水泥混凝土路面填缝料封水试验方法研究.pdf

公路 交通技术2 0 1 2年 1 0月 第 5期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d T r a n s p o r t O c t 2 0 1 2 N o 5 水泥混 凝土路面填缝料封水试验方法研究 王进 勇， 龙丽琴， 王宝松 ( 招商 局重 庆交通科 研设 计院有限公司 ， 重庆4 0 0 0 6 7 ) 摘要： 水泥混凝土路面填缝料发生接缝破损或密封性不好时地面水会从接缝处渗入基层进而产生唧泥、 错 台、 不 平整和板块断裂 ， 导致水 泥混凝 土路 面破 坏。 国 内还 没有 相关规 范验 证填缝 料 的封 水性能 。基 于水 泥混凝 土路 面 填缝料封水性能的室内试验及现场试验， 研究并提 出可检测水泥混凝土路面填缝料封水性能的试验方法， 为填缝料 的开发 、 设计 、 施 工与验 收提供依据 。 关键 词 ： 水泥混凝土路 面； 填缝料 ； 封水性能 ； 室 内试 验 ； 现场试验 文章编号 ： 1 0 0 9 6 4 7 7 ( 2 0 1 2 ) 0 5 0 0 0 8 0 7 中图分类号 ： U 4 1 6 2 1 6 文献标 识码 ： A Re s e a r c h O n Se a I W a t e r Te s t o f J o i n t Se a l a n t s f o r Ce me n t Co n c r e t e P a v e me n t W A NG J i n y o n g ，L ONG L i q i n，WANG B a o s o n g Ab s t r a c t ： Wh e n c r a c k s o r s e a l i n g f a i l u r e o c c u r s a t j o i n t fi l l e r o f c o n c r e t e p a v e m e n t ，w i l l c a u s e s H r a c e wa t e r s e e p i n g i n t o f o u nd a t i o n，a nd l e a d t o mu d，s l a b s t a g g e r i ng，un e v e nn e s s o r s l a b f r a c t u r e s，a n d da ma g e c o n c r e t e p a v e m e n t I n C h i n a ， t h e r e i s n o r e l a t i v e c r i t e r i o n f o r t e s t i n g w a t e r s e a l p e rf o r ma n c e o f j o i n t fi l l e r B a s e d u p o n i n d o o r o n s i t e e x p e r i m e n t s f o r w a t e r s e a l p e rf o r m a n c e o f j o i n t fi l l e r s for c o n c r e t e p a v e me n t ， t h e a u t h o r s s t u d i e d a n d s u g g e s t e d t e s t m e t h o d s t o e x a m w a t e r s e a l p e rf o rm a n c e o f j o i n t fi l l e r s for c o n c r e t e p a v e m e n t ， w h i c h o f f e r s e v i d e n c e f o r R &D， c o n s t r u c t i o n a n d a c c e p t a n c e i n s p e c t i o n o f j o i n t fi l l e r s Ke y wo r d s ：c o n c r e t e p a v e m e n t ；j o i n t fi l l e r ；w a t e r s e a l p e rf o r ma n c e ； i n d o o r e x p e r i me n t s ；o n s i t e e x p e r i me n t s 水泥混凝土路面接缝填缝料有 2个主要功能， 一 是防止路面水渗入基层或路基 ， 因为路面水一旦 沿缝渗入 ， 将使路基强度降低 ， 混凝土面板在交通荷 载作用下发生 开裂 。