粵西地區(qū)混凝土橋面與瀝青鋪裝層間的粘結(jié)強度指標研究

黃凌輝

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣州510623)

0 引言

對于橋面瀝青鋪裝層，防水粘結(jié)層的層間粘結(jié)強度對橋面整體鋪裝結(jié)構(gòu)的重要性不言而喻，其直接關(guān)系到橋面鋪裝的整體使用性能。大量研究和工程實踐表明，由防水粘結(jié)層破壞引起的橋面鋪裝層的層間剪切破壞、推移、擁包等病害，是橋面鋪裝結(jié)構(gòu)早期破壞的主要形式之一[1]。因此，《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG 3450-2019)新增了層間粘結(jié)強度的測試方法。該方法采用拉拔儀和扭剪試驗儀以測試和評價封層、粘層、透層及防水層(以下統(tǒng)稱粘結(jié)層)與瀝青混凝土層、水泥混凝土層、橋面板(以下統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)層)等兩種不同材料之間的層間粘結(jié)強度，也可以評價結(jié)構(gòu)層-粘結(jié)層-結(jié)構(gòu)層的粘結(jié)強度，但該規(guī)程尚未明確各結(jié)構(gòu)層間粘結(jié)強度等相關(guān)技術(shù)指標要求，僅描述了相關(guān)的檢測方法?！豆窞r青路面設(shè)計規(guī)范》(JTGD50-2017)和《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F40-2004)中均沒有層間結(jié)合的檢測和評定項目。目前，一方面對用于層間粘結(jié)的材料無表征粘結(jié)性能的指標要求；另一方面對粘結(jié)層施工后的粘結(jié)質(zhì)量沒有指標要求，無法判定路面結(jié)構(gòu)層的層間結(jié)合狀態(tài)。

本文依托汕湛高速公路吳川支線建設(shè)項目，采用拉拔儀對橋面防水粘結(jié)層拉拔強度進行檢測，提出不同層間溫度下橋面防水粘結(jié)層拉拔強度經(jīng)驗公式，并形成一套橋面與瀝青鋪裝層的層間粘結(jié)技術(shù)指標要求。

1 工程概況

吳川支線項目路面設(shè)計荷載為重交通荷載等級，主線橋梁及互通立交匝道橋梁均采用4.5cm AC-16C(改性瀝青)+5.5cmAC-20C(改性瀝青)的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，下承層為C40鋼筋混凝土整體化層。橋面防水層施工下承層已進行清除浮漿和拋丸處理，施工過程中嚴格保證鋪裝層厚度。施工時針對個別橋梁整體化層表面浮漿容易出現(xiàn)厚度不一的情況，為確保瀝青層和下承層間的粘結(jié)，清除橋面的浮漿和粉塵至關(guān)重要，因此本項目對橋面整體化層進行了不少于2次的拋丸處理。

整體化層拋丸處理完成后，進行防水粘結(jié)層的施工。粘結(jié)層材料采用改性乳化瀝青+改性熱瀝青+灑布瓜米石。同步碎石封層施工后，立即采用膠輪壓路機碾壓一遍，確保碎石與熱瀝青之間的粘結(jié)。防水粘結(jié)層施工完成后，再施工5.5cm厚的GAC-20瀝青中面層，然后開始拉拔試驗。

2 橋面拉拔試驗

橋面拉拔試驗的具體步驟為：(1)采用鉆芯機在橋面瀝青中面層上鉆芯，芯樣直徑為10cm，鉆孔深度比芯樣略深1～2cm。(2)鉆芯完成后，在芯樣和拉頭之間涂抹環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，如圖1所示。(3)采用拉拔儀，對芯樣進行拉拔測試，并記錄拉拔數(shù)據(jù)。

圖1 拉拔儀以及層間粘結(jié)試驗時拉頭粘結(jié)

重復以上步驟，在每處試驗位置選擇3個測點，每個測點的間距不小于50cm，總間距控制在2m內(nèi)，分別在不同氣溫、路表溫度下進行試驗。本次試驗在吳川支線項目8座大橋上進行，重點對其中2座大橋進行分析。

