桥面铺装混凝土调平层与沥青面层接触状态研究.pdf

第 1 9卷第 2 期 2 0 1 6年 4月 建筑材料学报 J 0URNAL OF B UI LDI NG MATERI ALS Vo1 1 9， No 2 Ap r ， 2 01 6 文章 编号 ： 1 0 0 7 9 6 2 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 2 6 2 0 5 桥面铺装 混凝 土调 平层 与沥青面层接触状态研 究 万晨光 ， ( 1 长安大学 公路学院，陕西 西安 申爱 琴 ， 郭 寅川 ， 肖 葳 7 1 0 0 6 4 ；2 嘉兴市交通工程质量安全监督站 ，浙江 嘉兴 3 1 4 0 0 1 ) 摘 要 ：针 对桥 面铺 装混 凝土调 平层 和 沥青 面层 之 间接 触状 态评 价 指标 缺 失 的 问题 ， 提 出 了层 间接 触系数 的概念， 运用理论推导的方法得 出部分连续式双层梁层间接触 系数的计算公式 ， 并设计部 分连 续式 双层 梁弯 曲试验 ， 分 别在 混凝 土调 平层表 面进 行拉 毛 、 刻 槽 和 凿毛 处 理 ， 然后在 不 同黏 结 层改性沥青洒布量的条件下进行层间接 触 系数的测算 结果表明： 凿毛处理后 的层 间接 触状 态最 好 ， 此时层 间接触 系数最大值为 0 4 8 3 ， 黏结层改性 沥青最佳洒布量为 1 6 2 0 k g m ； 拉毛和刻 槽处理后 ， 层 间接触 系数 最大值分 别 为 0 4 2 8和 0 4 1 2 ， 黏 结层 改性 沥青 最佳 洒布 量为 1 2 1 6 k g m 关键词 ： 桥面铺装；混凝土调平层 ；沥青面层 ； 部分连续式双层梁；层间接触 系数 中图分类 号 ： U4 4 3 3 3 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 6 0 2 0 0 9 I nt e r l a y e r Co n t a c t S t a t e b e t we e n Co n c r e t e Le v e l i ng Co u r s e a n d As ph a l t S u r f a c e o n Br i d g e De c k Pa v e me n t W AN Che ngu an g ，SH EN Ai qi n ，GUO Yi n c hu an ，X I AO W e i ( 1 S c h o o l o f Hi g h wa y，Ch a n g a n Un i v e r s i t y，Xi a n 7 1 0 0 6 4 ，C h i n a ； 2 J i a x i n g M u n i c i p a l Co mmu n i c a t i o n En g i n e e r i n g Qu a l i t y a n d S a f e t y S u p e r v i s i o n S t a t i o n，J i a x i n g 3 1 4 0 0 1，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：F o r wa n t o f e v a l u a t i o n i n d e x o f i n t e r l a y e r c o n t a c t s t a t e b e t we e n c o n c r e t e l e v e l i n g c o u r s e a n d a s p h a l t s u r f a c e ，a n e w c o e f f i c i e n t o f i n t e r l a y e r c o n t a c t f a c t o r 8 wa s a d o p t e d Th e c a l c u l a t i o n f o r mu l a o f 8 wa s o b t a i n e d t hr o ug h t he o r e t i c a l d e r i v a t i o n The be nd i ng t e s t o f s e m i c on t a c t e d b i l a y e r be a m wa s d e s i gn e d The n，t h e i nt e r l a y e r c o nt a c t f a c t o r s we r e m e a s ur e d a f t e r d i f f e r e nt s ur f a c e t r e a t m e nt s o f c o n c r e t e l e v