粤西地区混凝土桥面与沥青铺装层间的粘结强度指标研究

黄凌辉

(广东省南粤交通投资建设有限公司，广州510623)

0 引言

对于桥面沥青铺装层，防水粘结层的层间粘结强度对桥面整体铺装结构的重要性不言而喻，其直接关系到桥面铺装的整体使用性能。大量研究和工程实践表明，由防水粘结层破坏引起的桥面铺装层的层间剪切破坏、推移、拥包等病害，是桥面铺装结构早期破坏的主要形式之一[1]。因此，《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)新增了层间粘结强度的测试方法。该方法采用拉拔仪和扭剪试验仪以测试和评价封层、粘层、透层及防水层(以下统称粘结层)与沥青混凝土层、水泥混凝土层、桥面板(以下统称结构层)等两种不同材料之间的层间粘结强度，也可以评价结构层-粘结层-结构层的粘结强度，但该规程尚未明确各结构层间粘结强度等相关技术指标要求，仅描述了相关的检测方法。《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2017)和《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)中均没有层间结合的检测和评定项目。目前，一方面对用于层间粘结的材料无表征粘结性能的指标要求；另一方面对粘结层施工后的粘结质量没有指标要求，无法判定路面结构层的层间结合状态。

本文依托汕湛高速公路吴川支线建设项目，采用拉拔仪对桥面防水粘结层拉拔强度进行检测，提出不同层间温度下桥面防水粘结层拉拔强度经验公式，并形成一套桥面与沥青铺装层的层间粘结技术指标要求。

1 工程概况

吴川支线项目路面设计荷载为重交通荷载等级，主线桥梁及互通立交匝道桥梁均采用4.5cm AC-16C(改性沥青)+5.5cmAC-20C(改性沥青)的桥面铺装结构，下承层为C40钢筋混凝土整体化层。桥面防水层施工下承层已进行清除浮浆和抛丸处理，施工过程中严格保证铺装层厚度。施工时针对个别桥梁整体化层表面浮浆容易出现厚度不一的情况，为确保沥青层和下承层间的粘结，清除桥面的浮浆和粉尘至关重要，因此本项目对桥面整体化层进行了不少于2次的抛丸处理。

整体化层抛丸处理完成后，进行防水粘结层的施工。粘结层材料采用改性乳化沥青+改性热沥青+洒布瓜米石。同步碎石封层施工后，立即采用胶轮压路机碾压一遍，确保碎石与热沥青之间的粘结。防水粘结层施工完成后，再施工5.5cm厚的GAC-20沥青中面层，然后开始拉拔试验。

2 桥面拉拔试验

桥面拉拔试验的具体步骤为：(1)采用钻芯机在桥面沥青中面层上钻芯，芯样直径为10cm，钻孔深度比芯样略深1～2cm。(2)钻芯完成后，在芯样和拉头之间涂抹环氧树脂粘结剂，如图1所示。(3)采用拉拔仪，对芯样进行拉拔测试，并记录拉拔数据。

图1 拉拔仪以及层间粘结试验时拉头粘结

重复以上步骤，在每处试验位置选择3个测点，每个测点的间距不小于50cm，总间距控制在2m内，分别在不同气温、路表温度下进行试验。本次试验在吴川支线项目8座大桥上进行，重点对其中2座大桥进行分析。

3 试验结果分析

拉拔试验受现场温度和操作方式等外界因素影响较大，其中试验结果的温度敏感性非常强。近年来对层间粘结研究相对较多，但目前尚无行业标准，尽管《公路路基路面现场测试规程》(JTG 3450-2019)新增了层间粘结强度的测试方法，该方法采用拉拔仪和扭剪试验仪以测试和评价封层、粘层、透层及防水层(以下统称粘结层)与沥青混凝土层、水泥混凝土层、桥面板(以下统称结构层)等两种不同材料之间的层间粘结强度，也可以评价结构层-粘结层-结构层的粘结强度。但该规程未明确各结构层间的粘结强度等相关技术指标要求，仅描述了相关的检测方法，广东目前也无相关的地方标准，因此本文参考山西省地方标准《公路沥青铺装层层间结合质量技术要求》(DB14/T647-2012)对试验结果进行分析，温度修正系数见表1，粘结强度相关要求见表2。

表1 不同温度下粘结强度修正系数

表2 桥面铺装层间结合粘结强度技术要求(20℃，山西省地方标准)

在8座大桥上进行拉拔试验，其中重点针对桥1和桥6进行不同温度的多次试验。为保证检测的一致性，试验人员保持不变，拉拔试验结果见表3。

表3 拉拔试验结果

沥青铺装层层间结合温度T按以下公式计算：

T=a+bT0

式中：

T—测定时沥青铺装层层间结合温度。

a—系数，a=-2.65+0.52h。

b—系数，b=0.62-0.008h。

h—测定层间结合距路表深度(cm)。

T0—测定时路表温度与前 5 h的平均气温之和(℃)。

根据《公路沥青铺装层层间结合质量技术要求(山西省地方标准)》(DB14/T647-2012)，其层间结合温度T最高为35℃，最低为10℃。当气温较高或较低时，温度修正系数统一采用外延法进行计算。

