浅析粘结层材料结构及性能研究

卢成峰

（河南省路桥建设集团有限公司，河南 商丘 476000）

1 粘结层材料稳定性研究

1.1 水稳定性

材料放置24h后，由于室温达3012，沥青立方体变成为薄层状，将瓷片浸入5%Na2C03水溶液巾放置48h，观察沥青层状态和与瓷片结合状态。

通过观察，四种材料在Na2C03溶液中进行48h浸水后.与瓷片接触紧密.沥青未发生鼓包等明显性质改变.说明材料具有一定的抗水损能力。

1.2 热流变性

将室温状态下的沥青涂样放入80℃烘箱中，瓷片与烘箱底部呈60角.每l0min观察涂样状态(见图 1)。

图1 材料60℃热流变性能

通过高温状态下的沥青流变性能比较实验.乳化SBS改性沥青拥有比其他乳化沥青强的高温流变性，SBR改性乳化沥青耐热性最差。

2 粘结层材料防水性能研究

防水粘结层材料的主要作用之一就是防止水分的侵蚀.虽然桥面铺装能阻止大部分的水分渗入到粘结层位置，粘结层材料还是应当具有一定的防水能力。

2.1 碎石代替上铺混凝土

防水层材料防水能力的嵌失很大程度是因为桥面铺装在进行热辗压时集料棱角对防水层的刺穿作用。为了更明显地表现集科棱角对防水层的刺穿作用，在设有防水粘结层的试件上用具有一定级配碎石代替沥青混合料，加热至200℃。按照沥青混合料压力成型试件的办法在压力机上进行压力压实.保持1分钟后取出试件，清除不稳定的集料颗粒。进行防水试验。

碎石集配粗料部分接近ACl6.采用10～20和5～10两种集料组合，集配曲线见(图2)。

图2 碎石级配图

2.2 粘结层材料防水能力

使用上述制得的试件进行渗水检测，将渗水仪水平安装在试件防水面，因加有碎石层，表面缝隙巨大，用矿物黄油密封周围，加装配重使水分不至于流出，进行渗水实验。因为矿物黄油的粘度有限，渗水仪器内水高为20cm。超过20cm水头，水压过大容易冲破黄油密封层，渗水时间统一为2小时。

从表中数据可以看出，四种粘结层材料均有不同程度的防水能力，乳化SBS改性沥青与SBR改性乳化沥青的防水能力最佳，其次为混合沥青，掺加纤维的乳化SBS改性沥青防水能力最差。

表1 不同材料渗水试验

原因分析：改性沥青本身拥有优良的粘性，即使经过乳化工艺，粘结能力降低也仍然拥有比较强的防水能力。掺加纤维的乳化沥青性质发生改变，由于纤维的模量与理清模量之间的差异，涂在试件表面的乳化沥青在进行蒸发时容易发生开裂，导致防水粘结层破损，防水能力降低。

按照规范推荐的方法，在底试件上压力成型5cmOGFC混合料，进行渗水实验，四种材料20cm水头2小时渗水高度均没有变化，四种材料可以满足一定的防水要求。

3 粘结层剪切性能研究

3.1 粘结层结构试验方法

粘结层设置在桥面板和铺装层之间，模拟粘结层的工作状态，采用混凝土试件+粘结层+沥青混凝土铺装的结构，进行不同正应力下的剪切强度实验。

使用表2所示材料，计算喷洒量蒸发后残留沥青的厚度在lmm左右。取制作好的圆形底层试模，清洁干燥施工表面，根据蒸发残留物含量计算其表面乳化沥青用量喷洒于其表面，再均匀撒布3-5mm碎石，放置于室外干燥备用。

表2 材料类型

现今没有一种关于粘结层实验的统一方法，有采用倾斜角度剪切、直接剪切和直接拉拔的方法。抗拉拔能力是一种间接的粘结能力表现方式，主要还是起稳定层间的作用。现今粘结材料的主要测试方法就是粘结试件纵向直接拉伸试验，直接拉伸试验简单明了，可以排除其他方面的干扰，是一种近似理想状态。但是直接拉伸试验只能说明粘结面垂直方向的粘结力大小，测的是其纵向力，不能反应正应力和界面粗超程度对粘结力的影响。而汽车作用力呈平行于桥面板的纵向方向，与试验测的数据没有直接关系。平行剪切实验可以模拟汽车轮胎对桥面铺装的水平作用力。现今使用的剪切仪，上下包面可以使层间力集中于粘结层，排除混合料内的剪切破坏影响，数据直接反应粘结层的抗剪能力。实验采用正应力下的剪切试验测定不同材料在最不利温度下的抗剪切能力，不仅可以反映实际桥面铺装结构受力，还可以预估出不同正应力下的剪切强度。

3.2 粘结层结构材料剪切强度(25℃)

根据规范要求，进行无正应力条件下25℃时的直接剪切强度实验，以测定材料是否满足规范要求。

图3 25℃抗剪强度测定

从表中数据可以看出，粘结层撒布碎石后可以明显增大粘结层抗剪切能力。若采用纯结合料粘结层，四种材料都无法满足规范要求，撒布碎石后，乳化SBS改性沥青和混合沥青剪切强度增大到0.5Mpa，达到规范要求。但是实际工程中应用乳化沥青材料作粘结层的不在少数，并且使用效果还算满意，因此应用25℃材料剪切强度决定乳化沥青类材料应用于粘结层存在一定限制。

3.3 粘结层结构材料剪切强度(50℃)

根据现场测定桥面铺装在粘结层位置的温度可以达到50℃以上，根据力学分析，进行最不利状态下施加正应力的剪切试验。a.实验时的困难：实验时由于竖向荷载比较大，施加于50℃的沥青混合料上，容易使混合料产生变形，造成应力施加的不稳定.况且仅测定一点的剪切强度不足以反应材料的抗剪切能力。b.解决方案：参考应力圆模型，相同温度条件下，正应力的大小与粘结层抗剪切能力存在线性关系.测定不同正向应力下的抗剪切能力.绘出应力曲线，预测出目标正应力下的抗剪切强度。

4 结束语

综上所述，虽然我国目前在粘结层材料方面取得了一定的成就，但对于水泥混凝土桥梁防水等工作还欠缺很多。目前,国内外对大跨径桥梁钢桥面柔性铺装层的数值模拟、材料应用、层问粘结防水等做了大量工作,取得了一定的研究成果,然而对应用较多的水泥混凝土桥梁防水粘结层体系研究较少。

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