吕向阳

（新疆路桥北疆工程建设有限公司，新疆 昌吉 831100）

0 引言

水泥混凝土路面在运行期间容易于出现基层唧浆、面板裂缝及断板等早期结构性破坏。究其原因，主要为水泥混凝土路面基层和面层间接触不良。根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2015），考虑到水稳碎石具备高强度和刚度、结构稳定，抗冲刷性能良好，施工工艺成熟，原材料充足等优势，在设计重载交通公路基层时，常常优先选用水泥稳定碎石基层。但该基层形式下因隔离层的存在容易引发层间病害，影响水泥混凝土路面施工质量及路用性能。

结合国外应用经验，蜡制养护剂应用于混凝土路面后能降低基层和面层间黏结程度，有效抑制基层变形、裂缝向面层的传递，减轻反射裂缝的发生。蜡制养护剂隔离层在国内混凝土路面中的应用尚不广泛，相关施工经验也较为欠缺，为此，本文依托公路拓宽工程实际，对蜡制养护剂隔离层性能试验及施工控制要点展开研究，以供参考借鉴。

1 蜡制养护剂性能试验

1.1 原材料

此次试验主要采用工程所在地供应的强度等级P.O32.5的复合硅酸盐水泥，其标准稠度用水量为27.8%，初凝及终凝时间为150min和285min，雷氏法所测安定性为2，3d及28d抗折强度为4.2MPa和7.1MPa，3d及28d抗压强度为20.3MPa和34.4MPa。各项性能均符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2020）要求。

细集料应使用洁净、硬质、耐久的机制砂或混合砂。该试验采用细度模数2.8，含泥量1.6%，堆积密度1495kg/m3，表观密度2685kg/m3，孔隙率44.8%，吸水率1.9%的中砂。该中砂在筛孔尺寸为0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm、9.8mm时，通过的百分率分别为2.3%、3.2%、12.6%、32.7%、40.9%、81.0%、97.5%、100%。

粗集料则选用粒径在4.75mm以上，技术等级为Ⅰ级，吸水率＜1.0%的石灰岩碎石料，将粒径分成9.5mm～19mm和4.75mm～9.5mm两个等级。粗集料性能指标及筛分结果如表1和表2所示。

表1 粗集料性能指标

表2 粗集料筛分结果

蜡制养护剂以一定温度范围内不溶于水的天然石蜡或合成石蜡为主材，借助乳化剂定向吸附功能及机械外力，使石蜡微粒分散于水体内形成乳液；待固化后便成为具备憎水性能的蜡制养护剂[1]。将新拌制的水泥混凝土浇筑在固化后的蜡制养护膜上，因振捣及离析而产生的水泥浆在蜡制养护膜的隔离作用下，不会顺着基层裂缝和空隙入渗，因此也不会形成层间过渡层。该试验所使用的蜡制养护剂由工程所在地某建筑工程材料有限公司提供，养护剂以水晶石蜡为主成分，抗压强度比为95%，固含量≥25%，有效保水率可达到90kg/m2，连续成膜且无透孔；养护剂喷洒后表面泼水形成水珠所需时间≤4h；成膜性能合格，可密封储存半年，成膜后浸水不溶；喷洒后对水泥混凝土性能无不良影响。

1.2 试验仪器

试验仪器由1个应力环和1个液压千斤顶构成，千斤顶的端头顶设在反力架上；本次试验的反力架由左侧路面板充当，通过液压千斤顶和应力环向试件施加水平推力，先快后慢。在试件移动的过程中读取千分表读数，经过换算后得到试件所承受的水平顶力及剪切破坏发生时的水平推力最大值。试验前必须标定应力环。

1.3 蜡制养护剂用量

根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG/T F30-2014）展开试验后，对比分离界面，可以看出未喷洒蜡制养护剂的界面面层与基层间黏结较好，剪切试验后，界面也未发生分离，且破坏严重；而喷洒蜡制养护剂的面层和基层间接触面光滑，层间黏结力非常小。

根据试验结果，将蜡制养护剂喷洒于不同粗糙程度的水稳碎石基层后，层间粘结情况显著改变，养护剂喷洒剂量越小，越有助于降低层间黏聚力，黏聚力降幅普遍达到68%～80%，层间摩擦力随之降低。当蜡制养护剂喷洒量达到一定限值后，层间黏结力会稳定在某一范围，此后蜡制养护剂喷洒量再增加，对层间黏结力的影响不再明显[2]。

当水稳基层表面构造深度在0.3mm以下时，蜡制养护剂喷洒量应按0.2L/m2～0.4L/m2确定；当水稳基层表面构造深度位于0.3mm～0.6mm时，蜡制养护剂喷洒量应按0.4L/m2～0.6L/m2确定；当水稳基层表面构造深度在0.6mm～1.4mm时，养护剂喷洒量为0.6/m2～0.8L/m2；当水稳基层表面构造深度超出1.4mm时，应结合工程实际及其余工况适当增大喷洒量。

1.4 综合摩擦系数试验

该公路试验段隔离层施工效果易受到行车、灰尘、降雨等影响，为此，本文在试验路段辅助期间对各种因素展开综合摩擦系数试验。通过在不同基层表面成型强度等级为C35、结构尺寸为150×150×550mm、抗压强度在30MPa～35MPa、自重为0.297kN的小梁展开综合摩擦系数试验。试验开始后，向试件端部施加水平推力直至破坏，据此模拟水泥混凝土面板在受约束情况下变形后可能产生的摩擦力和黏结应力值。

