防水層材料防水能力的嵌失很大程度是因?yàn)闃蛎驿佈b在進(jìn)行熱輾壓時(shí)集料棱角對防水層的刺穿作用。為了更明顯地表現(xiàn)集科棱角對防水層的刺穿作用，在設(shè)有防水粘結(jié)層的試件上用具有一定級配碎石代替瀝青混合料，加熱至200℃。按照瀝青混合料壓力成型試件的辦法在壓力機(jī)上進(jìn)行壓力壓實(shí).保持1分鐘后取出試件，清除不穩(wěn)定的集料顆粒。進(jìn)行防水試驗(yàn)。

碎石集配粗料部分接近ACl6.采用10～20和5～10兩種集料組合，集配曲線見(圖2)。

圖2 碎石級配圖

2.2 粘結(jié)層材料防水能力

使用上述制得的試件進(jìn)行滲水檢測，將滲水儀水平安裝在試件防水面，因加有碎石層，表面縫隙巨大，用礦物黃油密封周圍，加裝配重使水分不至于流出，進(jìn)行滲水實(shí)驗(yàn)。因?yàn)榈V物黃油的粘度有限，滲水儀器內(nèi)水高為20cm。超過20cm水頭，水壓過大容易沖破黃油密封層，滲水時(shí)間統(tǒng)一為2小時(shí)。

從表中數(shù)據(jù)可以看出，四種粘結(jié)層材料均有不同程度的防水能力，乳化SBS改性瀝青與SBR改性乳化瀝青的防水能力最佳，其次為混合瀝青，摻加纖維的乳化SBS改性瀝青防水能力最差。

表1 不同材料滲水試驗(yàn)

原因分析：改性瀝青本身擁有優(yōu)良的粘性，即使經(jīng)過乳化工藝，粘結(jié)能力降低也仍然擁有比較強(qiáng)的防水能力。摻加纖維的乳化瀝青性質(zhì)發(fā)生改變，由于纖維的模量與理清模量之間的差異，涂在試件表面的乳化瀝青在進(jìn)行蒸發(fā)時(shí)容易發(fā)生開裂，導(dǎo)致防水粘結(jié)層破損，防水能力降低。

按照規(guī)范推薦的方法，在底試件上壓力成型5cmOGFC混合料，進(jìn)行滲水實(shí)驗(yàn)，四種材料20cm水頭2小時(shí)滲水高度均沒有變化，四種材料可以滿足一定的防水要求。

3 粘結(jié)層剪切性能研究

3.1 粘結(jié)層結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法

粘結(jié)層設(shè)置在橋面板和鋪裝層之間，模擬粘結(jié)層的工作狀態(tài)，采用混凝土試件+粘結(jié)層+瀝青混凝土鋪裝的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行不同正應(yīng)力下的剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。

使用表2所示材料，計(jì)算噴灑量蒸發(fā)后殘留瀝青的厚度在lmm左右。取制作好的圓形底層試模，清潔干燥施工表面，根據(jù)蒸發(fā)殘留物含量計(jì)算其表面乳化瀝青用量噴灑于其表面，再均勻撒布3-5mm碎石，放置于室外干燥備用。

表2 材料類型

現(xiàn)今沒有一種關(guān)于粘結(jié)層實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一方法，有采用傾斜角度剪切、直接剪切和直接拉拔的方法。抗拉拔能力是一種間接的粘結(jié)能力表現(xiàn)方式，主要還是起穩(wěn)定層間的作用。現(xiàn)今粘結(jié)材料的主要測試方法就是粘結(jié)試件縱向直接拉伸試驗(yàn)，直接拉伸試驗(yàn)簡單明了，可以排除其他方面的干擾，是一種近似理想狀態(tài)。但是直接拉伸試驗(yàn)只能說明粘結(jié)面垂直方向的粘結(jié)力大小，測的是其縱向力，不能反應(yīng)正應(yīng)力和界面粗超程度對粘結(jié)力的影響。而汽車作用力呈平行于橋面板的縱向方向，與試驗(yàn)測的數(shù)據(jù)沒有直接關(guān)系。平行剪切實(shí)驗(yàn)可以模擬汽車輪胎對橋面鋪裝的水平作用力。現(xiàn)今使用的剪切儀，上下包面可以使層間力集中于粘結(jié)層，排除混合料內(nèi)的剪切破壞影響，數(shù)據(jù)直接反應(yīng)粘結(jié)層的抗剪能力。實(shí)驗(yàn)采用正應(yīng)力下的剪切試驗(yàn)測定不同材料在最不利溫度下的抗剪切能力，不僅可以反映實(shí)際橋面鋪裝結(jié)構(gòu)受力，還可以預(yù)估出不同正應(yīng)力下的剪切強(qiáng)度。

3.2 粘結(jié)層結(jié)構(gòu)材料剪切強(qiáng)度(25℃)

根據(jù)規(guī)范要求，進(jìn)行無正應(yīng)力條件下25℃時(shí)的直接剪切強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)，以測定材料是否滿足規(guī)范要求。

圖3 25℃抗剪強(qiáng)度測定

從表中數(shù)據(jù)可以看出，粘結(jié)層撒布碎石后可以明顯增大粘結(jié)層抗剪切能力。若采用純結(jié)合料粘結(jié)層，四種材料都無法滿足規(guī)范要求，撒布碎石后，乳化SBS改性瀝青和混合瀝青剪切強(qiáng)度增大到0.5Mpa，達(dá)到規(guī)范要求。但是實(shí)際工程中應(yīng)用乳化瀝青材料作粘結(jié)層的不在少數(shù)，并且使用效果還算滿意，因此應(yīng)用25℃材料剪切強(qiáng)度決定乳化瀝青類材料應(yīng)用于粘結(jié)層存在一定限制。

3.3 粘結(jié)層結(jié)構(gòu)材料剪切強(qiáng)度(50℃)

根據(jù)現(xiàn)場測定橋面鋪裝在粘結(jié)層位置的溫度可以達(dá)到50℃以上，根據(jù)力學(xué)分析，進(jìn)行最不利狀態(tài)下施加正應(yīng)力的剪切試驗(yàn)。a.實(shí)驗(yàn)時(shí)的困難：實(shí)驗(yàn)時(shí)由于豎向荷載比較大，施加于50℃的瀝青混合料上，容易使混合料產(chǎn)生變形，造成應(yīng)力施加的不穩(wěn)定.況且僅測定一點(diǎn)的剪切強(qiáng)度不足以反應(yīng)材料的抗剪切能力。b.解決方案：參考應(yīng)力圓模型，相同溫度條件下，正應(yīng)力的大小與粘結(jié)層抗剪切能力存在線性關(guān)系.測定不同正向應(yīng)力下的抗剪切能力.繪出應(yīng)力曲線，預(yù)測出目標(biāo)正應(yīng)力下的抗剪切強(qiáng)度。

4 結(jié)束語

綜上所述，雖然我國目前在粘結(jié)層材料方面取得了一定的成就，但對于水泥混凝土橋梁防水等工作還欠缺很多。目前,國內(nèi)外對大跨徑橋梁鋼橋面柔性鋪裝層的數(shù)值模擬、材料應(yīng)用、層問粘結(jié)防水等做了大量工作,取得了一定的研究成果,然而對應(yīng)用較多的水泥混凝土橋梁防水粘結(jié)層體系研究較少。

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