桥面铺装直接铺筑在桥面板上, 其受力、变形及使用环境较道路路面复杂得多, 若处理不当, 桥面铺装极易出现各种早期病害。桥面铺装一般在铺装层与桥面板之间的层间粘结处最为薄弱, 防水粘结层使整个桥面铺装结构成为有机的整体, 其性能的好坏对桥面铺装的使用寿命有直接影响。
1 试验方案设计
1.1 桥面铺装结构方案
本次试验研究采用六种不同防水粘结层, 具体方案如下 (1) AWP2000; (2) 5%的SBS沥青; (3) 橡胶沥青砂胶+溶剂性粘结剂; (4) 溶剂性粘结剂+环氧树脂+5%的SBS沥青; (5) 橡胶沥青砂胶+环氧树脂; (6) 方案六:橡胶沥青砂胶+溶剂性粘结剂+环氧树脂。
1.2 防水粘结层室内试验设计
本研究结合实际需要进行了防水层的剪切试验、拔拉试验。本试验模型的尺寸为10cm×10cm× (4cm+ha, cm) , 其中混凝土水泥板厚度为4cm, 沥青混凝土铺装层厚度为ha, ha是本试验变化厚度h≥4cm, 具体试验设计如图1、2所示。
2 剪切试验
本试验采用直剪试验来模拟防水粘结层水平受到荷载作用产生的剪力, 就防水层材料种类、防水粘结层厚度、垂直压力、剪切速率、温度, 铺装层厚度、桥面板粗糙程度等因素对于层间抗剪强度的影响规律进行分析。
2.1 沥青混合料面层厚度对抗剪强度的影响
本文选择方案二作为研究对象。在试验温度60℃, 垂直荷载0.7MPa, 水平剪切速率3mm/min的情况下, 变化沥青混合料厚度对抗剪强度的影响规律, 测得实验结果见表1。
试验结果表明:当沥青混凝土铺装层厚度有4cm增加到7cm时, 其抗剪强度也随之增加31.8%, 可见增加沥青混凝土铺装层的厚度有利于提高结构层间的稳定性。
2.2 不同环境温度下抗剪强度的变化
实际使用状况下, 桥面铺装温度随环境温度的改变而改变, 因此在相同条件下比较各方案在常温情况下的抗剪强度。在防水粘结材料最佳用量, 垂直荷载0.7Mpa, 水平剪切速率3mm/min的条件下不同温度对抗剪强度影响的试验结果见表2。
试验结果表明:六种方案中的剪切强度均随温度的增加而降低。
2.3 防水粘结材料用量对防水粘结层抗剪强度影响
该试验选择结构方案一及结构方案二作为研究, 试验在不利条件下进行, 即均选择将试件放在60℃的恒温箱中恒温4h, 施加垂直荷载为标准荷载0.7MPa, 水平剪切速率为3mm/min。
结构方案一剪切试验结果如表3。
试验结果表明:抗剪强度随A W P-2000F用量的增加先增大在减小, 峰值出现在用量最为1.5kg/m2左右。
结构方案二剪切试验结果如表4。
试验结果表明:抗剪强度随SBS改性沥青用量的增加先增大在减小, 峰值出现在用量为1.0 kg/m2左右。
2.4 防水粘结层厚度对防水粘结层抗剪强度的影响
试验选取方案六研究, 在溶剂型粘结剂用量0.3kg/m2, 环氧树脂用量0.5kg/m2, 试验温度60℃, 垂直荷载0.7Mpa, 水平剪切速率3mm/min的条件下, 剪切试验结果如表5。
试验结果表明:橡胶沥青砂胶厚度为4mm左右时, 防水粘结层具有最佳抗剪强度。
2.5 垂直正应力对防水粘结层抗剪强度的影响
本研究选取两个有代表的方案二在SBS改性沥青为最佳用量, 试验温度60℃, 水平剪切速率3mm/min的情况下试验结果如下表6。
试验结果表明:随着垂直荷载的增加, 剪切强度也不断增大。
2.6 水平剪切速率对防水粘结层抗剪强度的影响
本研究选取两个有代表的方案二和方案六在防水粘结材料最佳用量, 试验温度60℃, 垂直荷载0.7MPa的情况下, 实验结果见表7。