e l i ng c o u r s e ，s u c h a s p i c k i n g，n o t c h g r o o v e a n d a r t i f i c i a l c h i s e l i n g t r e a t me n t s ， wi t h d i f f e r e n t s p r a y i n g d o s a g e s o f mo d i f i e d a s p h a l t Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e i n t e r l a y e r c o n t a c t s t a t e a f t e r a r t i f i c i a l c h i s e l i n g t r e a t me n t i s t h e be s t ，t he ma xi m um va l u e o f i nt e r l a ye r c o n t a c t f a c t or i s 0 4 8 3，a n d t he o pt i m u m s p r a y i ng d o s a ge o f mod i f i e d a s p h a l t i s b e t we e n 1 6 k g m。a n d 2 0 k g m ；wh i l e t h e ma x i mu m v a l u e s a r e 0 4 2 8 a n d 0 4 1 2 ，a n d t h e o p t i mu m s p r a y i n g d o s a g e o f mo d i f i e d a s p h a l t i s b e t we e n 1 2 k g m a n d 1 6 k g m a f t e r p i c k i n g a n d n o t c h gr oove t re at m ent s Ke y wo r d s：br i d ge d e c k pa ve m e nt ；c o n c r e t e l e v e l i ng c o ur s e；a s p ha l t s ur f a c e；s e mi c o nt a c t e d bi l a ye r b e a m ； i n t e r l a y e r c o nt a c t f a c t o r 混凝 土桥 桥 面铺 装 典 型 结 构 由混 凝 土 调 平 层 、 防水 黏 结层 和沥 青面层 组 成 近年来 ， 很 多 新建 桥 梁的桥面铺装过早 出现 了一些病害， 其中以沥青面 层推移 、 拥包表现最为严重 ， 究其原因， 在于车辆超 载以及混凝 土调平层与沥青 面层 之 间接触状 态不 佳 国 内在 进行 桥 面 铺 装 结 构设 计 时 ， 通 常 是 在 假 设 各结构 层 间 完全 连 续 的 基 础上 进 行 的 ， 这 与 真 实层 间接触 状 态 的差 别 很 大 ， 往 往 导致 计算 得 到 的 收稿 日期 ： 2 0 1 4 1 1 - 2 4 ；修订 日期 ： 2 0 1 5 - 0 1 2 7 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 7 8 0 5 9 ) ； 中央高校基本科研业 务费专项资金资助项 目( 3 1 0 8 2 1 1 6 5 0 0 4 ) 第一作者 ： 万晨光( 1 9 8 8 一) ， 男 ， 河南开封人 ， 长安大学博士生 E - ma i l ： 6 1 0 5 1 0 6 8 6 q q C O 1T I 第 2期 万晨 光 ， 等 ： 桥面铺装混凝土调平 层与沥青面层接触状态研究 桥面铺装应力应变值偏小 ， 进而对桥面铺装受力 造成不利影响 ， 加速早期病害的产生 目前 ， 各国对于路面结构层间接触状态的研究相 对较多 7 ， 而对于桥 面铺装混凝土调平层与沥青面 层的层间接触状态鲜有研究 为此 ， 本文采用理论推 导和试验验证相结合的方法， 提出了新的桥面铺装层 间接触状态评价指标 ： 层间接触系数， 为桥面铺装设 计理论的完善提供了一个新的思路， 同时也为层间黏 结材料和层间处理技术的选择提供了评价依据 1层间接 触 系数理论研 究 1 1 部分 连续 式双 层梁 力学 模型 对于水泥混凝土路面， 常采用加铺新层 的方法 来进行维修 ， 此时新、 旧面层 的 2个中性面的位置对 路面的受力状况影 响很大 9 本文借鉴加铺新层 的 水泥混凝土路面的分析方法 ， 采用双层梁来模拟桥 面铺装混凝土调平层和沥青面层 ， 通过 中性轴的位 置来 反 映层 间接 触 状 态 ( 见 图 