沥青混凝土桥面铺装防水粘结层的研究与应用.pdf

2 0 1 2 年 6 月第 6 期 城 市道桥与 防洪 桥梁结构 1 4 7 沥青混凝土桥面铺装防水粘结层的研究与应用 陈夏 雨 周浩 ( 中国市 政工程西南设计研究 总院， 四川成都 6 1 0 0 8 1 ) 摘要： 该 文综 合分析沥青混凝土桥面铺装早期破 坏发 生的原因 ， 采用试验设备进行室 内剪切试验 ， 考查桥面铺装结构 防水粘 结 层 的抗剪性能 ， 分析研究 各影响因素对性 能指标 的影响大小 。研究结果 表明， 从 防水粘结材料种类来看 。 采用橡胶沥青砂胶+ 溶剂 性粘结剂 + 环氧树脂组合的防水粘结层抗剪强度较好 ， 可 以在一定程度上增强防水粘结层 的抗剪强度 。 关键词 ： 沥青混凝土 ； 桥面铺装 ； 防水粘结 层； 抗剪性 能 中囤分 类号： T U 5 2 8 4 2 文献标识码： A 文章编号 ： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 1 4 7 0 3 0 引言 1 防水粘 结层 与桥 面铺装 的关系 近些年来 。 随着我 国城市高速公路及高架桥 的 迅速发展 ， 沥青混凝土桥面铺装层不同程度地出现 车辙、 开裂 、 推移 、 坑槽 、 脱离等早期破坏现象致桥面 渗水 ， 进而导致钢筋锈蚀 、 混凝土强度降低、 结构使 用寿命缩短 ， 不仅直接影响车辆 的正常运行和桥梁 外观 ， 且后期维护及加固费用增加。如 ： 苏格兰格拉 斯哥市的京斯顿大桥建成通车后 ， 1 9 9 0年出现破坏 症状 ， 因其交通量大 ， 无法停止交通维修加固 ， 修复 投资大约 1 2 7 5 0万美元 ，比建桥造价( 2 2 5 0万美 元 ) 高出 5倍 。究其原因 ， 主要是对桥面铺装防水层 的材料的选择与组合方式不当 ， 缺乏合理的质量与 性能检测方法。故在 1 9 7 9年美 国联邦总审计 长呈 送 国会的报告中指出 ， 设置优越的防水层 的费用与 效 益 比为 1 ： 2 7 5 。 国内外研究人员通过对桥面工作系的研究 ， 总 结提出桥面铺装的设计原则 ： ( 1 ) 应具备 良好的高温 稳定性 ； ( 2 ) 优 良的抗疲劳性能 ； ( 3 ) 完善的防排水体 系 ； ( 4 ) 良好的层 间粘结 ； ( 5 ) 对桥 面板 变形 的追随 性； ( 6 ) 良好 的平整度及抗滑性能。 为满足以上要求 ， 国 内外 出 现 了多 种 材 料 与 工 艺 如 A WP 一 2 0 0 0 F、 S B S改性沥青+ 碎石 、 B B C 一 2 5 1等 ， 实 际使用效果参 差 不齐 。 本文通过对沥青混凝土桥面铺装早期破坏形式 及原因的分析， 采用实验设备进行室内抗剪试验 ， 分 析 比较橡胶沥青砂胶+ 溶剂型粘结剂+ 环氧树脂组 合 的 防水 粘结 层 的抗 剪 性 能及 其 在 应用 中的优 越 性 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 2 2 4 作者简介 ： 陈夏雨( 1 9 8 6 一 ) ， 女 ， 山西 吕梁人 ， 硕士 ， 研究方 向： 桥 梁工程。 防水粘结层是位于水泥混凝土板与沥青混合料 铺装层的刚柔界面之间的结构 ， 形式见图 1 所示。 作 为桥面铺装的重要组成部分 ，不能直接暴露于外界 使用 。其性能的优劣对桥面铺装层的使用寿命有着 很大的影响。防水粘结层材料应具有较高的强度及 良好抗渗性 、 高温稳定性、 低温抗裂性和抗腐蚀的能 力 ：应与水泥混凝土板和沥青混凝土具有 良好的层 间粘结力 防止桥面铺装出现层间滑移 ； 并具有 良好 的耐久性 ， 保证使用年限期间防水层粘结力 ， 抗剪能 力不会丧失 ， 不会引起早期破坏； 同时， 施工方便、 质 量容易控制 ， 造价适 中。基于此 ， 该研究通过试验对 桥面 防水 粘结 层材 料性 能进行 了分 析 。 2 试 验简介 2 1 试 验模 型简 介 2 1 1 桥 面板 成型尺寸为 1 0 c m 1 0 c mx 5 c m C 4 0钢筋混凝 土试块。对试块进行打毛来模拟水泥 昆 凝土表面状 况 ， 增强表面粗糙度以提高层间抗剪强度 。 