道路新旧路面基层拼接界面剂研究

邱琴忠

（甘肃建筑职业技术学院,甘肃 兰州 730050）

1 新旧路面拼接张力研究

道路路面扩建后，新旧路面之间沉降程度的差异，会导致路面结构破坏。新旧路面拼接时，应注意如下两个方面。

1.1 拼接材料

根据道路的材料组成，试验材料由水泥、沥青、界面剂及水稳层试件组成。

（1）水泥选择无块状的硅酸盐水泥；

（2）沥青为经过高温融化的乳化沥青；

（3）界面剂选取混凝土界面剂，该处理剂由两种水性高分子氧化乳液组成，其粘结性能较强，主要用于公路路面的表层处理；

（4）水稳层试件通过振动形成模型，再经过一周时间的强度养护。

1.2 试件选取与分析

以水稳层试件为研究对象，将试件从中间切割成两部分，分析界面剂、乳化沥青及水泥之间的关系。在界面剂组成成份一定的条件下，通过改变水泥用量分析试件的拉力，其中对试件进行五种处理方式，材料及用量如下：

（1）界面剂：水泥 =1∶4；

（2）界面剂：水泥 =1∶6；

（3）界面剂：水泥 =1∶8；

（4）乳化沥青：水泥 =2∶1；

（5）净浆：水灰 =3∶5。

在室内做拉力试验时，试验环境为室温25℃，养生时间为4 d，在试件表面涂有约3 mm的JX-302混凝土表面处理剂，待处理剂凝固后使用高性能粘结胶将用于张拉力试验的拔拉扣粘在试件表面，如图1所示。

图1 张力试验的半体试件之实景

每个半体试件上粘有5个半径为10 mm的拔拉扣，将试件置于室温为25℃的环境下，继续养生1 d的时间，当粘结胶凝固后进行张力试验。试验后试件的张力强度及变化率见表1所列。

表1 不同处理方式下试件张力强度一览表

根据实验数据分析，采用界面剂与水泥比值为1:6时，试件的拉力强度为2.41 MPa达到最大，五种处理方式中采用水泥净浆的张力强度最小。界面剂与水泥比值为1:8时，试件拉力强度变化率达到63.45%，这主要与界面剂本身的拌制有关。当水泥用量相对于界面剂的成份较多时，对水份的需求量较大，水份不仅要用于界面剂本身的混合溶解拌制，还需要用于水泥的溶解于水化，从而达到最终所需强度。由于JX-302混凝土表面处理剂的水份含量有限，当水泥含量较多时，界面剂中的水份已经不能满足水泥的水化需求，所以拌制成的界面剂中的水泥浆搅拌不均匀存在结块现象。变化率较大的另一个影响因素是拔拉扣在试件半体表面分布的位置不均匀。

采用混凝土界面剂相对于水泥净浆及乳化沥青处理试件水稳层表面时的拉力强度较高，在混凝土界面剂用量一定的条件下，不同水泥用量也会对试件的拉力强度产生影响，经过实验数据得出界面剂与水泥用量的比值为1:6时，试件的拉力强度达到最大。

2 新旧路面拼接紧密性研究

选取界面剂与水泥比为1:6的方案，作为混凝土界面剂的最佳用量来分析拉伸强度与温度变化对路面拼接紧密性的影响。

2.1 研究方案

在该项试验中，采用特制50 cm×50 cm×20 cm的模具和空气压缩机改制的振动器在室内对水稳板进行振动试验。在模具中成型的模板分两层进行振动成型，第一层厚度约为8 cm,第二层厚度约为4 cm，将其置于试验环境温度为25℃中，并将其养生两周。在中间空区拌制新水泥石料与旧水稳板进行振动成型，连接处采用界面剂与水泥的比值为1:6，以及乳化沥青与水泥的比值为2:1两种界面处理剂进行处理。界面剂的用量及厚度如表2所列。

表2 界面剂的用量及厚度一览表

2.2 试验方法

在复合板稳固成型后，在试验环境温度为25℃中继续养生一个月，达到规定强度后进行钻芯取样。芯样的直径为12 cm，取样时以模板底面的中心取芯，然后在中心，成左右上下对称，分别取芯。由于实验材料、试验方法及养生龄期的不同，使得试验结果存在差异性，为了更有效地反应试件拼接的紧密性，在每个接缝处再加取一个芯样，进行拉伸试验。

