橋面鋪裝防水粘結層界面強度評價方法研究

橋面鋪裝防水粘結層界面強度評價方法研究

橋梁上的地板有很多類型，化學組成和技術性能也有很大不同。在這項工作中，應全面、適當?shù)剡x擇材料的性能評價指標體系、試驗方法和技術標準。防水粘結層材料的性能評價包含以下3個層次:(1)室內試驗研究階段,應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,主要指組合結構的強度檢測。目前從施工過程控制和質監(jiān)部門過程控制角度,較為常用的防水粘結層材料質量評價方法主要有2種:復合件剪切試驗和復合件拉拔試驗。但隨著技術的發(fā)展,現(xiàn)有的防水粘結層評價方法與相關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,結合相關試驗提出防水粘結層界面強度評價新指標。1防水粘結層性能評價目前橋面一般采用噴灑類防水粘結層加碎石撒布的方式進行防水粘結層施工。防水粘結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層施工過程中的粘輪現(xiàn)象,并增強粘結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,防水粘結層界面粘結層見圖1。但是由于碎石的撒布,也會明顯減少防水粘結層與瀝青鋪裝層的有效接觸面積,對粘結效果有一定的不利影響。因此在進行防水粘結層性能評價時,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:是指應力吸收層(含瀝青和碎石)界面所能承擔的最大允許剪應力。通常的檢測方法是取芯法或復合件的抗剪強度試驗。(2)層間拉拔強度:是指應力吸收層(含瀝青和碎石)界面所能承擔的最大允許拉應力。通常的檢測方法是取芯法或復合件的拉拔強度試驗。(3)瀝青界面粘結強度:是指應力吸收層中的瀝青界面所能承擔的最大允許拉應力。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評價試驗通常采用復合件拉拔強度來評價粘結層粘結強度,此種試驗在界面構造上雖與現(xiàn)場狀況比較類似,但復合件的相關檢測試驗無論室內試驗還是現(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,轉化為其他測量方式及相應指標。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層與水泥混凝土橋面板以及粘結層與鋪裝層之間的粘結性能,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℃),粘結層與水泥混凝土橋面板之間的粘結能力。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層的實際狀況;(3)可通過室內不同溫度的試驗結果,對防水粘結層粘度隨溫度的變化趨勢進行擬合,作為現(xiàn)場檢測結果溫度折算的依據(jù)。3界面粘結強度根據(jù)目前工程應用情況可知,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,因此試驗側重室內評價,通過研究建立橋梁典型結構的評價指標體系?？紤]到附著力強度試驗方法所檢測的瀝青界面粘結強度指標試驗操作簡單,試驗結果獲得及時,故選擇瀝青界面粘結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層,分別選擇常溫20℃和高溫40℃進行室內測試,復合件強度與附著力拉拔試驗強度比例匯總見表1。橋面防水粘結層的碎石撒布量與界面抗拉強度有一定的關系,即附著力拉拔試驗為全界面瀝青強度,而復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,斜剪試驗結果應為拉拔試驗結果的2√2倍。結合室內試驗結果可知,復合件拉拔強度與復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倍的關系。分析復合件拉拔強度與附著力強度的關系,即全瀝青界面與部分瀝青界面強度比例,結合表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層碎石撒布覆蓋率設置為80%,與強度比例之和為100%。因此可推導出如下關系式:瀝青界面粘結強度=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規(guī)范(JTGF40—2004),防水粘結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強度力學指標。根據(jù)力學分析的結果,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強度轉換公式本文采用理論分析結合室內試驗驗證的方式,對目前橋面鋪裝防水粘結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