水泥混凝土桥复合结构环氧沥青粘结层性能研究.pdf

1 3 6 科技研究 城 市道桥 与防洪 2 0 1 3 年 1 月第 1 期 水泥混凝土桥复合结构环氧沥青粘结层性能研究 赵 张飞 ( 南通东南公路工程有限公 司， 江苏南通 2 2 6 0 0 1 ) 摘 要： 桥梁结构与柔性铺装层之间的粘结层 ， 对桥面结构起着至关重要的作用。因此， 有必要对水泥混凝士桥面用环氧沥青粘 结层的性能进行研究。 该文阐述了其剪切试验和拉拔试验。 通过试验， 证明其具有优异的力学性能， 能提高水泥混凝土桥面和沥 青混凝土之间的粘结， 有效地抵抗路面行车的影响， 从而提高整个桥面的铺装质量。 关键词： 水泥混凝土桥复合结构； 环氧沥青粘结层； 剪切试验； 拉拔试验 中图分类号： T U 5 0 2 + 6 文献标识码 ： A 文章编号： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) O l 一 0 1 3 6 0 2 0 前言 公路桥梁和城市立交桥桥面多为水泥混凝土 桥面， 如果铺设的防水层与桥面铺装层及桥面板间 粘结力不足 ， 抗水平剪切能力较弱 ， 则铺装层的整 体性力学性能降低， 在水平方向上易产生相对位移 而发生剪切破坏， 产生推移、 拥包等病害。 通车后车 轮的剧烈冲击和荷载的作用还易使桥面出现松 散 、 剥落等病害， 尤其随着交通量和重型车辆的增 加 ， 汽车重载超载情况下破坏会更为严重。另外在 桥 面铺装施工时 ， 料车 、 压路机等也有可能将防水 层粘走， 如此一来 ， 防水层起不到应有的效果 ， 水 从面层渗入使得其抗水平剪切能力更弱， 粘结性能 更差 ， 形成一种恶性循环状态 。 桥梁结构与柔性铺装层之间的粘结层 ， 对桥面 铺装结构起着至关重要的作用 。这一层应起到承 上启下的过渡作用， 同时还应能防水。如果采用普 通沥青作粘层油， 软化点较低， 粘韧性不足， 高温 条件下 易产生推移 、 拥包 、 波浪和车辙等病害 。因 此 ， 有必要对水泥混凝土桥 面用环氧沥青粘结层性 能进行研究 。 1 水泥混凝土桥复合结构环 氧沥青粘结层 剪切试验 根据桥面铺装的实际使用条件， 车辆在桥面行 驶时对铺装层的粘结层施加了水平剪切力 ，尤其 是重型载重汽车行驶在较大纵坡的下坡路段时， 水平剪切力很大，最不利的情况是在高温环境条 件下的行车作用。 因此， 该项研究进行了 2 0 常温 条件和 3 5 条件下的粘结层剪切强度试验 ，实验 结果如表 1 所列。表 2 是 S B S 改性沥青的对比试 验结果 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 2 1 1 - 0 8 作者简介： 赵张飞( 1 9 7 5 一 ) ， 男， 江苏南通人， 工程师， 总经理 助理 。 从 事道路 、 桥梁维修 工程施 工管理 工作 ， 研 究方 向 ： 环 氧沥青桥 面铺装 。 表 1环氧沥青粘结层剪切试验结果一览表 表 2 S BS改性 沥青粘结层 剪切 试验结 果一览表 在水泥 昆 凝土板上涂洒 1 0 k g m ： 的粘结材料 后， 铺装 S B S改性沥青混合料( 石灰岩集料 ) 成型， 固化后切割成 7 0 m mX 7 0 m m5 0 m m 的试件 。 自然固化是指试件成型后 ， 在 自然温度( 约 2 0 ) 条件下固化 1 0 d 。完全固化是指试件成型后 ， 在 1 2 0 条件下 固化 1 2 h 。 采用 3 5 试验温度 的原 因是 ， 超过 3 5 以后 沥青混合料变软， 剪切试验无法进行。由上述试验 数据可知， 无论是 2 0 还是 3 5 c C 条件下， 剪切破 坏面均在沥青混合料界面，说明环氧沥青的粘结 力大于被粘结对象自身的强度。对比S B S 改性沥 青粘结层的试验数据 ，环氧沥青的粘结强度远比 同条件下的 S B S 改性沥青大。环氧沥青在 自然固 化条件下的粘结力是未完全固化状态的检测数 据 ， 随着时间的延续， 其强度还会进一步增长。 另外还对环氧沥青粘结层的抗剪强度增长规 律进行了研究。