1 ) 分 离式 双 层 梁 和 完全连续式双层梁中性轴位置的确定较为容易E l o ， 然而部分连续式双层梁 中性轴位置的确定则较为困 难 由材料力学知识_ 】 可知 ， 层 间接触状态越好 ， 部 分 连续 式双层 梁 的 2个 中性 面就 越 接 近 ， 当层 间接 触状态为完全连 续时 ， 这 2个 中性 面就会重 合 为 此 ， 本文建立 了部分连续式双层 梁力学模型 ( 见 图 2 ) ， 其中 轴位于连续式双层梁中性轴上 ， 轴位于 双层梁跨 中轴上 一 ， 、一P ： ( a ) B o n d e d b i l a y e r b e a m ( b ) Un b o u n d e d b i l a y e r b e a m ( c ) S e m i - c o n t a c t e d b i l a y e r b e a m 图 1 不 同接触状 态下中性轴的位置 Fi g 1 P o s i t i o n o f n e u t r a l a x i s u n d e r d i f f e r e n t c o n t a c t c o n d i t i o n s 图 2 部分连续式双层梁力学模型 Fi g 2 Me c h a n i c a l mo d e l o f s e mi - c o n t a c t e d b i l a y e r b e a m 图 2中： P为荷载； L为双层梁跨距 ； h 。 为完全连 续式双层梁中性轴距上截面的距离； h ， h 和 E 】 ， E 2 分别为上 、 下层梁的厚度和弹性模量； o r 为部分连续式 双层梁相对于完全连续式双层梁中性轴的偏离系数 部分连续式双层梁上 、 下层中性轴距完全连续式双层 ， 7 、 ， ， 、 梁中 性 轴的 距 离 分 别为( h 。 一 ) a ， ( h + - - h 。 ) 厶 ， 取 一1 一a为层间接触系数 ， 由上述模型可知， 能很 好 地 反 映双 层 梁 层 间接 触 状 态 当 一 1时 ， 上 、 下层梁的中性轴重合 ， 说明双层梁层 间为完全连 续接触状态； 当 口 一0时 ， 层 间接触状态退化为完全 分离 ； 当 o 3 1时， 层间为部分连续式接触状态 1 2 层 间接 触 系数 的理论 推导 设( ED。 为部分连续式双层梁的抗弯刚度 ， 则 ： ( E f ) 一E 1 ， 1 + E 2 J 2 一E 1 6 I 。 d + E 2 6 f 。 d y1 J ( 1 ) 式 中 ： ， ， I 分 别 为 上 、 下 层 梁 相对 于 各 自中性 轴 的 惯性矩； A ， A 分别为上、 下 层梁的截 面面积 ； b为 双层梁跨中截面 的宽度 ； Y ， Y ， Y ， 分别 为积 分 限 ， 其 中 一一 + ( ) 一一 + ( 矗 。 一 ) ， 一 hi 一 ( 矗 。 一 ) ( 一 a ) ： h2i 一 ( 。 一 ) ， 。一一 一 ( + 一 。 ) c 一 a ， 一一 一 ( + 一 。 ) 卢 ， = = = + ( + 一 。 ( 1 - ) = = ： + ( + 一 。 3 对 式 ( 1 ) 积分 ， 可得 ： c 一 + 2 6 6 建筑材料学报 第 1 9 卷 表 2部分 连续式双层梁试件 的抗弯刚度及层 间接触系数 Ta b l e 2 Fl e x u r a l r i g i d i t y a nd i nt e r l a y e r c o n t a c t f a c t o r o f s e mi - c o nt a c t e d b i l a y e r b e a m 很 好 啮合 ， 而仅 仅 依 靠 增 加接 触 面积 来 改 善 黏结 效 果 ， 对层间接触状态的改善作用有限 沥青洒布量为 1 2 k g m。时， 凿毛处理后的层 间接触系数最小 ， 这是 由于凿毛处理后混凝土 比表 面积大、 沥青膜太薄而不能爬升到碎石 的足够高度 ， 造成 沥青 与碎 石 黏结强 度不 足进 而影 响层 间接 触状 态 ； 当沥 青洒 布量 为 2 0 k g m 时 ， 凿毛处 理后 的层 间接触系数 比拉毛和刻槽处理后分别 提高 了 5 7 和 8 8 ， 这 主要 是 由于拉 毛 和 刻槽 后 混 凝 土表 面 构 造深度小 ， 沥青膜厚度大， 层间界面存在过多 自由沥 青而形成富油层 ， 从 而对层 间接触状态带来 了不利 影 响 3 结论 ( 1 ) 通过理论推导和室内试验相结合 ， 将层间接 触系数作为桥面铺装层间接触状态的评价指标 ( 2 ) 凿 毛处理 后 的层 间接触 状态 最好 ， 层 间接 触 系数最大值 为 0 4 8 3 ； 拉毛和刻槽处理后层 间接触 系数最 大值 