二是 防止接缝 中落入杂物 ， 因 为一旦砂 、 石子等硬物落入接缝 ， 就会使接缝失去胀 缩功能 ， 当路面板块随温度升高而膨胀时， 接缝处混 凝土往往被挤坏u 。 对于水泥混凝土路面填缝料封水性能 的检测 ， 目前国内还没有相关的试验方法。因此笔者采用模 拟降雨强度的方法 ， 自行设 计了可检测水泥混凝土 路面填缝料封水性能的室内试验方法及现场试验方 法 ， 以评价填缝料的封水性能。通过系统的试验研 究 ， 充分证明此方法简单可行。 1 试 验试 件制 备 1 1 填缝料选择 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 4 1 7 作者 简介 ： 王进勇( 1 9 7 0 一 ) ， 男 ， 四川省南充市人 ， 本科 ， 高工 根据 国内工程实例 ， 选择了 2种填缝料 ， 并根据 J T T 2 O 3 9 5 公路水泥混凝土路面接缝材料 进行 了基本性能试验 ， 结果见表 1 。 表 1 填缝料试验检测结 果 从表 1数据 可知 ， 选用 的填缝 料 均满 足 J T G F 3 0 -2 0 0 3 ( 公路水泥混凝 土路面施工技术规范 的 技术要求。 1 2封水试件制作 1 2 1 水泥混凝土试件成型 为 了与现场实际相符 ， 水泥混凝土配合 比设计 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 公路交通技术 2 0 1 2年 1 )按照前述方法成型好 2组 6个水泥混凝 土 试件 ， 试件 制 备 和养 护应 符合 J T G E 3 0 -2 0 0 5中 T 0 5 5 1的相关 规定 。 2 )至试验龄期 时 ， 自养护室取出试件 ， 保 持试 件原有湿度 ， 在试验时擦 干试件 ， 按前述方法灌缝 ， 直至填缝材料冷却至室温。 3 )打开阀门， 控制水量 ， 采用 喷水器模拟降雨 强度 ， 并开始计时。 4 )将量筒置 于填缝料底部 ， 并读取初始读数 ； 当水从填缝料底部渗漏 出来后 ， 用量筒接住渗出来 的水 ， 并用秒表计时。 5 )喷水 5 mi n后读取量筒终读数 ， 测渗 出来 的 水量 ， 并记录检测结果 。试验方法如图 4所示 。 图 4 模拟 降雨强度试验 6 )试验结果 ( 1 )填缝料表面水渗入率按下式计算 ： 。 式中， ， 为表面水渗入率 ， e m ( h c m) ； V为渗水 量 ， m L； t 为渗水时间， S ； f 为接缝长度 ， c m。 ( 2 )以 3个试件测值 的算术平均值 为测定值。 3个测值的最大值或最小值 中有一个与 中间值之差 超过中间值 的 1 5 ， 则取 中间值 为测定值 ； 如最大 值和最小值与中间值之差均超过 中间值 的 1 5 ， 则 该组试验结果无效。 2 3试 验结 果判定 与分 析 2 3 1 试验结果判定 降落在路面表面的水， 会通过路面接缝或裂缝、 松 散等病害处或者面层结构空隙下渗到路面结构内部。 路面结构内自由水的存在给公路路面的使用性 能带来很不利的影响。这些水主要来 自于降雨期间 通过路面裂缝和接缝渗入的水或高地下水位路段 的 地下水 。以前将水引起的路面结构破坏通常归因于 地下水的存在 。虽然地下水常常是 问题的一项主 要肇因 ， 但美国的 C e d e r g r e n等 完成 的一项研究表 明， 由路表面渗入路面结构 内的水分和地下水具有 同等的重要性。尤其在填方路段和地下水位低的路 段 ， 路面结构内的水分主要来 自路表面渗水 ， 被围封 在路面结构内的水分 ， 会浸湿结构层材料和路基土 ， 使其强度下降， 变形增加 ， 从而使路面结构的承载力 降低 ， 使用寿命缩短。更为严重的是 ， 由于路面是层 状结构 ， 层问结合处易出现空隙 ， 进入空隙内的 自由 水在行车荷载作用下 ， 会成为高空隙水压力和高流 速的水流 ， 促使水泥混凝土面层出现错 台和板底脱 空等病害 ， 从而使整个路面结构的使用性能迅速变 差_ 4 J 。大量的路面损坏状况调查和路面使用经验 表明， 进入路面结构内的 自由水是造成或加速路面 损坏的重要原因， 应引起足够的重视。 对于路表面裂缝、 接缝渗入水方面的研究， 美国 的 H H R i d g e w a y 6 做得较 多。他对 现有路面进行 现场测试 以确定通过裂缝 、 接缝进入路面结构内的 水量。他选择使用 了 5年和 3 4年的 5条水 泥混凝 土路面进行现场测试 ， 得到一批裂缝 、 接缝渗入率 的 数据。1 9 9 6年 ， 同济大学在上海 的水泥混凝 土路面 上进行 了表面水渗入率的试验测定 。根据测定结 果 ， 对于水泥混凝土路面 ， 不同类型和状况缝的表面 水渗入率变化在 01 8 0 0 c m ( h c m) 范 围内 ， 平 均为3 7 1 e m ( h c m) 。