2.3 拉伸试验

2.3.1 试件拉伸强度

根据JTG E51-2009中拉伸试验的方法，采用多功能强度试验仪检测路面材料强度，测试所用的压条的宽度为1.86 cm,弧面半径为75 cm，试验环境温度为20℃，平行于试件接缝，对试件施加压力，加载速度为500 N/s。

根据表2中界面剂的用量及厚度，分为四种方案，每种方案下有三个试件，通过拉伸试验，计算每种方案下的拉伸强度、强度均值、变化率，实验结果见表3所列。

表3 不同方案下试件拉伸强度一览表

分析表3数据可以看出，d方案下拉伸强度值为0.85 MPa,达到最高，c方案下试件的拉伸强度变化率最小。

2.3.2 温度影响

由于路面表面存在空隙会导致路面在使用过程中出现开裂、水损害等现象，影响公路的使用寿命，因此应考虑温度对水稳界面拉伸强度的影响。试验过程为：

（1）将芯样放置在试验环境温度为25℃恒温水槽中养生2 h；

（2）将试件浸入水中抽真空，置于0.08 MPa压力下15 min；

（3）放置于温度为-18℃的模具中养生15 h；

（4）将试件置于温度为60℃的水槽中24 h；

（5）置于温度为25℃的水槽中2 h。

经过上述试验过程，检测试件的拉伸强度，通过将芯样在不同环境温度下养生后，计算试件的拉伸强度、均值，以及冻融拉伸强化率，见表4所列。

表4 温度对试件拉伸强度影响一览表

从表4可以看出方案d的冻融拉伸强化率最大为88.09%，同时其拉伸强度与冻融拉伸强度相对于其他三种方案强度值较高。

3 新旧路面拼接方案

通过对路面拼接张力的研究与试件的拉伸试验，主要从试件的外观、拉伸强度、经过拉伸试验后试件的完整状态选择合理方案。

3.1 试件的外观

观察试件的表面，四种方案的试件均有孔洞，试件外壁光滑，接缝处粘结良好，无空隙和气泡现象。方案a的界面处理剂使用乳化沥青，在经过不同温度环境养生后，接缝粘结表面有颗粒状沥青渗出，可能会影响新旧路面的粘结密合性。

3.2 试件拉伸强度

通过比较正常温度下试件的拉伸强度和经过冻融试验条件下试件拉伸强度的损失值，方案d的拉伸强度值最高，冻融拉伸强化率最大为88.09%，是效果较好处理方案。分析拉伸试验的变化率，方案d的变化率为8.10%，方案b的变化率达11.73%。对比四种方案，方案c的拉伸强度虽然相对于方案d较低，为方案d的74%，然而方案c的变化率为4.82%，更能保证路面拼接的紧密性、提高施工质量。

3.3 试件的完整状态

比较分析使用乳化沥青界面剂与JX-302混凝土界面剂，试件的受力程度（见图2、图3）。对比后发现，使用不同的界面剂试件的受力情况也不同，使用新型混凝土界面剂时，界面剂与水稳材料融合程度较均匀，试件可承受的拉力强度较大；使用乳化沥青界面剂时，压力超过抗拉极限时，会发生断裂现象。因此路面的界面处理剂采用JX-302混凝土界面剂。

图2 乳化沥青界面剂拉伸试验之实景

图3 混凝土界面剂拉伸试验之实景

4 结论

分别从新旧路面拼接张力和新旧路面拼接紧密性两方面来研究道路新旧路面拼接方案。通过室内拉力试验，分析得出混凝土界面剂相对于水泥净浆及乳化沥青处理试件水稳层表面时的拉力强度较高；通过试件的拉伸试验，得出d方案下拉伸强度值最高为0.85 MPa，c方案的拉伸强度为d方案的74%，同时c方案下试件的拉伸强度变化率最小；通过改变试件的养生温度，得出方案d和方案c的冻融拉伸强化率均在80%以上。

综合比较分析新旧路面的拼接方案选择方案c，选择JX-302混凝土界面剂与水泥的比例为1:6作为界面处理剂，界面剂的用量为4.2 kg/m2，涂刷厚度为2.3 mm。