分别 为 0 4 2 8和 0 4 1 2 ( 3 ) 凿 毛处理 后 黏结 层 改 性 沥 青 最 佳 洒 布 量 为 1 6 2 0 k g m ， 而 拉 毛和 刻槽 处 理 后 改性 沥青 最 佳 洒 布量 为 1 2 1 6 k g m 参考 文献 ： 1 臧继成 ， 潘正华 ， 罗君 ， 等 面铺装层受力的影响 l- j 2 0 1 3， 3 2 ( 6 )： i 1 3 7 一 I 1 4 0 超载及调平层厚 度对连续 刚构桥 桥 重 庆交 通大学 学报 ( 自然科学版 ) ， ZANG J i e h e n g， PAN Zh e ng h u a， LUO J u n， e t a 1 Ef f e c t o f o v e r l o a ding a n d t h e l e v e l i n g l a ye r t h i c k ne s s o n d e c k p a v e me n t s t r e s s o f c o n t i n u o u s r i g i d f r a me b r i d g e J J o u r n a l o f Ch o ng q i n g J i a o t o n g Un i v e r s i t y(Na t u r a l Sc i e n c e) ，2 0 1 3，3 2 ( 6 )： 1 1 37 - 1 1 4 0 ( i n Ch i n e s e ) 2 刘 黎萍 ， 彭一川 ， 邵静 混凝 土桥面铺装 黏结防水 层材料关键 性 能研究E J 建筑 材料学报 ， 2 0 1 0 ， 1 3 ( 1 ) ： 4 8 5 1 LI U Li p i n g， PENG Yi c h u a n， S HAO J i n g S t u d y on e s s e n t i a l p e r f o r ma n c e o f wa t e r p r o o f ma t e r i a l o n c o n c r e t e br i d g e de c k E J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 0 ， 1 3( 1 ) ： 4 8 5 1 ( i n Ch i n e s e ) 3 关永胜 ， 韩超 ， 李 明俊 ， 等 水泥混凝土桥面改性环氧树脂 防水 黏结层性能E J 建筑材料学报 ， 2 0 1 3 ， 1 6 ( 5 ) ： 8 9 4 8 9 7 GUAN Yo n g s h e n g ， HAN C h a o ， L I Mi r l g j u n ， e t a 1 P e r f o r m a n c e o f mo d i f i e d e p ox y r e s i n wa t e r p r o o f a d h e s i v e l a y e r o n c a me n t c o n c r e t e b r i d g e s u r f a c e J J o u r n a l o f B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 O 1 3， 1 6 ( 5 )： 8 9 4 89 7 ( i n Ch i ne s e ) 4 黄晓明 水泥混凝土桥 面沥青铺装 层技术研究 现状综 述 J 交通运输工程学报， 2 0 1 4 ， 1 4 ( 1 ) ： 1 - 1 0 HUANG Xi a o mi n g Re s e a r c h s t a t u s s u m ma r y o f a s p ha l t p a v e me n t t e c h n o l o g y o n c e me n t c o n c r e t e b r i d g e d e c k J _ J o u r n a l o f Tr a f f i c a n d Tr a n s p o r t a t i o n En g i n e e r i n g， 2 01 4，1 4 ( 1 ) ： 1 - 1 0 ( i n Ch i n e s e ) 5 平树江 ， 申爱琴 ， 李鹏 长寿命 路面沥青 混合料疲 劳极 限研 究 J 中国公路学报， 2 0 0 9 ， 2 2 ( 1 ) ： 3 4 3 8 P I NG S h u j i a n g ， S HE N Ai q i n ， L I P e n g S t u d y o f f a t i g u e l i mi t o f a s p h a l t mi x t u r e f o r p e r p e t u