二階反應型路面粘結劑技術特點與工程應用

李敬平

（深圳市建筑工務署，廣東深圳 518006）

0 前言

瀝青混凝土和水泥混凝土是兩種不同的路面材料，其結合面上的摩阻力大大低于瀝青混合料本身，層間界面會存在抗剪強度不足的薄弱環節，當路面受到較大的水平剪切力時易發生剪切位移，從而使瀝青面層發生水平推移、車轍及擁包等病害。而粘結層對復合式路面軸向拉應力和剪應力的傳遞有至關重要的作用，層間粘結力不足會導致層間推移及上面層層底拉應力集中，這種應力集中將加速疲勞開裂導致整個路面的破壞。

為了保證復合式路面的優良路用性能，必須在水泥混凝土板與瀝青鋪裝層間設置粘結層，以提高層間的粘結力。傳統的乳化瀝青或普通改性瀝青粘結層僅能提供不到0.2 MPa的粘接力和剪切力，而二階反應型路面粘結劑的25℃粘結強度和抗剪切強度均大于0.6 MPa，故本文著重介紹該材料的一些技術特點及工程應用。

1 層間穩定性力學分析

根據層間體系理論，擬以表1的結構形式進行計算，應用有限元方法分析粘結層所處位置的最大剪應力分布情況。各層的厚度及材料的參數參考《公路瀝青路面設計規范》（JTG D50-2006）,各層為連續接觸條件，汽車荷載采用后軸為100kN的標準軸載，其作用半徑δ=10.65 cm，垂直荷載為P=0.7 MPa。對于水平荷載，根據車輪與路面之間的摩擦系數f確定，即q=f·p，式中：q為水平荷載；p為垂直荷載；f為摩擦系數，對于正常行駛取0.3，對于緊急制動取0.5。

表1 擬計算的路面結構

式中：τ——層間剪應力；

h1，h1…，hn-1——各結構層厚度；

P，δ——標準車行的輪胎接地壓強（MPa）和當量圓半徑（cm）；

E1，E2…En-1——各層材料抗壓回彈模量。

在半剛性基層瀝青混凝土路面典型結構有限元力學分析中，根據車輛行駛速度隨坡度的變化，選取了坡度3%～8%之間的六個典型坡度和坡度為0的平坦路段進行分析，其中剪應力在最大值所在橫斷面上隨深度的分布見圖1。

從面層剪應力和剪應變分布圖中可見，當路線縱向坡度變化時，剪應力和剪應變的分布曲線形態基本相同，最大值仍位于路表下4～6 cm范圍內，數值隨著坡度增加而增大。當坡度為3%，其最大剪切應力約為0.33 MPa,由于路面要受到荷載的反復作用，考慮到超載及緊急制動水平力增加，結構層間的抗剪強度τ≥1.5（抗剪結構強度系數Kr）×0.335=0.5 MPa。

因此，復合式路面的層間粘結材料在38℃左右的抗剪切強度至少應大于0.5 MPa。

2 二階反應型路面粘結劑技術特點

2.1 性能指標

二階反應型路面粘結劑主要由天然瀝青與石油瀝青共混物中加入優質石油基活性反應物質組成，具有不含水、高滲透、反應型三大特點，其性能指標見表2。

表2 二階反應型路面粘結劑性能指標

2.2 技術特點

（1）反應型：具有一階、二階化學反應過程，能形成具有高彈塑性的防水粘結層，增強水泥混凝土和瀝青鋪裝層的粘結力和抗剪切能力；

（2）高滲透：能滲透到混凝土底層3～5 mm深處，具有較好的滲透固結作用（釘子效應），能夠修復水泥混凝土面板上的微小孔隙；

（3）粘結力強：可提高水泥混凝土路面與瀝青加鋪層的結合力，其25℃粘結強度大于0.6 MPa；

（4）抗剪切強度高：其25℃抗剪切強度大于0.6 MPa，可延長瀝青加鋪層使用壽命，有效防止瀝青鋪裝發生推移等病害；

（5）施工簡便：界面清潔干凈，即可進行施工，并且可以省去噴砂工序；

（6）環保：原路面無需銑刨（病害需處治合格），節約機械、燃油等成本，無噪音和粉塵污染。

3 工程實例

3.1 路面結構設計方案

深圳市某道路等級為城市主干路，主道雙向6車道。為加快施工速度、減少施工噪音和粉塵，設計采用了滿鋪免銑刨工藝的“二階反應型路面粘結劑”，具體結構見表3。

表3 清林路路面修繕結構方案

3.2 施工質量控制要點

（1）工藝選擇

可采用人工涂布和噴灑兩種方式進行，界面清潔干凈并完全干燥后，即可進行該材料的施工。

（2）時間控制

施工后2～8 h，即可進行瀝青層的施工或者開放交通（施工間隔時間可根據天氣狀況而調整，以材料不粘施工車輛輪胎為標準）。

（3）滲透時間

一階反應和滲透時間共約為2～4 h（視天氣狀況有所不同）。

（4）開放交通時間

材料涂抹完畢，實干后即可開放交通（影響實干的因素有四，一是溫度，二是濕度，三是風速，四是涂抹均勻度）

材料固化后可以抵抗施工車輛的輪胎、履帶刺破，成膜后不粘輪胎，現場有需要可以開放交通（如果開放交通，在進行防水卷材和瀝青鋪裝時須將防水粘結層上所滯留的灰塵清掃干凈）。在防水粘結層被微損壞后，在熱瀝青罩面時高溫下該材料會微溶進行第二次反應，修復刺破點，同時生成高粘高彈的防水粘結膜，將瀝青鋪裝層與水泥基面牢牢結合成整體。如因特殊原因導致防水粘結層損壞嚴重，要求施工人員在損壞處做補涂即可。

（5）用量控制

未經銑铇的水泥混凝土路面，均勻滿涂時其用量約0.35～0.4 kg/m2。

（6）現場質量檢測

二階反應型防水粘結材料為黑色粘稠液體，該材料施工后現場質量的檢測一可以通過目測，對于材料與上下層的粘結性能則可通過現場拉拔試驗，具體檢測控制標準見表2。

3.3 質量檢測結果

選取8個點對三種水泥混凝土基面進行附著力測試，結果與相關試驗圖片見表4和圖2。

表4 附著力測試結果

4 結語

為了保證復合式路面的優良路用性能，必須在水泥混凝土板與瀝青鋪裝層間設置粘結層，以提高層間的粘結力。二階反應型路面粘結劑相比傳統工藝（乳化瀝青或普通改性瀝青粘結層）對水泥混凝土具有良好的粘結能力，其25℃粘結強度和抗剪切強度均大于0.6 MPa，滿足設計要求（0.5 MPa）。該材料還具有施工簡便、環保等特點，作為水泥混凝土板與瀝青鋪裝層間的粘結層是十分適宜的，尤其在城市道路改造中具有獨特的環保優勢。

[1]JCT975-2005,道橋用防水涂料[S].北京:中國建材工業出版社,2005.

[2]JTG D50-2006,公路瀝青路面設計規范[S].北京:人民交通出版社,2006.

[3]JTG D40-2002,公路水泥混凝土路面設計規范[S].北京:人民交通出版社,2002.

[4]國家西部課題.水泥混凝土橋面防水層材料性能試驗研究[R].