2.7 水泥混凝土试件表面构造深度对抗剪强度的影响
以结构方案二为例, 在其SBS改性沥青最佳用量为1.0kg/m2, 试验温度60℃, 垂直荷载0.7MPa, 水平剪切速率3mm/min的情况下, 考查抗剪强度随水泥混凝土表面构造深度的影响规律, 测得实验结果见下表8。
试验结果表明:随着水泥混凝土表面构造深度增加, 剪切强度先增大而后减小。
经上述各种不同条件试验研究分析可得, 六种方案在最佳用量时的最大抗剪强度大小如表9。
3 拉拔试验
为了试层间防水粘结层自身及与混凝土桥面板和沥青混合料之间的粘结强度, 研究不同因素对层间粘结力的影响规律, 应对不同铺装结构进行直接拉拔试验。拉拨试验可以根据试验曲线峰值明确判断粘结层结构的粘结强度, 同剪切试验相比拉拔试验还可以根据破坏界面清楚的判定粘结层结构体系的薄弱环节。
3.1 不同温度下的各种防水粘结材料的粘结性能
考虑温度对各防水粘结材料的粘结性能的影响, 在拉拔速度为压力机下降速度为600r/min, 水泥混凝土表面粗躁程度都采用相同的拉毛深度的试验条件下, 试验结果如下表10。
试验结果表明:六种方案中的防水粘结层粘结强度均随温度的增加而降低。除不设防水粘结层时, 其它方案破坏位置均在防水粘结层与沥青铺装层之间。
3.2 水泥混凝土表面构造深度对各种防水粘结材料的粘结性能影响
为考察不同水泥混凝土表面状况对防水粘结材料拉拔强度的影响, 采用试件表面处理与剪切试验相同的方式, 即构造深度分别为T D<0.3 5 m m、T D=0.9 0 m m、TD=1.31mm的情况。在拉拔速度为压力机下降速度为600r/min, 环境温度60℃, 下进行拉拔试验, 试验结果见表11。
试验结果表明:随着水泥混凝土表面构造深度增加, 防水粘结层粘结强度先增大而后减小。并且破坏位置均为防水粘结层与沥青铺装层之间。
4 结语
(1) 增加沥青混凝土铺装层的厚度, 其层间抗剪强度也有所提高, 所以合理的设计沥青混凝土铺装层的厚度至关重要。
(2) 随着温度的提高, 层间抗剪强度有所减小。当温度升高时, 沥青混凝土的模量降低, 其各层间最大剪应力有所增大, 而此时抗剪强度又减小, 使得桥面铺装结构更容易发生层间剪切破坏。
(3) 不设防水粘结层时的结构层间抗剪强度明显小于同等条件下设有防水粘结层的结构层间抗剪强度。设有防水粘结层时, 抗剪强度随防水粘结层的厚度增加而先增大后减小。所以, 建议在钢筋混凝土桥桥面铺装结构中合理设置防水粘结层, 并选用合理的厚度, 以保证各层间拥有良好的抗剪性能。
(4) 层间抗剪强度随垂直荷载的增加而增大, 但幅度远没有超载增大而引起的层间最大剪应力增加的快, 所以严格控制车辆的载重, 有利于提高钢筋混凝土桥桥面铺装结构的使用寿命。
(5) 选择合理的水泥混凝土表面构造深度是提高桥面铺装整体性的一个重要指标。
(6) 通过对不同防水粘结层材料, 试验温度, 及水泥混凝土板的表面状况进行拉拔试验分析, 认为防水粘结层与沥青混凝土铺装面层的界面为桥面铺装结构的薄弱部分。
摘要：通过对六种典型桥面铺装结构进行防水粘结层力学性能试验研究, 分析了就防水层材料种类、防水粘结层厚度、垂直压力、剪切速率、温度, 铺装层厚度、桥面板粗糙程度等因素对于防水粘结层力学性能的影响规律, 从而探讨如何提高层间稳定性及抵抗推移、拥包病害, 为正确选择防水层, 指导设计与施工提供依据。
关键词：桥面铺装,防水粘结层,剪切试验,拉拔试验
参考文献
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