2 1 2 防水 粘结层 材 料 通过前期调研了解 将重点研究 目前 国内常用 防水粘结层材料 ：薄层细质沥青混凝 土类 ( S B S ) ， A WP 一 2 0 0 0 F纤维增 强桥 面 防水粘 结涂 料 ( 以下 简 称 A WP 一 2 0 0 0 F涂料纤维) 、 玛蹄脂类 ( 沥青砂胶 ) 。 该项 试验将对这几个有代表性的防水粘结材料进行对 比 性能评价 ， 形成桥面铺装结构的组合见图 1 所示。 2 2 试验步骤 ( 1 ) 将压力机下降到最低位置 ， 固定好三脚架和 钢板位置，使其在设备中心位置，保证试件受力均 匀 ： 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 4 8 桥梁结构 城 市道桥 与防洪 2 0 1 2年6 月第 6 期 图 1 桥 面铺装组合图 ( 2 ) 水平放置切割好 的试件 ， 其上再放两块橡胶 ( 1 0 c mX 1 0 c m) ，再 上 面 按顺 序依 次加 上 钢 板 ( 1 0 c mx1 0 c m) 、 滚柱 、 钢板 、 和尚头 ， 使试件承受 均布荷 载 ， 再 固定好测力环 ( 2 0 k N 3 0 k N) 和施 加 垂 直应 力 的螺旋 杆 ； ( 3 ) 安装施加水平力与读数的装置； ( 4 ) 预压 ； ( 5 ) 开动压力机 ， 待水平测力环开始显示读数时 暂时关机 ； ( 6 ) 施 加垂 直荷 载并读 数 ； ( 7 ) 在沥青混合料两边用磁铁架分别 固定一个 千分表 以观察剪切面破坏后 的位移 ， 破坏位移取两 者平均值 ； ( 8 ) 开机并计时 ， 每隔 3 0 s 读测力环 的读数 ， 直 到测力环指针 回弹， ( 说明此时防水粘结层界面已遭 破坏 ) ， 记下总时问 、 水平方 向和垂直方向测力环读 数 ， 水平 位移 ； ( 9 ) 关机 ， 卸 载 。 3 结果分析 3 1 水 平剪切 速 率对层 间抗 剪强度 的影 响 模拟水平力对路面的作用 ， 结合现有试验条件， 设定 水平 剪 切速 率 5 m m m i n 、 7 mm m i n 、 9 m m mi n 、 1 1 m m m i n 以考查水平剪切 速率对抗剪强度影响 的规律性。在防水粘结材料最佳用量 ， 试验温度为 5 5 c I 二 垂 直荷 载为 O 5 MP a的情 况 下 。 试验 结 果见 表 1 所列 和 图 2所 示 。 由试 验结 果 可知 防水 粘结 层 的抗剪 强度 随着水 平剪切速率的增大而增大 ， 且玛蹄脂类防水粘结层 抗剪强度最高。这条规律可以解释车辆在急刹车或 启动的地方容易发生剪切破坏 ， 就是 因为在 瞬间产 生的较大的水平剪切速率而引起的较大剪应力。 3 2 垂直 正应 力对 层 间抗 剪 强度 的影 响 在试验温度为 5 5 、 水平剪切速率为 5 mm mi n 、 7 m m mi n 、 9 m m mi n的情况下，分别测试为 0 0 5 MP a 、 0 1 5 MP a 、 0 3 MP a 、 0 7 MP a 、 0 9 MP a时 的 抗 剪 强 度 。试 验结 果 如 图 3 图 5所示 。 表 1 不 同水平剪切速 率下的抗剪强度 一览表 室 想 水平剪切速率 m m ra i n 图 2 抗剪强度随水平剪切 速率的变化 曲线 图 剪切试验结果表 明， 随着 的增大 ， 也增大 ， 两 者有较 好 的线性相 关关 系 防水 粘结 层 的抗 剪 强 度也是随着垂直压力 的增加而增加 ， 且在不 同的 水平与垂直剪切速率下玛蹄脂类防水粘结层抗剪强 度最高。 结果说明纵坡大、 平曲线半径小的桥梁以及 超荷载容易引起桥面剪切破坏。 3 3 环境 温度对 层 间抗剪 强度 的影 响 实际使用状况下 ，桥面铺装直接暴露在 自然环 境 中 ， 内部温 度 随气温 而不 断变化 。 防水 粘结 层作 为 整个 桥面铺 装 的一部分 其 受温 度影 响也很 大 ( 见 图 6 ) 。 由试验结果可知 ：防水粘结层的抗剪强度有随 着温度的升高而减低的趋势且玛蹄脂类随温度升 高抗剪强度降低速率较慢 。可以解释，夏季高温时 节 ， 桥面铺装层最容易发生剪切破坏。 