温度和粗糙度对防水黏结层黏结性能的影响

黄微

（广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420）

随着广东境内新建高速公路投资逐渐完成，城镇密集区公路的桥隧比逐渐增高，越来越多的公路采用桥梁结构代替传统的路基结构，节约了土地资源。此外，随着人们对行车舒适性提出更高要求，水泥混凝土路面上部加铺沥青路面的改造路段逐渐增加，因此处理好水泥基面尤为重要。但近年来，部分路面通车不久即发生坑槽、脱皮等病害，如广深高速公路五点梅大桥扩建北行路面通车3年左右即发生网裂、拥包、坑槽等病害，经调查，沥青层与水泥基面黏结不良是造成这种类型病害的主要原因。

针对这一问题，李一鸣采用斜剪试验和拉拔试验研究了黏结材料、下部结构材料和基面处理方式对黏结层黏结性能的影响，结果表明：不同类型黏结材料的最佳用量不同，基面处理方式对黏结力力存在较大影响，基面构造深度应深浅适中。戴忧华基于水泥混凝土桥面防水黏结层现场测试实验，研究了环境和荷载因素对防水黏结层耐久性的影响，并从防水黏结层材料选择，铺筑层结构设计和改善施工3个方面提出了改善建议。吴名选对不同黏结材料、不同界面处理方式试件开展室内疲劳加载试验，结果表明：黏结材料存在最佳用量，凿毛层间界面处理方式具有很好的抗剪性能。

综上所述，目前的研究主要集中于防水黏结层沥青材料选型、黏结材料用量及层间处理方式方面，缺乏水泥基面的构造深度控制指标及其对防水黏结层性能影响方面的研究。因此，本文根据室内45°斜剪试验和拉拔试验研究了不同构造深度和温度条件下防水黏结层的黏结强度，提出了水泥基面构造深度的控制指标，依托广深高速公路改扩建(新塘立交改造)工程主线桥左幅外侧桥面整体化层验证该指标的合理性，研究成果可为类似工程提供参考。

一、试验方案设计

（一）试件成型

碎石封层是目前常用的防水黏结层型式，室内成型试件采用的沥青及石料指标如表1和表2所示。

表1 防水黏结层沥青材料试验结果

表2 集料性能参数

石料采用河源紫金县临江镇芙蓉石场所生产的辉绿岩，集料粒径为5mm～10mm，各检测指标均符合《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）及广深高速公路改扩建(新塘立交改造)工程设计图纸的规定。

室内成型车辙板试件尺寸为30cm×30cm×4cm，在室内标准养护室中养护7d，按时设计方案凿毛成不同构造深度TD=0.3±0.1mm、0.5±0.1mm、0.7±0.1mm、0.9±0.1mm，成型下部水泥基面；然后按照沥青洒布量为1.2kg/m2，碎石撒布量为6m3/1000m2，均匀覆盖80%面积成型防水黏结层，最后在防水黏结层上部加铺6cm的GAC-20C沥青层。

（二）试验设计

采用室内45°斜剪试验研究沥青类黏结材料在不同温度和粗糙度条件下的抗剪强度规律，采用室内拉拔试验研究沥青类黏结材料在不同温度和粗糙度条件下抗拉强度规律。基于室内试验，提出水泥基面构造深度的控制指标，采用现场拉拔试验验证水泥基面构造深度的合理性，试验方案如表3所示。

表3 不同构造深度防水黏结层黏结性能试验设计

二、试验结果及其分析

（一）试验结果

水泥基面温度不同会影响沥青类黏结材料黏结强度，按设计方案开展防水黏结层室内拉拔试验和室内45°斜剪试验，研究温度和粗糙度对防水黏结层黏结性能的影响，试验结果如图1、图2所示。

图1 防水黏结层室内45°斜剪试验结果

（二）温度对防水黏结层黏结性能的影响

根据图1、图2可知，同等构造深度下SBS沥青、橡胶沥青和基质沥青防水黏结层抗剪强度和拉拔强度均随着测试温度的增加而减小。在20℃条件下，SBS沥青、橡胶沥青和基质沥青防水黏结层抗剪强度和拉拔强度存在差异，SBS沥青、橡胶沥青抗剪强度和拉拔强度大于基质沥青抗剪强度和拉拔强度；但40℃和60℃条件下，不同沥青材料防水黏结层抗剪强度和拉拔强度无较大差异，且随着构造深度增加，抗剪强度和拉拔强度也无明显变化。可见，测试温度对于防水黏结层抗剪强度具有较大影响，随着温度增加，沥青类防水黏结层的黏度逐渐减小，上部沥青面层和下部水泥基面滑动相对更容易，导致抗剪强度和拉拔强度降低。因此，沥青类黏结材料防水黏结层的黏结性能现场测试实验，应考虑温度的影响，测试温度不小于40℃时，难以有效区分沥青类黏结材料黏结效果。

