道路新舊路面基層拼接界面劑研究

邱琴忠

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院,甘肅 蘭州 730050）

1 新舊路面拼接張力研究

道路路面擴(kuò)建后，新舊路面之間沉降程度的差異，會(huì)導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)破壞。新舊路面拼接時(shí)，應(yīng)注意如下兩個(gè)方面。

1.1 拼接材料

根據(jù)道路的材料組成，試驗(yàn)材料由水泥、瀝青、界面劑及水穩(wěn)層試件組成。

（1）水泥選擇無(wú)塊狀的硅酸鹽水泥；

（2）瀝青為經(jīng)過(guò)高溫融化的乳化瀝青；

（3）界面劑選取混凝土界面劑，該處理劑由兩種水性高分子氧化乳液組成，其粘結(jié)性能較強(qiáng)，主要用于公路路面的表層處理；

（4）水穩(wěn)層試件通過(guò)振動(dòng)形成模型，再經(jīng)過(guò)一周時(shí)間的強(qiáng)度養(yǎng)護(hù)。

1.2 試件選取與分析

以水穩(wěn)層試件為研究對(duì)象，將試件從中間切割成兩部分，分析界面劑、乳化瀝青及水泥之間的關(guān)系。在界面劑組成成份一定的條件下，通過(guò)改變水泥用量分析試件的拉力，其中對(duì)試件進(jìn)行五種處理方式，材料及用量如下：

（1）界面劑：水泥 =1∶4；

（2）界面劑：水泥 =1∶6；

（3）界面劑：水泥 =1∶8；

（4）乳化瀝青：水泥 =2∶1；

（5）凈漿：水灰 =3∶5。

在室內(nèi)做拉力試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)環(huán)境為室溫25℃，養(yǎng)生時(shí)間為4 d，在試件表面涂有約3 mm的JX-302混凝土表面處理劑，待處理劑凝固后使用高性能粘結(jié)膠將用于張拉力試驗(yàn)的拔拉扣粘在試件表面，如圖1所示。

圖1 張力試驗(yàn)的半體試件之實(shí)景

每個(gè)半體試件上粘有5個(gè)半徑為10 mm的拔拉扣，將試件置于室溫為25℃的環(huán)境下，繼續(xù)養(yǎng)生1 d的時(shí)間，當(dāng)粘結(jié)膠凝固后進(jìn)行張力試驗(yàn)。試驗(yàn)后試件的張力強(qiáng)度及變化率見表1所列。

表1 不同處理方式下試件張力強(qiáng)度一覽表

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，采用界面劑與水泥比值為1:6時(shí)，試件的拉力強(qiáng)度為2.41 MPa達(dá)到最大，五種處理方式中采用水泥凈漿的張力強(qiáng)度最小。界面劑與水泥比值為1:8時(shí)，試件拉力強(qiáng)度變化率達(dá)到63.45%，這主要與界面劑本身的拌制有關(guān)。當(dāng)水泥用量相對(duì)于界面劑的成份較多時(shí)，對(duì)水份的需求量較大，水份不僅要用于界面劑本身的混合溶解拌制，還需要用于水泥的溶解于水化，從而達(dá)到最終所需強(qiáng)度。由于JX-302混凝土表面處理劑的水份含量有限，當(dāng)水泥含量較多時(shí)，界面劑中的水份已經(jīng)不能滿足水泥的水化需求，所以拌制成的界面劑中的水泥漿攪拌不均勻存在結(jié)塊現(xiàn)象。變化率較大的另一個(gè)影響因素是拔拉扣在試件半體表面分布的位置不均勻。

采用混凝土界面劑相對(duì)于水泥凈漿及乳化瀝青處理試件水穩(wěn)層表面時(shí)的拉力強(qiáng)度較高，在混凝土界面劑用量一定的條件下，不同水泥用量也會(huì)對(duì)試件的拉力強(qiáng)度產(chǎn)生影響，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出界面劑與水泥用量的比值為1:6時(shí)，試件的拉力強(qiáng)度達(dá)到最大。

2 新舊路面拼接緊密性研究

選取界面劑與水泥比為1:6的方案，作為混凝土界面劑的最佳用量來(lái)分析拉伸強(qiáng)度與溫度變化對(duì)路面拼接緊密性的影響。

2.1 研究方案

在該項(xiàng)試驗(yàn)中，采用特制50 cm×50 cm×20 cm的模具和空氣壓縮機(jī)改制的振動(dòng)器在室內(nèi)對(duì)水穩(wěn)板進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。在模具中成型的模板分兩層進(jìn)行振動(dòng)成型，第一層厚度約為8 cm,第二層厚度約為4 cm，將其置于試驗(yàn)環(huán)境溫度為25℃中，并將其養(yǎng)生兩周。在中間空區(qū)拌制新水泥石料與舊水穩(wěn)板進(jìn)行振動(dòng)成型，連接處采用界面劑與水泥的比值為1:6，以及乳化瀝青與水泥的比值為2:1兩種界面處理劑進(jìn)行處理。界面劑的用量及厚度如表2所列。

表2 界面劑的用量及厚度一覽表

2.2 試驗(yàn)方法

在復(fù)合板穩(wěn)固成型后，在試驗(yàn)環(huán)境溫度為25℃中繼續(xù)養(yǎng)生一個(gè)月，達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后進(jìn)行鉆芯取樣。芯樣的直徑為12 cm，取樣時(shí)以模板底面的中心取芯，然后在中心，成左右上下對(duì)稱，分別取芯。由于實(shí)驗(yàn)材料、試驗(yàn)方法及養(yǎng)生齡期的不同，使得試驗(yàn)結(jié)果存在差異性，為了更有效地反應(yīng)試件拼接的緊密性，在每個(gè)接縫處再加取一個(gè)芯樣，進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