3 試驗結(jié)果分析

拉拔試驗受現(xiàn)場溫度和操作方式等外界因素影響較大，其中試驗結(jié)果的溫度敏感性非常強。近年來對層間粘結(jié)研究相對較多，但目前尚無行業(yè)標準，盡管《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》(JTG 3450-2019)新增了層間粘結(jié)強度的測試方法，該方法采用拉拔儀和扭剪試驗儀以測試和評價封層、粘層、透層及防水層(以下統(tǒng)稱粘結(jié)層)與瀝青混凝土層、水泥混凝土層、橋面板(以下統(tǒng)稱結(jié)構(gòu)層)等兩種不同材料之間的層間粘結(jié)強度，也可以評價結(jié)構(gòu)層-粘結(jié)層-結(jié)構(gòu)層的粘結(jié)強度。但該規(guī)程未明確各結(jié)構(gòu)層間的粘結(jié)強度等相關(guān)技術(shù)指標要求，僅描述了相關(guān)的檢測方法，廣東目前也無相關(guān)的地方標準，因此本文參考山西省地方標準《公路瀝青鋪裝層層間結(jié)合質(zhì)量技術(shù)要求》(DB14/T647-2012)對試驗結(jié)果進行分析，溫度修正系數(shù)見表1，粘結(jié)強度相關(guān)要求見表2。

表1 不同溫度下粘結(jié)強度修正系數(shù)

表2 橋面鋪裝層間結(jié)合粘結(jié)強度技術(shù)要求(20℃，山西省地方標準)

在8座大橋上進行拉拔試驗，其中重點針對橋1和橋6進行不同溫度的多次試驗。為保證檢測的一致性，試驗人員保持不變，拉拔試驗結(jié)果見表3。

表3 拉拔試驗結(jié)果

瀝青鋪裝層層間結(jié)合溫度T按以下公式計算：

T=a+bT0

式中：

T—測定時瀝青鋪裝層層間結(jié)合溫度。

a—系數(shù)，a=-2.65+0.52h。

b—系數(shù)，b=0.62-0.008h。

h—測定層間結(jié)合距路表深度(cm)。

T0—測定時路表溫度與前 5 h的平均氣溫之和(℃)。

根據(jù)《公路瀝青鋪裝層層間結(jié)合質(zhì)量技術(shù)要求(山西省地方標準)》(DB14/T647-2012)，其層間結(jié)合溫度T最高為35℃，最低為10℃。當氣溫較高或較低時，溫度修正系數(shù)統(tǒng)一采用外延法進行計算。

從表3可知，橋1右幅粘結(jié)強度最小值為K8+850處，層間溫度為18.1℃，其拉拔試驗結(jié)果為0.93MPa，溫度修正系數(shù)為0.81，修正后的粘結(jié)強度為0.75MPa；最大值為K8+890右幅，層間溫度為9.9℃，其拉拔試驗結(jié)果為1.21MPa，溫度修正系數(shù)為0.2，修正后的粘結(jié)強度為0.24MPa；不滿足山西省地方標準《公路瀝青鋪裝層層間結(jié)合質(zhì)量技術(shù)要求》(DB14/T647-2012)規(guī)定的重交通層間結(jié)合強度不小于0.38MPa的要求。

橋1左幅粘結(jié)強度最小值為K9+180處，層間溫度為12.9℃，其拉拔試驗結(jié)果為0.97MPa，溫度修正系數(shù)為0.37，修正后的粘結(jié)強度為0.36MPa；最大值為K9+160左幅，層間溫度為9.9℃，其拉拔試驗結(jié)果為1.25MPa，溫度修正系數(shù)為0.2，修正后的粘結(jié)強度為0.25MPa；不滿足山西省地方標準《公路瀝青鋪裝層層間結(jié)合質(zhì)量技術(shù)要求》(DB14/T647-2012)規(guī)定的重交通層間結(jié)合強度不小于0.38MPa的要求。

在進行不同溫度下的拉拔試驗時，橋1和橋6所有測試點均為相鄰且層間處理和防水粘結(jié)層施工情況相同的測試點，因此可認為橋1左幅、橋1右幅、橋6左幅和橋6右幅的層間粘結(jié)情況均相同。根據(jù)山西省地方標準《公路瀝青鋪裝層層間結(jié)合質(zhì)量技術(shù)要求》(DB14/T647-2012)，對于橋1和橋6不同溫度修正后的粘結(jié)強度，當氣溫較低時，層間結(jié)合溫度也較低，如8.6℃、9.9℃、12.9℃、16.6℃時，修正后的粘結(jié)強度不滿足要求；但是當溫度相對較高時，如18.1℃、22.7℃、28.1℃時，修正后的粘結(jié)強度滿足要求。同一路段、相同狀況的層間粘結(jié)層，出現(xiàn)在不同溫度下評價結(jié)果差異較大的情況，說明本項目地區(qū)的層間連接強度無法參考山西地方標準進行評價，因此本文對拉拔試驗結(jié)果進行線性回歸分析，得到不同層間溫度下橋面防水粘結(jié)層拉拔強度的經(jīng)驗公式，為本地區(qū)的層間粘結(jié)強度評價方法提供參考。

