橋面鋪裝防水粘結(jié)層界面強度評價方法研究

橋梁上的地板有很多類型，化學組成和技術(shù)性能也有很大不同。在這項工作中，應(yīng)全面、適當?shù)剡x擇材料的性能評價指標體系、試驗方法和技術(shù)標準。防水粘結(jié)層材料的性能評價包含以下3個層次:(1)室內(nèi)試驗研究階段,應(yīng)包括材料的基本物性指標、強度指標、變形指標、耐久性指標以及施工和易性指標等;(2)現(xiàn)場施工控制階段,應(yīng)包括材料的用量、施工的均勻性以及工后的強度檢測;(3)鋪裝完成后的驗收評定,主要指組合結(jié)構(gòu)的強度檢測。目前從施工過程控制和質(zhì)監(jiān)部門過程控制角度,較為常用的防水粘結(jié)層材料質(zhì)量評價方法主要有2種:復(fù)合件剪切試驗和復(fù)合件拉拔試驗。但隨著技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)有的防水粘結(jié)層評價方法與相關(guān)指標已不能滿足實際工程的需要,本文針對瀝青防水層材料,對防水粘結(jié)層進行新強度指標的界定,并對現(xiàn)有的試驗方法進行修正,結(jié)合相關(guān)試驗提出防水粘結(jié)層界面強度評價新指標。1防水粘結(jié)層性能評價目前橋面一般采用噴灑類防水粘結(jié)層加碎石撒布的方式進行防水粘結(jié)層施工。防水粘結(jié)層大都采用高溫加熱條件施工,采用加碎石撒布的方式,可以很好地緩解防水粘結(jié)層施工過程中的粘輪現(xiàn)象,并增強粘結(jié)層與鋪裝層之間的嵌擠作用,增強瀝青混合料鋪裝層抗推移性能,防水粘結(jié)層界面粘結(jié)層見圖1。但是由于碎石的撒布,也會明顯減少防水粘結(jié)層與瀝青鋪裝層的有效接觸面積,對粘結(jié)效果有一定的不利影響。因此在進行防水粘結(jié)層性能評價時,經(jīng)常出現(xiàn)材料評價性能與現(xiàn)場使用性能檢測差別較大的現(xiàn)象,導致對防水粘結(jié)層材料性能不能準確地進行評價。針對存在碎石和不存在碎石的情況分別考慮,提出3種分類強度概念:(1)層間剪切強度:是指應(yīng)力吸收層(含瀝青和碎石)界面所能承擔的最大允許剪應(yīng)力。通常的檢測方法是取芯法或復(fù)合件的抗剪強度試驗。(2)層間拉拔強度:是指應(yīng)力吸收層(含瀝青和碎石)界面所能承擔的最大允許拉應(yīng)力。通常的檢測方法是取芯法或復(fù)合件的拉拔強度試驗。(3)瀝青界面粘結(jié)強度:是指應(yīng)力吸收層中的瀝青界面所能承擔的最大允許拉應(yīng)力。通常的檢測方法是附著力強度試驗。2作為拉拔試驗的防水混凝土橋面以往的室內(nèi)評價試驗通常采用復(fù)合件拉拔強度來評價粘結(jié)層粘結(jié)強度,此種試驗在界面構(gòu)造上雖與現(xiàn)場狀況比較類似,但復(fù)合件的相關(guān)檢測試驗無論室內(nèi)試驗還是現(xiàn)場試驗,均需采用取芯法進行試件制樣。由于取芯試驗方法比較復(fù)雜,試驗周期長,并且取芯法的檢測對橋面破壞較大,取芯位置難以修補完善,故需要考慮以層間剪切強度指標為基礎(chǔ),轉(zhuǎn)化為其他測量方式及相應(yīng)指標。因此提出新型的附著力拉拔試驗(見圖2),附著力拉拔試驗可用于檢驗防水粘結(jié)層與水泥混凝土橋面板以及粘結(jié)層與鋪裝層之間的粘結(jié)性能,同時也能反映鋪裝層的抗拉性能。通過試驗可反映材料在不同溫度條件下(通常選擇常溫20℃以及高溫40℃),粘結(jié)層與水泥混凝土橋面板之間的粘結(jié)能力。新型附著力拉拔試驗主要具有以下優(yōu)點:(1)儀器簡易,攜帶方便,試驗操作簡便;(2)可實時獲得檢測數(shù)據(jù),及時反映橋面防水粘結(jié)層的實際狀況;(3)可通過室內(nèi)不同溫度的試驗結(jié)果,對防水粘結(jié)層粘度隨溫度的變化趨勢進行擬合,作為現(xiàn)場檢測結(jié)果溫度折算的依據(jù)。3界面粘結(jié)強度根據(jù)目前工程應(yīng)用情況可知,由現(xiàn)場取芯進行性能驗證試驗實施難度較大,并且會對橋面造成破壞,因此試驗側(cè)重室內(nèi)評價,通過研究建立橋梁典型結(jié)構(gòu)的評價指標體系。考慮到附著力強度試驗方法所檢測的瀝青界面粘結(jié)強度指標試驗操作簡單,試驗結(jié)果獲得及時,故選擇瀝青界面粘結(jié)強度指標為最終的界面控制指標。試驗選擇SBS改性瀝青和橡膠瀝青作為典型防水粘結(jié)層,分別選擇常溫20℃和高溫40℃進行室內(nèi)測試,復(fù)合件強度與附著力拉拔試驗強度比例匯總見表1。橋面防水粘結(jié)層的碎石撒布量與界面抗拉強度有一定的關(guān)系,即附著力拉拔試驗為全界面瀝青強度,而復(fù)合件拉拔試驗為部分界面拉拔強度。根據(jù)力學特征分析可知,斜剪試驗結(jié)果應(yīng)為拉拔試驗結(jié)果的2√2倍。結(jié)合室內(nèi)試驗結(jié)果可知,復(fù)合件拉拔強度與復(fù)合件剪切強度比例接近1.2至1.6,排除實際操作過程中試件成型、試驗操作誤差等不可避免的影響外,基本滿足2√2倍的關(guān)系。分析復(fù)合件拉拔強度與附著力強度的關(guān)系,即全瀝青界面與部分瀝青界面強度比例,結(jié)合表1數(shù)據(jù)可知,強度比例約為0.15～0.18。本試驗試件的防水粘結(jié)層碎石撒布覆蓋率設(shè)置為80%,與強度比例之和為100%。因此可推導出如下關(guān)系式:瀝青界面粘結(jié)強度=層間剪切強度2√×(1?碎石撒布覆蓋率)=層間剪切強度2×(1-碎石撒布覆蓋率)根據(jù)江蘇省高速公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTGF40—2004),防水粘結(jié)層熱噴改性瀝青碎石撒布量為60%～70%,因此碎石覆蓋率取平均值65%,考慮安全系數(shù)后得到如表2所示的瀝青界面粘結(jié)強度力學指標。根據(jù)力學分析的結(jié)果,橋面鋪裝下層比路面下面層的力學環(huán)境更為嚴苛,各項力學指標都接近鋪裝上層的標準,因此推薦橋面鋪裝下層瀝青混合料的各項路用性能指標與施工控制標準采用鋪裝上層的路用性能指標,混合料各項性能盡量接近鋪裝上層的瀝青混合料。4強度轉(zhuǎn)換公式本文采用理論分析結(jié)合室內(nèi)試驗驗證的方式,對目前橋面鋪裝防水粘結(jié)層主要評價方法進行改進,提出新型附著力拉拔試驗方法,建立剪切強度和粘結(jié)