该结果同 H H R i d g e w a y的 结果相 比， 其变化范围和平均值都大于后者 ， 这与所 调查 路 段 的 裂 缝 、 接 缝 状 况 不 同有 关。 H_H R i d g e w a y 所推荐的表面水设计渗入率相当于同济大 学调查路面处于填缝料轻微级损坏的状况 。如果表 面水设计渗入率选用 的数值偏 大， 将使路 面内部排 水设施所需的泄水能力增加 ， 即致使设施的构造尺 寸增大。因此 ， 如路面出现轻微级损坏 ， 则只需要考 虑设置内部排水设施 的低 限。对于高 等级路面来 说 ， 出现 中等程度的开裂损坏时 ， 就应及时采取养护 措施予以修复； 出现严重损坏时 ， 表明路面 已达到使 用寿命的后期 ， 按这种损坏状况确定表面水设计渗入 率， 将使内部排水设施的尺寸定得过大而不经济。综 上所述 ， J r r 1 0 l 8 9 7提出了设计渗入率建议值 ： 对于 存在接缝和裂缝的水泥混凝土， 按 1 5 0 c m ( h e m) 即0 3 6 e m ( d m) 取用。 2 3 2 试 验 结果 分析 按上述试验方法进行 了试验 ， 得到 的试验结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年第5期 王进勇， 等： 水泥混凝土路 面填缝料封水试验方法研究 l 1 见 表 2 。 从表 2中可 以看 出， 聚氨酯填缝料、 改性沥青填 缝料表面水渗入率都 为 0 。 由此可知 ， 填缝 料本身 均未发生渗漏现 象， 说明在未受 到行车荷载与温度 疲劳的作用下， 填缝料的抗渗透性能优异 ， 能够对水 泥混凝土路面接缝实现真正的有效密封 。 3 冷热循环后填缝料封水试验 实际工程中 ， 水泥混凝土路面在低温条件下 ， 材 料 的收缩量增大 ， 板与填缝料界面 内产生较 大的弯 拉应力 。而在冬末和初春季节 ， 昼夜气温变化较大 ， 使路面处于冻融循环的加载方式下， 此时混凝土板 会产生较大的收缩 ， 由于温度梯度 的存在 ， 从而发生 翘 曲变形 ， 使填缝料实 际上处于受拉的状 态。在夏 天 ， 温度升高 ， 尤其在广东地区 ， 路面温度经常会高 达 6 0， 水泥混凝土板受热膨胀， 使填缝料处于受 压状态 。本试验根据实 际情况 ， 对填缝料在冷热循 环温度条件下的封水性能进行 了测试 。封水试件的 制作 、 降雨强度 的计算与常温下封水试验方法相同。 3 1 填缝料压缩与拉伸量计算 根据热胀冷缩原理 ， 参照规范 中温度膨胀系数 的取值 ， 对填缝料的压缩与拉伸量按如下方式计算。 接缝缝宽变化是 由 昆凝土板伸缩变形所致 ， 这 种伸缩变形 主要 由 2部分组成 ： 湿胀干缩变形和热 胀冷缩变形 J 。 1 )在干湿交替变化的情况下 ， 水泥混凝土路面 发生湿胀干缩变形 ， 水泥混凝土板收缩 ， 接缝随之加 宽 ， 填缝料处于拉 伸状态 。假设水泥混凝土板处于 自由变形状态 ， 收缩值取 0 1 5 0 2 mm m， 若每块 混凝土板长按 5 m计 ， 则 接缝拉 伸 宽 度 =混 凝 土 板 收 缩 宽 度 =0 2 ramm 5 m =1 0 mm 。 2 )在温度冷热循环的条件下 ， 水泥混凝土路面 发生热胀冷缩变形。混凝土板 的温度膨胀系数 与 材料的配合比有关 ， 一般取值范 围为 ( 0 61 2 ) X 1 0 ， 自由变形时常取 为 1 X1 0 。考虑到基 层对面层的摩阻作用 ， 可取为 0 5 1 0 。根据 广东地 区气候统计资料 ， 取最大温差为 6 0。在冬 季 ， 水泥混凝土板收缩 ， 接缝被加宽 ， 填缝料处于拉 伸状态， 混凝土板的最大收缩值为： 缩缝拉伸宽度 ： 混凝土板的最大收缩值 = 板长 施工 期 与冬 季 最 大 温差 =5 m6 0 x 0 5 X 1 0一 c IC =1 5 mm 。 由上述分析可知 ， 当接缝处于干湿循环 与温度 循环最不利情况下 ， 接缝被拉伸到最宽的距离 ， 填缝 料被拉伸至极限状态 ， 此时缩缝宽度最大变化值 = 干缩裂缝宽度+ 混凝土板最大收缩值 =1 0 m m+ 1 5 mm ：2 5 mm。 缩缝宽度 一般 为 46 mm， 胀缝 宽度 一般 为 2 02 5 m m， 取缩缝宽度 5 m m， 胀缝宽度 2 0 m m， 则 缩缝伸长率 = 2 5 ra m 5 m m= 5 0 ， 胀缝伸长率= 2 5 ra m 2 0 m m=1 2 5 。 因此 ， 当缩缝材料能在使用过程 中具有 5 0 的 弹性恢复能力 ， 胀缝具有 1 2 5 的恢 复能力 时， 即 可满足接缝密封的使用要求。胀缝的粘结伸长率可 低于缩缝 的粘结伸 长率 ， 试验统一采用 5 0 的拉 伸压缩量。试件宽度为 1 2 m m， 则 填缝料被拉伸宽度=1 2 m inx ( 5 0 ) = 6 m m ， 填缝料总宽度 =1 2 ra m+ 6 mm=1 8 mm 。 