利用室内车辙试验所用模具， 成型 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 1 月第 1 期 城 市道桥 与防洪 科技研究 1 3 7 厚度为 3 5 c m， 强度为 C 5 0的水 泥混凝 土板 5块 ， 在混凝 土板上涂刷用量为 0 7 0 L m 2 的环氧沥青粘 结料 ， 在室外 自然条件下分别放置 4 h 、 8 h 、 1 2 h 、 2 4 h 、 4 8 h后， 进行沥青混凝土铺装成型， 冷却至室温后 进行试件切割， 试件尺寸为 5 c m X 5 c m x 7 c m， 然 后进行剪切和拉拔试验。 剪切强度增长如图 l 所示。 0 1 O 2 O 3 0 4 0 5 0 6 0 粘结层洒布后时间 h 图 1环 氧沥青洒 布后 剪切 强度与 养护时 间的关 系曲线 图 由图 1可见 ， 环氧沥青粘结层在洒布 3 0 h 后剪 切强度达到最大值， 这就规定洒布粘结层后的混合 料摊铺最佳时间。 2 水泥混凝土桥 复合结构环氧沥青粘结层 拉拔试验 桥梁上长年累月的动载作用对防水粘结层材 料性能提出了多方面的要求。已有研究进行了三 种情况下的拉拔试验， 即室内模拟现场拉拔试验 、 现场沥青混凝土摊铺前及摊铺后的拉拔试验。通 过室内和现场试验结果的对比， 对防水粘结层与桥 面和沥青混凝土铺装之间的粘结性能进行研究。 按规定 的配合 比，成型 l 2块水泥混凝土试 块 ， 尺寸为 3 0 c m X 3 0 c m X 3 c m 。1 2 块试块分为 三种不同情况， 4 块表面极度不平整，凹凸高差约 在 5 1 0 m m左右， 4 块进行拉毛处理 ， 表面较为平 整， 凹凸高差约为 1 5 m m左右， 4块表面极为平 整光滑 ， 用手触摸 ， 几乎感觉不到有凸凹起伏 。然 后清理试件表面使之符合桥面防水粘结层基面施 工标准 。 按规定 的用量 ，用环氧基层处理剂在 三种不 同基面的试块各涂 2 块 ， 共 6 块水泥混凝土块， 同 理用路桥专用基层处理剂涂刷剩余的 6 块水泥混 凝土块。 将成型好的试件放置于 3 0 0 m m x 3 0 0 m m x 8 0 m m试模内，将配好的 A C 一 2 5 I型沥青混合料 在 l 6 0 1 7 0 oC 时倒人试模，按沥青混合料车辙 试验仪标准方法， 用车辙试验仪碾压成型。 试验前将成型好的试块切割成所需要的尺寸， 抗剪与拉拔试验试件的尺寸均为 5 0 m m x 5 0 m m x 6 0 mm如图 2所示。 粘结层 图 2 试 件尺寸 示意 图 上层 下 层 表面干燥后 ，在水 泥混凝土 与沥青混凝 土表 面上分别涂抹上 A + B胶或环氧树脂，粘贴拉拔探 头在常温下放置 1 2 h 。 选取 5 个温度拉拔试验 ，分别是 0 、 1 5 、 2 5 、 4 0 C、 5 0 ， 每个温度选取 6个试 件。 试验结束后得到不同粗糙基面在不同温度下 的拉拔强度 ， 本 文列 出一般光滑基面的结果 ， 如图 3所示 。 ： 、 0 l 5 温度2 5 4 O 5 O 图 3 一般 光滑基面上 拉拔强 度在不 同温度下 的变化 曲线图 从 图 3可 以得 出 ： ( I ) 在同一条件下 ， 几种拉拔强度都是随着试 验温度的上升而下降， 温度越高强度降低得很快。 ( 2 ) 在相同条件下 ， 环氧沥青粘结层的拉拔强 度比S B S等其他防水材料的拉拔强度要高。 由此 可以得 出，水泥混凝 土环氧沥青防水粘 结层 比其他粘结层材料具有更好的性能，能够满 足较为苛刻的铺装使用要求。 3 结论 水泥混凝土环氧沥青防水粘结层材料具有优 异的力学性能 ，能够提高水泥混凝土桥面和沥青 混合料之间的粘结 ， 有效地抵抗路面行车影响， 提 高整个桥面的铺装质量。能够节约公路桥梁的养 护费用和延长整体使用寿命，具有明显的经济效 益和社会效益。 4 2 l 8 6 4 2 0 l l m 0 0 O 碓 嚆辎 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 3 8 科技研究 城 市道桥与 防洪 2 0 1 3 年 1 月第 1 期 橡胶颗粒沥青混合料桥面铺装破冰效果 室内试验研究 唐 军 ， 王佳蓉 ， 曹高尚 ( 1 天津市市政工程设计研究院， 天津市 3 0 0 0 5 1 ； 2 长安大学 ， 陕西西安 7 1 0 0 6 4 ) 摘 要： 定义了橡胶颗粒沥青混合料室内破冰效果定量评价方法及指标 R c ， 并对不同面层厚度、 橡胶颗粒掺量及冰层厚度条件 下的结冰试件进行了室内破冰试验， 定量分析各因素对破冰效果的影响， 主要结论 ： 面层厚度每增加 1 e m， 破冰率增加 7 ， 橡胶颗 粒掺量每增加 1 ， 破冰率增加 5 ， 冰层破碎效果随面层厚度及橡胶颗粒掺量增加呈线性增长； 室内有效破冰厚度不大于 5 m l n ， 冰层持续增加， 破冰效果急剧下降。 