从表3可知，桥1右幅粘结强度最小值为K8+850处，层间温度为18.1℃，其拉拔试验结果为0.93MPa，温度修正系数为0.81，修正后的粘结强度为0.75MPa；最大值为K8+890右幅，层间温度为9.9℃，其拉拔试验结果为1.21MPa，温度修正系数为0.2，修正后的粘结强度为0.24MPa；不满足山西省地方标准《公路沥青铺装层层间结合质量技术要求》(DB14/T647-2012)规定的重交通层间结合强度不小于0.38MPa的要求。

桥1左幅粘结强度最小值为K9+180处，层间温度为12.9℃，其拉拔试验结果为0.97MPa，温度修正系数为0.37，修正后的粘结强度为0.36MPa；最大值为K9+160左幅，层间温度为9.9℃，其拉拔试验结果为1.25MPa，温度修正系数为0.2，修正后的粘结强度为0.25MPa；不满足山西省地方标准《公路沥青铺装层层间结合质量技术要求》(DB14/T647-2012)规定的重交通层间结合强度不小于0.38MPa的要求。

在进行不同温度下的拉拔试验时，桥1和桥6所有测试点均为相邻且层间处理和防水粘结层施工情况相同的测试点，因此可认为桥1左幅、桥1右幅、桥6左幅和桥6右幅的层间粘结情况均相同。根据山西省地方标准《公路沥青铺装层层间结合质量技术要求》(DB14/T647-2012)，对于桥1和桥6不同温度修正后的粘结强度，当气温较低时，层间结合温度也较低，如8.6℃、9.9℃、12.9℃、16.6℃时，修正后的粘结强度不满足要求；但是当温度相对较高时，如18.1℃、22.7℃、28.1℃时，修正后的粘结强度满足要求。同一路段、相同状况的层间粘结层，出现在不同温度下评价结果差异较大的情况，说明本项目地区的层间连接强度无法参考山西地方标准进行评价，因此本文对拉拔试验结果进行线性回归分析，得到不同层间温度下桥面防水粘结层拉拔强度的经验公式，为本地区的层间粘结强度评价方法提供参考。

根据相关的文献资料，对于防水粘结层材料在常温25℃下，抗拉强度应不低于0.4MPa[5-6]。由表3可知，不同温度下粘结试验结果均大于0.70MPa，在地表及气温较高时，如层间结合温度为44.1℃，此时沥青铺装层与水泥混凝土桥面之间的防水粘结层处于不利状态，桥7左幅、右幅的拉拔强度分别为0.76MPa和0.74MPa，试验结果均大于0.4MPa且富余度较大。在试验过程中，每次拉拔试验取出芯样时，均可明显感觉芯样与下承层粘结良好，未见脱空等不良情况，从图2也可见拉拔试验后芯样底部与桥面水泥混凝土之间粘结良好，因此可知吴川支线项目桥面防水粘结层总体施工质量良好。

为探究针对湛江吴川地区的层间粘结强度温度修正系数，本文对桥6进行分析，分析结果如图3和图4所示。此外，对不同层间温度下桥面防水粘结层拉拔试验结果进行回归分析，如图5所示。

图3 桥6右幅不同层间结合温度下的粘结强度

图4 桥6左幅不同层间结合温度下的粘结强度

图5 不同层间结合温度下的粘结强度

粘结强度和层间结合温度经验公式：

P=2.0524T-0.253，相关系数R2=0.82

式中：P—粘结强度(MPa)；

T—层间结合温度(℃)。

根据项目实际试验结果，考虑到操作人员、仪器等各方面的因素，当层间结合温度≤40℃时，建议防水粘结层拉拔粘结强度按不低于0.6MPa控制。结合图3～图5的数据,可以看出温度对粘结强度影响较大，随着温度的升高，粘结强度有降低的趋势。

从图3桥6右幅试验结果可知，随着温度的提升，粘结强度有降低的趋势。粘结强度最大值为K29+610右幅，层间温度为8.6℃，试验结果为1.29MPa，温度修正系数为0.11，修正后的粘结强度为0.15MPa；最小值为K29+530右幅，层间温度为28.1℃，试验结果0.92MPa，温度修正系数为2.38，修正后的粘结强度为2.18MPa。

从图4桥6左幅试验结果可知，随着温度的提升，粘结强度有降低的趋势。粘结强度最大值为K29+200左幅，层间温度为8.6℃，试验结果为1.30MPa，温度修正系数为0.11，修正后的粘结强度为0.15MPa，不满足山西省地方标准《公路沥青铺装层层间结合质量技术要求》(DB14/T647-2012)规定的重交通层间结合强度不小于0.38MPa的要求；最小值为K29+260左幅，层间温度为22.7℃，试验结果为0.78MPa，温度修正系数为1.37，修正后的粘结强度为1.07MPa。

4 结语

(1)对拉拔试验结果进行回归分析，得到不同层间温度下的桥面防水粘结层拉拔强度经验公式。

(2)根据试验结果，对于桥面沥青层防水粘结层，当层间结合温度≤40℃时，建议防水粘结层拉拔强度按不低于0.6MPa控制。

(3)因试验条件所限，本文中试验的温度跨度不足，不同层间温度下的桥面防水粘结层拉拔强度经验公式以及粘结强度温度修正系数，仍需进一步深入研究。