溫度對鋼箱梁橋面鋪裝層間剪切性能的影響

宋 雪 陳陽陽 訾 城

1 中電建路橋集團有限公司京津冀分公司 北京 100044 2 西南交通大學 四川 成都 610031

正文：

由于鋼箱梁具有跨越能力強、構件質量輕、運送和拼裝方便、施工周期短等優點，在互通匝道彎橋中應用越來越多。然而，目前鋼箱梁橋面鋪裝技術體系還不完善，我國部分已建成的鋼橋面鋪裝在服役期內大都出現了病害。據調查顯示，由于層間粘結性能不足引起的鋪裝層推移、擁包病害表現最為嚴重。因此，提高鋼箱梁橋面鋪裝結構層間性能是解決問題的關鍵。針對這一問題，國內外科研人員早就對橋面鋪裝防水粘結層展開了長期探索和研究，并取得了較多成果。

本文以鄭州西三環鋼箱梁橋面鋪裝結構為研究對象，利用試驗手段探索防水粘結材料和粘層油用量、溫度變化對鋪裝層層間性能的影響。

1 原材料與組合試件的制備

1.1 原材料

1.1.1 鋼纖維混凝土

試驗采用的鋼纖維混凝土配合比符合《公路鋼纖維混凝土路面施工技術規范》（JTG F30-2003），詳見表1。制作成300mm×300mm×70mm的鋼纖維混凝土塊，待其初凝后在其上表面模擬實際情況進行拉毛處理，在標準條件下養護28d后進行鉆心取樣，在300mm×300mm×70mm的鋼纖維混凝土塊中鉆取若干直徑101mm、高70mm的圓柱形試件，擦干后備用。

表1 C50鋼纖維混凝土配合比

1.1.2 瀝青混凝土

試驗采用AC-16瀝青混凝土，所用原材料有SBS改性瀝青、集料為角閃巖，粒徑規格分別為S9（10～20mm）、S10（10～15mm）、S11（5～10mm）和S15（0～5mm）、S95級礦粉。瀝青混凝土的配合比計算按照《公路瀝青路面施工技術規范》（JTG F40-2004）進行。AC-16瀝青混凝土的配合比詳見表2。

表2 AC-16瀝青混凝土配合比

1.1.3 防水粘結材料及界面粘層油

試驗中，C50鋼纖維混凝土層與AC-16瀝青混凝土層間的防水粘結材料采用聚氨酯材料。

1.2 組合試件制備

C50鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土組合試件。

將聚氨酯防水粘結材料均勻涂抹在鋼纖維混凝土上表面，待其完全干燥后，將其置于馬歇爾試模的套筒中，再在其上放置馬歇爾試模（尺寸：直徑101.6mm、高87mm），按照標準馬歇爾試件的制作方法制作厚度為40mm的AC-16瀝青混凝土層，待組合試件冷卻后進行脫模處理，將脫模后的組合試件放在一旁備用。

2 試驗方案與過程

2.1 試驗方案

以C50鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土層間為例。

（1）確定聚氨酯防水涂料最佳用量。

在常溫（20℃）條件下，改變層間聚氨酯防水材料用量，進行層間剪切試驗，分析防水材料用量對鋼纖維混凝土與瀝青混凝土層間剪切強度的影響規律，并確定聚氨酯防水涂料的最佳用量。

（2）研究溫度變化對層間剪切強度的影響。

在最佳聚氨酯用量的情況下，改變試驗溫度，進行層間剪切試驗，分析溫度對鋼纖維混凝土與瀝青混凝土層間剪切強度的影響規律。

2.2 剪切試驗

剪切試驗采用電腦數控馬歇爾穩定度測定儀與自制剪切裝置，分別將控溫6h后的各組合試件進行剪切試驗。層間剪應力的計算公式如下：

式中，τ為剪應力（MPa）；F為剪切力（N）；S為剪切面面積（m2），取8×10-3m2。

3 試驗結果與分析

3.1 聚氨酯材料用量對層間剪切強度的影響

試驗對象為C50鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土組合試件，試驗溫度為20℃，控溫6h，試驗結果見表3、圖1。

表3 不同聚氨酯用量下層間抗剪強度

圖1 不同聚氨酯用量下層間抗剪強度

從圖1可以看出，在常溫20℃的情況下，聚氨酯用量為0.375L/m2的剪切強度最大，為1.02MPa，即最佳聚氨酯用量為0.375L/m2。

3.2 溫度對層間剪切強度的影響

試驗對象為C50鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土組合試件，聚氨酯用量為0.375L/m2，試驗溫度為0、20、40、60℃，控溫6h，試驗結果見表4、圖2。

表4 不同溫度下層間抗剪強度

圖2 不同溫度下層間抗剪強度

從圖2可以看出，在聚氨酯防水材料用量一定的條件下，層間剪切強度隨溫度的升高而降低；當溫度為0℃時，試件的抗剪強度最大，但此時試件會發生瞬間脆斷；高溫（60℃）時，界面的抗剪強度只有常溫（20℃）時的3.9%，此時如果是重載車輛緊急制動，容易導致橋面鋼纖維混凝土層與瀝青混凝土層出現剪切滑移破壞。

4 結論

通過研究，得到以下結論：

（1）鋼纖維混凝土與AC-16瀝青混凝土層間聚氨酯防水涂料的最佳用量為0.375L/m2，在此用量下組合鋪裝結構層間性能最佳。

（2）在層間粘層油用量一定的條件下，層間剪切強度隨溫度的升高而降低，60℃時層間抗剪強度最小，如果有重車在橋面上緊急制動，會給橋面鋪裝層施加較大水平力，容易導致橋面組合鋪裝鋼纖維混凝土與瀝青混凝土層間出現剪切破壞。