2.3 拉伸試驗(yàn)

2.3.1 試件拉伸強(qiáng)度

根據(jù)JTG E51-2009中拉伸試驗(yàn)的方法，采用多功能強(qiáng)度試驗(yàn)儀檢測(cè)路面材料強(qiáng)度，測(cè)試所用的壓條的寬度為1.86 cm,弧面半徑為75 cm，試驗(yàn)環(huán)境溫度為20℃，平行于試件接縫，對(duì)試件施加壓力，加載速度為500 N/s。

根據(jù)表2中界面劑的用量及厚度，分為四種方案，每種方案下有三個(gè)試件，通過(guò)拉伸試驗(yàn)，計(jì)算每種方案下的拉伸強(qiáng)度、強(qiáng)度均值、變化率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3所列。

表3 不同方案下試件拉伸強(qiáng)度一覽表

分析表3數(shù)據(jù)可以看出，d方案下拉伸強(qiáng)度值為0.85 MPa,達(dá)到最高，c方案下試件的拉伸強(qiáng)度變化率最小。

2.3.2 溫度影響

由于路面表面存在空隙會(huì)導(dǎo)致路面在使用過(guò)程中出現(xiàn)開裂、水損害等現(xiàn)象，影響公路的使用壽命，因此應(yīng)考慮溫度對(duì)水穩(wěn)界面拉伸強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)過(guò)程為：

（1）將芯樣放置在試驗(yàn)環(huán)境溫度為25℃恒溫水槽中養(yǎng)生2 h；

（2）將試件浸入水中抽真空，置于0.08 MPa壓力下15 min；

（3）放置于溫度為-18℃的模具中養(yǎng)生15 h；

（4）將試件置于溫度為60℃的水槽中24 h；

（5）置于溫度為25℃的水槽中2 h。

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)過(guò)程，檢測(cè)試件的拉伸強(qiáng)度，通過(guò)將芯樣在不同環(huán)境溫度下養(yǎng)生后，計(jì)算試件的拉伸強(qiáng)度、均值，以及凍融拉伸強(qiáng)化率，見表4所列。

表4 溫度對(duì)試件拉伸強(qiáng)度影響一覽表

從表4可以看出方案d的凍融拉伸強(qiáng)化率最大為88.09%，同時(shí)其拉伸強(qiáng)度與凍融拉伸強(qiáng)度相對(duì)于其他三種方案強(qiáng)度值較高。

3 新舊路面拼接方案

通過(guò)對(duì)路面拼接張力的研究與試件的拉伸試驗(yàn)，主要從試件的外觀、拉伸強(qiáng)度、經(jīng)過(guò)拉伸試驗(yàn)后試件的完整狀態(tài)選擇合理方案。

3.1 試件的外觀

觀察試件的表面，四種方案的試件均有孔洞，試件外壁光滑，接縫處粘結(jié)良好，無(wú)空隙和氣泡現(xiàn)象。方案a的界面處理劑使用乳化瀝青，在經(jīng)過(guò)不同溫度環(huán)境養(yǎng)生后，接縫粘結(jié)表面有顆粒狀瀝青滲出，可能會(huì)影響新舊路面的粘結(jié)密合性。

3.2 試件拉伸強(qiáng)度

通過(guò)比較正常溫度下試件的拉伸強(qiáng)度和經(jīng)過(guò)凍融試驗(yàn)條件下試件拉伸強(qiáng)度的損失值，方案d的拉伸強(qiáng)度值最高，凍融拉伸強(qiáng)化率最大為88.09%，是效果較好處理方案。分析拉伸試驗(yàn)的變化率，方案d的變化率為8.10%，方案b的變化率達(dá)11.73%。對(duì)比四種方案，方案c的拉伸強(qiáng)度雖然相對(duì)于方案d較低，為方案d的74%，然而方案c的變化率為4.82%，更能保證路面拼接的緊密性、提高施工質(zhì)量。

3.3 試件的完整狀態(tài)

比較分析使用乳化瀝青界面劑與JX-302混凝土界面劑，試件的受力程度（見圖2、圖3）。對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，使用不同的界面劑試件的受力情況也不同，使用新型混凝土界面劑時(shí)，界面劑與水穩(wěn)材料融合程度較均勻，試件可承受的拉力強(qiáng)度較大；使用乳化瀝青界面劑時(shí)，壓力超過(guò)抗拉極限時(shí)，會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象。因此路面的界面處理劑采用JX-302混凝土界面劑。

圖2 乳化瀝青界面劑拉伸試驗(yàn)之實(shí)景

圖3 混凝土界面劑拉伸試驗(yàn)之實(shí)景

4 結(jié)論

分別從新舊路面拼接張力和新舊路面拼接緊密性兩方面來(lái)研究道路新舊路面拼接方案。通過(guò)室內(nèi)拉力試驗(yàn)，分析得出混凝土界面劑相對(duì)于水泥凈漿及乳化瀝青處理試件水穩(wěn)層表面時(shí)的拉力強(qiáng)度較高；通過(guò)試件的拉伸試驗(yàn)，得出d方案下拉伸強(qiáng)度值最高為0.85 MPa，c方案的拉伸強(qiáng)度為d方案的74%，同時(shí)c方案下試件的拉伸強(qiáng)度變化率最小；通過(guò)改變?cè)嚰酿B(yǎng)生溫度，得出方案d和方案c的凍融拉伸強(qiáng)化率均在80%以上。

綜合比較分析新舊路面的拼接方案選擇方案c，選擇JX-302混凝土界面劑與水泥的比例為1:6作為界面處理劑，界面劑的用量為4.2 kg/m2，涂刷厚度為2.3 mm。