根據(jù)相關(guān)的文獻資料，對于防水粘結(jié)層材料在常溫25℃下，抗拉強度應(yīng)不低于0.4MPa[5-6]。由表3可知，不同溫度下粘結(jié)試驗結(jié)果均大于0.70MPa，在地表及氣溫較高時，如層間結(jié)合溫度為44.1℃，此時瀝青鋪裝層與水泥混凝土橋面之間的防水粘結(jié)層處于不利狀態(tài)，橋7左幅、右幅的拉拔強度分別為0.76MPa和0.74MPa，試驗結(jié)果均大于0.4MPa且富余度較大。在試驗過程中，每次拉拔試驗取出芯樣時，均可明顯感覺芯樣與下承層粘結(jié)良好，未見脫空等不良情況，從圖2也可見拉拔試驗后芯樣底部與橋面水泥混凝土之間粘結(jié)良好，因此可知吳川支線項目橋面防水粘結(jié)層總體施工質(zhì)量良好。

為探究針對湛江吳川地區(qū)的層間粘結(jié)強度溫度修正系數(shù)，本文對橋6進行分析，分析結(jié)果如圖3和圖4所示。此外，對不同層間溫度下橋面防水粘結(jié)層拉拔試驗結(jié)果進行回歸分析，如圖5所示。

圖3 橋6右幅不同層間結(jié)合溫度下的粘結(jié)強度

圖4 橋6左幅不同層間結(jié)合溫度下的粘結(jié)強度

圖5 不同層間結(jié)合溫度下的粘結(jié)強度

粘結(jié)強度和層間結(jié)合溫度經(jīng)驗公式：

P=2.0524T-0.253，相關(guān)系數(shù)R2=0.82

式中：P—粘結(jié)強度(MPa)；

T—層間結(jié)合溫度(℃)。

根據(jù)項目實際試驗結(jié)果，考慮到操作人員、儀器等各方面的因素，當層間結(jié)合溫度≤40℃時，建議防水粘結(jié)層拉拔粘結(jié)強度按不低于0.6MPa控制。結(jié)合圖3～圖5的數(shù)據(jù),可以看出溫度對粘結(jié)強度影響較大，隨著溫度的升高，粘結(jié)強度有降低的趨勢。

從圖3橋6右幅試驗結(jié)果可知，隨著溫度的提升，粘結(jié)強度有降低的趨勢。粘結(jié)強度最大值為K29+610右幅，層間溫度為8.6℃，試驗結(jié)果為1.29MPa，溫度修正系數(shù)為0.11，修正后的粘結(jié)強度為0.15MPa；最小值為K29+530右幅，層間溫度為28.1℃，試驗結(jié)果0.92MPa，溫度修正系數(shù)為2.38，修正后的粘結(jié)強度為2.18MPa。

從圖4橋6左幅試驗結(jié)果可知，隨著溫度的提升，粘結(jié)強度有降低的趨勢。粘結(jié)強度最大值為K29+200左幅，層間溫度為8.6℃，試驗結(jié)果為1.30MPa，溫度修正系數(shù)為0.11，修正后的粘結(jié)強度為0.15MPa，不滿足山西省地方標準《公路瀝青鋪裝層層間結(jié)合質(zhì)量技術(shù)要求》(DB14/T647-2012)規(guī)定的重交通層間結(jié)合強度不小于0.38MPa的要求；最小值為K29+260左幅，層間溫度為22.7℃，試驗結(jié)果為0.78MPa，溫度修正系數(shù)為1.37，修正后的粘結(jié)強度為1.07MPa。

4 結(jié)語

(1)對拉拔試驗結(jié)果進行回歸分析，得到不同層間溫度下的橋面防水粘結(jié)層拉拔強度經(jīng)驗公式。

(2)根據(jù)試驗結(jié)果，對于橋面瀝青層防水粘結(jié)層，當層間結(jié)合溫度≤40℃時，建議防水粘結(jié)層拉拔強度按不低于0.6MPa控制。

(3)因試驗條件所限，本文中試驗的溫度跨度不足，不同層間溫度下的橋面防水粘結(jié)層拉拔強度經(jīng)驗公式以及粘結(jié)強度溫度修正系數(shù)，仍需進一步深入研究。