图2 防水黏结层室内拉拔试验结果

（三）粗糙度对防水黏结层黏结性能的影响

20℃和40℃时：当构造深度不大于0.7±0.1mm时，橡胶沥青防水黏结层随着构造深度的增加，抗剪强度逐渐增加；当构造深度大于0.7±0.1mm时，橡胶沥青防水黏结层随着构造深度的增加，抗剪强度不再明显增长；SBS沥青与基质沥青防水黏结层随着构造深度的增加，其抗剪强度也呈现出类似规律。60℃时：构造深度对于防水黏结层抗剪强度影响较小。

20℃和40℃时，水泥基面表面构造深度直接影响防水黏结层黏结性能，随着构造深度的增加，拉拔强度呈现出先增加后减小的趋势，即黏结强度呈现出抛物线趋势变化。60℃时，随着构造深度的增加，拉拔强度无明显变化。可见，温度不大于40℃条件下构造深度对防水黏结层黏结强度具有较大影响。

水泥基面构造深度增加，防水黏结层接触面积也逐渐增加，但防水黏结层沥青用量相同，构造深度越大，由于洒布时沥青具有较好的流动性，易造成黏结层材料聚集，黏结强度完全取决于该区域沥青材料的抗拉强度。因此，同等构造深度条件下，SBS沥青和橡胶沥青类防水黏结层拉拔强度大于基质沥青防水黏结层拉拔强度，且随着构造深度的增加，黏结力达到峰值后下降。

三、工程应用

通过室内实验发现，无论是抗剪强度还是拉拔强度均随着构造深度的增加呈现出先增加后减少的趋势，温度不大于40℃时，试验结果均呈现该趋势。当构造深度超过0.7±0.1mm时，抗剪强度和拉拔强度虽然下降，但幅度较低。因此，为保证施工效果，实际施工时，拉毛后构造深度应满足不小于0.7mm，依托广深高速公路改扩建(新塘立交改造)工程开展工程验证。

（一）工程概况

广深高速公路改扩建(新塘立交改造)工程位于广州市增城区新塘镇，是广深高速公路与国道107线连接的互通立交，主线采用高速公路标准、设计时速120km，双向6车道，互通立交范围内主线桥梁采用四幅桥的分离复合式路面双向12车道，单幅桥宽16.5m，新塘立交主线线左幅外侧桥（起点桩号LWK19+504.430，终点桩号LWK20+240.404），于2021年3月14日开始摊铺沥青，2021年3月25日完成主线桥左幅外侧桥面沥青施工，该项目在桥面整体化层上部设计了10cm沥青铺装层及同步碎石防水黏结层。项目位于多雨地区且交通流量较大，防水黏结层的黏结效果对桥面铺装的耐久性具有决定性作用，为提高桥面铺装的施工质量及耐久性，根据室内试验结果，项目建议按照构造深度不小于0.7mm拉毛和抛丸处理，然后施工同步碎石封层及上部沥青铺装。

（二）应用效果

采用拉拔仪以拉拔速度为10mm/min测试桥面铺筑与桥面整体化层的黏结强度，测试时路表温度为25℃～30℃之间，前2天平均气温为28.3℃。

根据上述结果可知，按照构造深度不小于0.7mm控制，广深高速公路改扩建(新塘立交改造)工程左幅外侧桥面整体化层与防水黏结层拉拔强度均不小于0.3MPa，具有良好的黏结效果。

四、结语

本文基于室内试验和实际工程验证，得到的结论有：随着温度增加，防水黏结层黏结强度明显下降，防水黏结层黏结强度控制指标应考虑温度修正；20℃和40℃时，随着构造深度的增加，防水黏结层抗剪强度先增加后不再明显增长，拉拔强度先增加后减小；水泥基面构造深度控制范围应不小于0.7mm，经工程实际验证，该指标可取得较好的层间黏结效果。