4 结 论 试 验 中 比较 了 S B S改 性 沥 青 + 碎 石 、 A WP 一 0 晒 弱 0 O O O 0 0 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2 年 6 月第 6 期 城 市道桥 与 防洪 桥梁结构 1 4 9 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 垂直剪切速率蛆 mn 图3 水平剪切速率为 5 m rmi n时抗剪强度随垂直荷载的变化图 一 一 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 1 垂直剪切速率曲 田 i n 图 4 水平剪切速率为7 m刖lmin时抗剪强度随垂直荷载的变化图 水平剪协速率为 m n i n 鱼 嘲 京 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 l 垂直剪切速率 m m i n 图 5 水平剪切速率为 9 m ，min时抗剪强度随垂直荷载的变化图 l 沥青混凝土 l I -A W P 一 2 0 0 0 F 涂料纤维l j 玛蹄脂类 l 5 2 0 2 5 3 0 3 5 4 0 45 5 0 5 5 6 0 温度 图 6抗剪强度随温度的变化 图 2 0 0 0 F 、 橡胶沥青砂胶+ 溶剂性粘结剂 + 环氧树脂三种 防水粘结层结构的技术性能 ， 并对各试验的影响因素 进行 了具体的试验研究分析 得到以下主要结论 ： ( 1 1 防水粘结层剪切试验影响因素较多 ，该项试 验选取 的影响因素有 防水粘结 层的种类 、垂直正应 力 、 水平剪切速率 、 环境温度等。 f 2 1 水平剪切速率对层 间抗剪强度有一定 的影响 抗剪强度随水平剪切速率 的增大而增大 且玛蹄脂类 防水粘结层抗剪强度最高。 ( 3 )随着 0 - 2 的增大， 7 - 也增大 ， 两者有较好的线性 相 关关 系 防水 粘 结 层 的抗 剪强 度也 是 随着 垂 直压 力 的增加而增加 ， 且在不同的水平与垂直剪切速率下玛 蹄脂类防水粘结层抗剪强度最高 。 ( 4 ) 环境 温度对层 间抗剪强度影响也很大 ，总的 来说随着环境温度的上升 。 抗剪强度都会减小 。且玛 蹄脂类随温度升高抗剪强度降低速率较慢 。 综合考虑 ， 从 防水粘结材料种类来看 采用橡胶 沥青砂胶+ 溶剂性粘结剂 + 环氧树脂组合的防水粘结 层 抗 剪强 度较 好 。 可 以在 一 定程 度 上增 强 防水 粘 结层 的抗剪强度 。 参考文献 1 裴建中 ， 胡 长顺， 等 ， 桥面 防水材料路 用性能 J 交通运输 工程学 报， 2 0 0 1 ， ( 1 2 ) 2 陈辉强 ， 等 溶剂型 防水粘结剂 性能研究及 其在桥 面铺装 中的应用 中外公路 ， 2 0 0 6 ， ( 2 ) ： 1 9 7 - 1 9 9 3 】唐智伦 ， 等 橡胶沥青砂胶 在混凝土桥 面铺装 中的应用研 究 J 公路 交通技术 ， 2 0 0 6， ( 4 ) ： 4 5 4 7 【 4 】 My l o n a k i s ， G ( 2 0 0 1 ) ， Wi n k l e r Mo d u l e s f o r Ax i a l l y L o a d e d P i l e s ， Ge o t e c h n i q u e，v o 1 5 1， No 5， 13 4 5 5 - 4 61， 2 0 01 5 C h e u n g ， Y K ， T h a m， L G G u o ， DJ ， ( 1 9 8 8 ) A n a l y s i s o f P i l e Gr o u p b y I n fin i t e L a y e r Me t h o d Ge o t e c h n i q u e， v o 1 3 8， No 3， p 41 5 - 4 31 【 6 沙庆林 S B S改性沥青粘结放水层及其应用 J 广西交通科技 ， 2 0 0 3 ， ( 6 ) ： 1 5 【 7 李玉龙， 等 沥青砂胶缓冲层在双层 S MA钢桥面铺装体 系中的应用 研究 J 】 公路交通技术 ， 2 0 0 5 ， ( 5 ) ： 7 8 8 2 【 8 李小重 水 泥混凝 土桥 面铺装 防水粘结层 的分析 与设计 J 】 中外公 路 ， 2 0 0 6， ( 1 ) ： 1 5 1 - 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