关键词： 高弹桥面铺装； 破冰技术 ； 室内试验 ； 破冰率 中图分类号： U 4 1 6 2 1 7 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 9 7 7 1 6 ( 2 0 1 3 ) 0 1 0 1 3 8 0 3 O 引言 我国大部分道路属于冰雪地区，冬季桥梁温 度通常低于与其相衔接的路面温度 ，从而使得桥 面结冰时机早于路面，当高速车辆从路面行驶至 桥面时容易失控而造成事故 ， 因此对冰雪地区桥面 应进行表面冰层破碎处治，使得桥面结冰时机等 于或迟于路面， 保证行车安全。 对此国内外研究者 曾寻求了各种除冰雪方法，其中采用 自 应力高弹 性桥面铺装层材料使得桥面或路面冰层产生破碎 是一种行之有效的方法。然而由于采用的路面结 构不同及原材料差异 ，不同研究者对于荷载作用 下冰层的破碎效果及影响因素有不同的认知1-4 ， 而且已有的研究对路面 自应力破冰进行了大量计 算， 得到了一些借鉴性方法， 然而对影响行车安全 更为关键的桥面结冰及其铺装层破冰效果评价方 法、 定量评价指标却未见深入， 由此得到的试验结 果不够细致 、 全面 ， 得到的结论具有一定局限性 。 对此首先定义“ 破冰率” 作为冰层破坏程度室 内试验定量评价指标 ，并根据已有配合比设计结 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 8 1 8 基金项目： 内蒙古自 治区交通厅科技项目( N J 一 2 0 0 8 0 9 ) 作者简介： 唐军( 1 9 8 1 一 ) ， 男， 江苏如东人， 工程师， 从事路面 工程研究工作。 果制备橡胶颗粒沥青混合料室内破冰效果试件， 分别对不同铺装层厚度、 橡胶颗粒掺量、 表面冰层 厚度进行定量分析，得到了不同因素对破冰效果 的影响，以此为橡胶颗粒用于桥面铺装层破冰技 术提供借鉴 ， 为实体工程应用效果奠定基础。 1 橡胶颗粒沥青混合料配合比设计 本研究以“ 主骨料空隙体积填充法” 进行配合 比设计 ，首先根据 公路工程集料试 验规程 ( J T J 0 5 8 2 0 0 0 ) 进行粗、 细集料以及矿粉的表观密 度P P 及P ； 进而选定了若干组粗骨料掺配比例 进行紧装密度测定试验，以主骨料紧装空隙率为 设计 目标确定粗集料的装填密度及最佳掺配比 例 ； 根据经验初步确定矿粉、 沥青的用量 ， 确定沥 青混合料的设计 目标空隙率 ；根据体积法公式及 已得到主骨料紧装空隙率求出粗集料用量 口 。 和细 集料用量 q ， ； 根据马氏方法初选五组沥青用量进行 最佳油石比的确定 ，进而对混合料进行水稳定性 以及高低温稳定性试验 ，对配合 比设计结果进行 优化 ，由此得到的配合 比设计结果及 马歇 尔试验 结果分别见图 1 及表 1 。 油石比为 6 5 时的混合料空隙率最接近目标 空隙率， 各项路用性能良好， 最终确定 6 5 为最佳 油石 比。 参 考文献 【 1 徐伟， 李智 ， 张肖宁， 混凝土桥面铺装粘结层体系力学性能试验 研究 J 哈尔滨建筑大学学报， 2 0 0 2 ， ( 4 ) 【 2 张占军 ， 胡长顺 设防水层的混凝土桥桥面铺装结构剪应力计 算与分析 J 西安公路交通大学学报 ， 2 0 0 1 ， ( 2 ) 【 3 J3 J T G F 4 0 2 0 0 4 ， 公路沥青路面施工技术规范【 S 【 4 】 王新钢筋混凝土桥梁防水问题探讨咖 防水材料与施工， 2 0 0 4 ， ( 1 ) 【 5 】 王凤民， 张长山， 等 桥面防水材料选择与应用【 J 辽宁交通科 技 ， 2 0 0 1 ， ( 2 ) 6 】 许涛， 俞宝金， 黄晓明 混凝土桥沥青铺装层病害的机理分析与 对策研究 J 】 华东公路， 2 0 0 3 ， ( 1 2 ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m