桥面铺装防水粘结层界面强度评价方法研究

桥面铺装防水粘结层界面强度评价方法研究

桥梁上的地板有很多类型，化学组成和技术性能也有很大不同。在这项工作中，应全面、适当地选择材料的性能评价指标体系、试验方法和技术标准。防水粘结层材料的性能评价包含以下3个层次:(1)室内试验研究阶段,应包括材料的基本物性指标、强度指标、变形指标、耐久性指标以及施工和易性指标等;(2)现场施工控制阶段,应包括材料的用量、施工的均匀性以及工后的强度检测;(3)铺装完成后的验收评定,主要指组合结构的强度检测。目前从施工过程控制和质监部门过程控制角度,较为常用的防水粘结层材料质量评价方法主要有2种:复合件剪切试验和复合件拉拔试验。但随着技术的发展,现有的防水粘结层评价方法与相关指标已不能满足实际工程的需要,本文针对沥青防水层材料,对防水粘结层进行新强度指标的界定,并对现有的试验方法进行修正,结合相关试验提出防水粘结层界面强度评价新指标。1防水粘结层性能评价目前桥面一般采用喷洒类防水粘结层加碎石撒布的方式进行防水粘结层施工。防水粘结层大都采用高温加热条件施工,采用加碎石撒布的方式,可以很好地缓解防水粘结层施工过程中的粘轮现象,并增强粘结层与铺装层之间的嵌挤作用,增强沥青混合料铺装层抗推移性能,防水粘结层界面粘结层见图1。但是由于碎石的撒布,也会明显减少防水粘结层与沥青铺装层的有效接触面积,对粘结效果有一定的不利影响。因此在进行防水粘结层性能评价时,经常出现材料评价性能与现场使用性能检测差别较大的现象,导致对防水粘结层材料性能不能准确地进行评价。针对存在碎石和不存在碎石的情况分别考虑,提出3种分类强度概念:(1)层间剪切强度:是指应力吸收层(含沥青和碎石)界面所能承担的最大允许剪应力。通常的检测方法是取芯法或复合件的抗剪强度试验。(2)层间拉拔强度:是指应力吸收层(含沥青和碎石)界面所能承担的最大允许拉应力。通常的检测方法是取芯法或复合件的拉拔强度试验。(3)沥青界面粘结强度:是指应力吸收层中的沥青界面所能承担的最大允许拉应力。通常的检测方法是附着力强度试验。2作为拉拔试验的防水混凝土桥面以往的室内评价试验通常采用复合件拉拔强度来评价粘结层粘结强度,此种试验在界面构造上虽与现场状况比较类似,但复合件的相关检测试验无论室内试验还是现场试验,均需采用取芯法进行试件制样。由于取芯试验方法比较复杂,试验周期长,并且取芯法的检测对桥面破坏较大,取芯位置难以修补完善,故需要考虑以层间剪切强度指标为基础,转化为其他测量方式及相应指标。因此提出新型的附着力拉拔试验(见图2),附着力拉拔试验可用于检验防水粘结层与水泥混凝土桥面板以及粘结层与铺装层之间的粘结性能,同时也能反映铺装层的抗拉性能。通过试验可反映材料在不同温度条件下(通常选择常温20℃以及高温40℃),粘结层与水泥混凝土桥面板之间的粘结能力。新型附着力拉拔试验主要具有以下优点:(1)仪器简易,携带方便,试验操作简便;(2)可实时获得检测数据,及时反映桥面防水粘结层的实际状况;(3)可通过室内不同温度的试验结果,对防水粘结层粘度随温度的变化趋势进行拟合,作为现场检测结果温度折算的依据。3界面粘结强度根据目前工程应用情况可知,由现场取芯进行性能验证试验实施难度较大,并且会对桥面造成破坏,因此试验侧重室内评价,通过研究建立桥梁典型结构的评价指标体系。考虑到附着力强度试验方法所检测的沥青界面粘结强度指标试验操作简单,试验结果获得及时,故选择沥青界面粘结强度指标为最终的界面控制指标。试验选择SBS改性沥青和橡胶沥青作为典型防水粘结层,分别选择常温20℃和高温40℃进行室内测试,复合件强度与附着力拉拔试验强度比例汇总见表1。桥面防水粘结层的碎石撒布量与界面抗拉强度有一定的关系,即附着力拉拔试验为全界面沥青强度,而复合件拉拔试验为部分界面拉拔强度。根据力学特征分析可知,斜剪试验结果应为拉拔试验结果的2√2倍。结合室内试验结果可知,复合件拉拔强度与复合件剪切强度比例接近1.2至1.6,排除实际操作过程中试件成型、试验操作误差等不可避免的影响外,基本满足2√2倍的关系。分析复合件拉拔强度与附着力强度的关系,即全沥青界面与部分沥青界面强度比例,结合表1数据可知,强度比例约为0.15～0.18。本试验试件的防水粘结层碎石撒布覆盖率设置为80%,与强度比例之和为100%。因此可推导出如下关系式:沥青界面粘结强度=层间剪切强度2√×(1−碎石撒布覆盖率)=层间剪切强度2×(1-碎石撒布覆盖率)根据江苏省高速公路沥青路面施工技术规范(JTGF40—2004),防水粘结层热喷改性沥青碎石撒布量为60%～70%,因此碎石覆盖率取平均值65%,考虑安全系数后得到如表2所示的沥青界面粘结强度力学指标。根据力学分析的结果,桥面铺装下层比路面下面层的力学环境更为严苛,各项力学指标都接近铺装上层的标准,因此推荐桥面铺装下层沥青混合料的各项路用性能指标与施工控制标准采用铺装上层的路用性能指标,混合料各项性能尽量接近铺装上层的沥青混合料。4强度转换公式本文采用理论分析结合室内试验验证的方式,对目前桥面铺装防水粘结层主要评价方法进行改进,提出新型附着力拉拔试验方法,建立剪切强度和粘结