为便于展开分析，将试件顶推力最大值和试件自重之比称为综合摩擦系数，并以此体现结构层界面静摩擦力和黏结力等力学性能。试验过程中反力主要由载重汽车提供，并保证千斤顶中心、测力环中心、试件中心全部位于同一水平面对中。加载开始后，缓慢顶推千斤顶，直至试件完全脱离基层，检测和记录最大测力值，并以此值为最大水平推力；根据该值与剪切面积之比确定切向黏结应力最大值[3]。综合摩擦系数试验结果如图1所示。

试验结果表明，在受到水平力作用后试件需要克服一定摩阻力方能移动，且摩阻力大小与层间状态有关。施加水平力直至试件与基层表面完全脱离，这一过程主要经历以下阶段：一是单纯克服黏结力的阶段，无水平位移发生；二是克服摩擦力阶段，开始出现水平位移，且位移大小与推力直接相关；三是试件与基层接触界面完全破坏，推力骤降至零，水平位移瞬间增至最大值。

图1 综合摩擦系数试验结果

2 工程应用

某公路全线长1 3 2.5 k m，此次改造段起止里程k35+837～k40+822，该路段建成于2009年，路段长4.985km，路基宽17.6m，行车速度为60km/h，按双向四车道一级公路设计。该改造段重型车辆多，路面损耗大，限于设计及施工技术水平，公路水稳层薄弱，承载力低，中间未设置防撞护栏，混合交通现象十分严重，道路通行能力低下。为顺应地区社会发展的需要，公路亟需段改造拓宽。经过项目部论证，决定在基层表面喷洒蜡制养护剂隔离层，有效改善过渡层形成，提升路面层间接触状况，并满足路面力学层间接触要求；减少层间摩阻力，增强水泥混凝土路面防水性能。

2.1 基层处理

对于水泥混凝土路面基层存在裂缝或集料外露等情况，必须在喷洒蜡制养护剂前展开基层处理。裂缝处理应严格按照规范展开，对于基层出现的非扩展性温缩裂缝和干缩裂缝，应根据裂缝宽度灌注沥青，并在裂缝上铺设改性沥青黏贴油毡或土工布。对于纵向扩展裂缝，必须深入分析可能原因，如果是因为路基方面的原因，则应采取有效的稳固措施根治。为增强基础处理效果，还应在纵向裂缝所在面板内距离板底1/3处铺设钢筋网，钢筋网与裂缝端部的距离至少达到5m，以起到补强效果。

对于一块混凝土面板上断板裂缝数量在两条以上或表现出分叉特征的，必须整板挖除后重铺。对于基层集料外露面积不超出待检面积30%的区域，应通过高标号水泥砂浆、环氧砂浆或高含量沥青砂浆修补缺陷，并在修补结束7d～8d后施作蜡制隔离层。

2.2 蜡制养护剂喷洒

为避免风对蜡制养护剂喷洒均匀性的不利影响，应选用具备全封闭喷雾系统的喷洒机械。喷洒过程中，如遇刮风降雨等情形，应加强保护或暂停施工；每次喷洒前均应全面检查喷洒及喷雾器通畅情况，避免因堵塞而影响喷洒质量。喷洒前必须彻底清洁基层表面，将碎石、灰尘、杂物等彻底扫除，保证喷洒效果；喷洒施工期间，质量较好的基层应按0.4L/m2±0.1L/m2控制喷洒量。

蜡制养护剂喷洒时采用罐式喷洒车，该公路试验段基层条件良好，构造深度小，喷洒量应控制在0.4L/m2～0.6L/m2之间，在局部喷洒不到位的区域应人工补洒。隔离剂喷洒结束后，若天气条件良好，则基层表面在2h～4h内便可形成一层覆盖式薄膜，憎水性明显增强。

2.3 施工质量控制

为确保蜡制养护剂喷洒施工质量，在混凝土表面养护剂未成膜时如遇刮风降雨，则应加盖防风防雨设施；对于未加盖的情况，必须在异常天气结束后补喷。为有效降低灰尘、降雨等因素的不利影响，提升隔离效果，应在面层水泥混凝土摊铺前1d～2d喷洒养护剂。如果喷洒后时间间隔过长，则应在摊铺前补喷洒。对于补喷洒的情形，可以在面层水泥混凝土摊铺施工前4h～6h喷洒。

在蜡制养护层成膜后铺筑面层时必须尽可能降低运料车、摊铺机等施工设备机具等对养护膜的不利影响，必要时可将木板垫设在布料机履带下方或直接用橡胶带包裹履带。对于明显受损的养护膜，必须及时补喷。

3 效果检测与评价

根据现场检测结果，在蜡制养护剂喷洒后30min～60min即形成连续性薄膜，已具备一定的养护隔离效果；4h～6h后在喷洒隔离剂的基层表面泼水，水呈油珠状滚落，养护效果已经完全形成。不存在水分渗入混凝土结构的情况，表明公路试验段蜡制养护剂喷洒量充足，且无漏喷[4]。成膜后2d～3d养护膜白色消失，路面呈现出均匀的青灰色。

4 结束语

综合本文分析可知，因水泥混凝土路面面层与基层间存在过渡层，使其无法满足常规路面层间力学要求，极易引发层间破坏。而在基层表面按照设计用量喷洒蜡制养护剂隔离层后，层间黏结情况发生质的改变，层间黏聚力可降低68%～80%，过渡层性能显著改善；同时，蜡制养护剂喷洒后，不同构造深度下的法向黏结力也明显减小，最大减小幅度达到80%～90%。该试验段在5%水稳基层上喷洒蜡制隔离层施工后，公路拓宽段路用性能明显优于旧路面；施工成本方面明显较低，具备显著的经济优势，可在类似公路工程中推广应用。