3 2 冷热循环后填缝料封水试验方法 3 2 1 仪器设备 试验设备包括 ： 秒表 ， 分度值不大于 0 2 S ； 可调 节水量的喷水器； 量筒； 容器， 容积最小 2 0 0 0 m L， 分度 值不大于 5 m L ； 烘箱， 能使温度控制在( 1 0 5 5) 。 3 2 2试验步骤 1 )按照前述方法成 型好 2组 6个水泥混凝土 试件。试件制备 和养护 应符合 J T G E 3 0 -2 0 0 5中 T 0 5 5 1的相关规定。 表2 常温下填缝料封水试验结果 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 公路交通技术 2 0 1 2生 1 )填缝料在未受到温度循环和行 车荷载条件 下时， 对接缝具有 良好的密封性能 ， 能完全阻止水从 接缝中渗入 。 2 )填缝料的封水性能不是一个独立的指标 ， 而 是与粘结性能 、 耐老化性能等息息相关。 3 )目前常规使用改性沥青和聚氨酯填缝料 2 种填缝料 ， 在受到温度循环 、 行车荷载和长期老化 的 作用下 ， 都无法实现真正 的有效密封 。对于水泥混 凝土路面 ， 亟需开发一种耐疲劳 、 耐高温 、 耐长期 自 然老化且粘结性能和封水性能强 的填缝料 ， 这样才 能大大减少水泥混凝土路面的破损 ， 提高水泥混凝 土路面的适用性。 4 )本封水试验模拟现场实际状况进行 ， 与国内 外相关研究相 比较 ， 方法可行 ， 操作简单。 参 考 文 献 1 寿崇琦， 张志良， 赵春宾 ， 等水泥混凝土路面用 S B S 改性 沥青 聚氨酯填缝材料的研究 J 公 路交通科 技 ， 2 0 0 4 ， 2 1 ( 4 ) ： 1 3 4 1 3 7 吴昌兴， 姜爱锋 ， 姚祖康 路面裂缝和接缝的渗水 J 上海公路 ， 1 9 9 8 ( 2 ) ： 1 1 1 3 Ge d e r g r e n Ha r r y R Dr a i n a g e o f Hi g hwa y a nd Ai rfi e l d P a v e m e n t s R N e w Y o r k s ： J o h n Wi l e y S o n s ， I n c 1 9 74 胡 毅 ， 陈雪永 C T P B材料级配与透水性能试验研究 J 江西建材， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 7 1 0 费源 水泥混凝土路 面接缝病 害分析及 填缝料 技术 应用 J 现代交通技术， 2 0 1 1 ， 8 ( 1 ) ： l 3 一 l 6 Ri d g e wa y H H I n fil t r a t i o n o f W a t e r Th r o u g h t h e P a v e me n t S u rf a c e J T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c h R e c o r d ， 1 9 76： 981 00 重庆交通科研设计院 J T J 0 1 8 J 9 7 公路排水设计规 范 S 北京： 人民交通出版社， 1 9 9 7 尚云龙寒区混凝土路面接缝和裂缝变形量测定 J 低温建筑技术 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 1 4 2 1 4 3 ( 上接第 7页) 施工技术和工艺不 同， 这就导致路桥过渡段路基病 D 西安： 长安大学， 2 0 0 5 害产生的原因多种多样 。桥头跳车是公路工程 中的 E 3 俞永华 路桥过渡段差异沉降处治技术研究 D 西 突出问题之一 ， 设计施工 中必须根据实际工程情况 ， 安： 长安大学， 芒 牵 要 ： ： 桥 头 搭 板 优 化 设 计 武 量减少过渡段 的显著差异沉 降， 从而减轻甚至避免 5 桥 过渡段路 桥病 害分析 和处置对 出现桥头跳车现象 ， 以提高行车过程 中的安全性 与 策 D F - 4 + I ： 华南理工大学 ， 2 0 1 0 舒适性 ， 增加社会经济效益 。 6 苏法宏 公路桥涵构造物与路基过渡段施工技术 J 参 考 文 献 7 牛思胜 黄土地区台后跳车柔性搭板处治技术研究 1 姜 良 京沪高速铁路济南西客站路桥过渡段路基变 D 西安： 长安大学 ， 2 0 0 6 形 与处理措施研 究 D 北京 ： 北京交通 大学 ， 2 0 0 9 8 郑慧振 E P S轻质路堤 及在软 土地基 桥头跳 车防 治 中 2 巴仁基 路桥过渡段路基病害特征与处治对策研究 的应用研究 D 西安 ： 长安大学， 2 0 0 8 J j J 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m