a l p a v e me n t E J C h i n a J o u r n a l o f Hi g hwa y a n d Tr a ns p o r t ， 2 0 09， 2 2( 1 )： 3 4 3 8 ( i n Ch i n e s e ) 6 史 泽恒 陕蒙长寿命路面结构及试 验段检测与分析研 究F D3 西安 ： 长安 大学 ， 2 0 0 8 S H I Ze h e n g An a l y s i s a n d s t u d y o n l o n g l i f e a s p h a l t p a v e me n t s t r u c t u r e a n d d e t e c t i n g t h e t e s t r o a d E D Xi a n ： C h a n g a n U n i v e r s i t y， 2 0 08 ( in Chine s e ) 7 李志宏 ， 黄宝 涛 沥青路 面层 间接触面 积临界 值的计 算方 法 J 建筑材料学报 ， 2 0 0 8 ， 1 1 ( 3 ) ： 3 1 卜3 1 7 LI Zh i h o n g， H UANG B a o t a o Ca l c u l a t i o n me t h o d f o r c r i t i c a l v a l u e o f i n t e r l a y e r c o n t a c t a r e a o f a s p h a l t p a v e me n t J J o u r n a l o f Bu i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 0 8， 1 1 ( 3 )： 3 1 1 - 31 7 ( i n Ch i n e s e ) 8 冯德成 ， 宋宇 沥青路 面层 间结合状 态试验 与评价 方法 研究 E J 3 哈尔滨工业大学学报 ， 2 0 0 7 ， 3 9 ( 4 ) ： 6 2 7 6 3 1 FENG De c h e ng，S ONG Yu S t u d y o f t e s t a n d e v a l u a t i o n me t h o d o n i n t e r f a c i a l c o mb i n i n g s t a t e o f a s p ha l t p a v e m e n t J J o u r n a l o f Ha r b i n I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ， 2 0 0 7 ， 3 9 ( 4 ) ： 6 2 7 6 3 1 ( i n Ch i n e s e ) 9 Z HE NG C h u a n c h a o ， S UN Ho n g y a n ， WAN G Z h i g a n g B e n d i n g s t r e s s d i s t r i b u t i o n i n b i l a y e r c e me nt c o n c r e t e p a v e m e n t s J J o u r n a l o f t h e E a s t e r n As i a S o c i e t y f o r Tr a n s p o r t a t i o n St ud i e s ， 2 O1 3， 1 0： 1 5 1 6 - 1 5 2 2 1 O 蔚旭灿 ， 郑传超 温克勒地基 上结合式双层板 中性面分析 J 工程力学 ， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 9 ) ： 6 5 - 7 1 W EI XH e a d ZH ENG Ch u a ne h a o Ne u t r a l p l a n e a n a l y s i s o f b o n d e d t wo l a y e r e d s l a b o n Wi n k l e r f o u n d a t i o n J E n g i n e e r i n g M e c ha n i c s ， 2 0 0 7， 2 4 ( 9 )： 6 5 7 1 ( i n Ch i ne s e ) 1 1 TI MOs HE NK0 S ， GE RE J Me c h a n i c s o f ma t e r i a l s M C a l i f o r n i a： Va n No s t r a n d Re i n h o l d Co mp a n y， 1 9 7 2： 1 6 9 1 7 2