同步碎石桥面防水粘结层的性能试验分析

2011-08-20刘鹏

山西建筑 2011年19期

刘鹏

同步碎石能够较好地满足水泥混凝土桥面防水粘结层的各项功能要求，能将水泥混凝土桥面及沥青铺装层粘结成为一个整体，起到防水粘结的作用，并能够避免施工中机械和石料刺破防水材料[1-5］。同步碎石作为防水粘结层应用于桥面已经在我国广泛应用，起到了良好的使用效果。但是JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范[6］并没有对此提出具体性能要求。《公路工程质量检验评定标准》[7］中对常温以及气温不小于35℃时的粘结强度、抗剪强度、剥离强度等提出了要求。由于防水材料是感温性材料，不同温度下力学性能差异非常大。本文通过实验室模拟现场同步碎石防水层的施工工艺成型试件，研究SBS改性沥青撒布量、石料撒布量、石料粒径、试验温度对同步碎石防水层的粘结强度、抗剪强度的影响，给出最佳沥青撒布量与石料撒布量，并推荐最佳石料粒径。

1 试验材料与试验方法

1.1 试验材料

采用秦岭产42.5R普通硅酸盐水泥制成试验用混凝土试块(C30)。SBS改性沥青采用壳牌A-90改性沥青，集料选用富平产的石灰石，各项技术指标均符合规范要求。

1.2 试件成型方法

统一成型层间剪切、粘结及渗透试验的试件，成型步骤如下:1)采用车辙试模成型30 cm×30 cm×5 cm水泥混凝土板，30 min后将混凝土板表面拉毛，在标准条件下养护7 d，风干后备用。2)在混凝土试件表面喷洒SBR复合改性乳化沥青粘层油，用量为0.45 L/m2。3)乳化沥青破乳后，先在其表面均匀涂抹SBS改性热沥青，再均匀撒布石料，只能近似模拟施工现场沥青与石料“同步”状况。4)在防水层表面铺设AC-16沥青混合料，碾压成型，冷却后脱模。5)钻取直径100 mm的芯样，供层间剪切试验与粘结试验。

1.3 试验方法

利用JHY-A层间剪切仪和LGZ-1拉拔强度仪，测试层间抗剪强度和拉拔强度。再将试件放在试模中央，用沥青玛脂加以密封;将装好的试模放于水中浸泡24 h饱水，擦干后装好上下盖，放入加紧架中，并确保密封良好;将密封好的试模装在渗透仪上，使试模上下测压嘴与仪器的高、低测压管相连，通过高、低测压管的水头差，确定水的渗透量。

2 最优配比的确定

同步碎石防水粘结层的SBS改性沥青用量与下承层的表面特性、上承层沥青混合料的最大粒径及层厚有关。沥青用量过多，可能导致泛油;沥青用量过少不足以形成富沥青层，也会影响其防水粘结效果。防水粘结层嵌入碎石可提高层间抗剪强度，同时在上面层铺装时不致破坏封层油膜。碎石用量过多，易形成碎石架空现象，影响面层的使用性能和寿命。本文进行不同沥青撒布量与碎石撒布量时层间剪切强度与粘结强度试验，找出最大剪切强度与粘结强度时的最佳沥青与碎石撒布量。试验采用9.5 mm～16 mm的单一粒径碎石。不同的SBS改性沥青与碎石撒布量时，层间剪切强度与粘结强度试验结果分别见表1，表2，对应的关系曲线图见图1，图2。

表1 不同沥青及碎石撒布量剪切强度 MPa

表2 不同沥青及碎石撒布量粘结强度 MPa

可以看出，沥青撒布量为1.4 kg/m2时，抗剪切强度最大;沥青撒布量为1.6 kg/m2时，粘结强度最大;不论抗剪强度还是粘结强度，最佳的碎石撒布量都为8.0 kg/m2。综合考虑经济与技术性能，取最佳的沥青撒布量为1.4 kg/m2，碎石撒布量为8.0 kg/m2，此时，其覆盖率在60%～70%的规定范围内。

3 单一粒径碎石与级配碎石防水粘结层性能对比试验

试验时，单一粒径碎石石料的粒径取9.5 mm～16 mm。考虑到等粒径同步碎石层常分为2 mm～4 mm，4 mm～6 mm，6 mm～10 mm，8 mm～12 mm，10 mm～14 mm，因此级配碎石采取上述5档料按一定级配组成。合成后的具体级配见表3。沥青撒布量为1.4 kg/m2，碎石撒布量为8.0 kg/m2，试验温度为25 ℃，防水粘结层的剪切强度与粘结强度试验结果见表4。

表3 级配碎石防水粘结层级配组成

表4 单一粒径碎石与级配碎石剪切强度与粘结强度 MPa

试验结果表明，防水层采用单一粒径碎石时的抗剪切强度、粘结强度均明显高于级配碎石的，剪切强度提高了26.6%，粘结强度提高了45.5%。这是由于单一粒径矿料间隙率大，有更多的空间供结合料填充，利于集料与沥青的牢固粘结，级配碎石层级配越好，矿料间隙越小，越没有空间供结合料来填充。因此用于同步碎石防水粘结层最理想的集料是单一粒径。