水泥混凝土路面隔離層中蠟制養(yǎng)護(hù)劑的應(yīng)用

呂向陽(yáng)

（新疆路橋北疆工程建設(shè)有限公司，新疆 昌吉 831100）

0 引言

水泥混凝土路面在運(yùn)行期間容易于出現(xiàn)基層唧漿、面板裂縫及斷板等早期結(jié)構(gòu)性破壞。究其原因，主要為水泥混凝土路面基層和面層間接觸不良。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D40-2015），考慮到水穩(wěn)碎石具備高強(qiáng)度和剛度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗沖刷性能良好，施工工藝成熟，原材料充足等優(yōu)勢(shì)，在設(shè)計(jì)重載交通公路基層時(shí)，常常優(yōu)先選用水泥穩(wěn)定碎石基層。但該基層形式下因隔離層的存在容易引發(fā)層間病害，影響水泥混凝土路面施工質(zhì)量及路用性能。

結(jié)合國(guó)外應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，蠟制養(yǎng)護(hù)劑應(yīng)用于混凝土路面后能降低基層和面層間黏結(jié)程度，有效抑制基層變形、裂縫向面層的傳遞，減輕反射裂縫的發(fā)生。蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離層在國(guó)內(nèi)混凝土路面中的應(yīng)用尚不廣泛，相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)也較為欠缺，為此，本文依托公路拓寬工程實(shí)際，對(duì)蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離層性能試驗(yàn)及施工控制要點(diǎn)展開(kāi)研究，以供參考借鑒。

1 蠟制養(yǎng)護(hù)劑性能試驗(yàn)

1.1 原材料

此次試驗(yàn)主要采用工程所在地供應(yīng)的強(qiáng)度等級(jí)P.O32.5的復(fù)合硅酸鹽水泥，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27.8%，初凝及終凝時(shí)間為150min和285min，雷氏法所測(cè)安定性為2，3d及28d抗折強(qiáng)度為4.2MPa和7.1MPa，3d及28d抗壓強(qiáng)度為20.3MPa和34.4MPa。各項(xiàng)性能均符合《通用硅酸鹽水泥》（GB 175-2020）要求。

細(xì)集料應(yīng)使用潔凈、硬質(zhì)、耐久的機(jī)制砂或混合砂。該試驗(yàn)采用細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量1.6%，堆積密度1495kg/m3，表觀密度2685kg/m3，孔隙率44.8%，吸水率1.9%的中砂。該中砂在篩孔尺寸為0.075mm、0.15mm、0.3mm、0.6mm、1.18mm、2.36mm、4.75mm、9.8mm時(shí)，通過(guò)的百分率分別為2.3%、3.2%、12.6%、32.7%、40.9%、81.0%、97.5%、100%。

粗集料則選用粒徑在4.75mm以上，技術(shù)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，吸水率＜1.0%的石灰?guī)r碎石料，將粒徑分成9.5mm～19mm和4.75mm～9.5mm兩個(gè)等級(jí)。粗集料性能指標(biāo)及篩分結(jié)果如表1和表2所示。

表1 粗集料性能指標(biāo)

表2 粗集料篩分結(jié)果

蠟制養(yǎng)護(hù)劑以一定溫度范圍內(nèi)不溶于水的天然石蠟或合成石蠟為主材，借助乳化劑定向吸附功能及機(jī)械外力，使石蠟微粒分散于水體內(nèi)形成乳液；待固化后便成為具備憎水性能的蠟制養(yǎng)護(hù)劑[1]。將新拌制的水泥混凝土澆筑在固化后的蠟制養(yǎng)護(hù)膜上，因振搗及離析而產(chǎn)生的水泥漿在蠟制養(yǎng)護(hù)膜的隔離作用下，不會(huì)順著基層裂縫和空隙入滲，因此也不會(huì)形成層間過(guò)渡層。該試驗(yàn)所使用的蠟制養(yǎng)護(hù)劑由工程所在地某建筑工程材料有限公司提供，養(yǎng)護(hù)劑以水晶石蠟為主成分，抗壓強(qiáng)度比為95%，固含量≥25%，有效保水率可達(dá)到90kg/m2，連續(xù)成膜且無(wú)透孔；養(yǎng)護(hù)劑噴灑后表面潑水形成水珠所需時(shí)間≤4h；成膜性能合格，可密封儲(chǔ)存半年，成膜后浸水不溶；噴灑后對(duì)水泥混凝土性能無(wú)不良影響。

1.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)儀器由1個(gè)應(yīng)力環(huán)和1個(gè)液壓千斤頂構(gòu)成，千斤頂?shù)亩祟^頂設(shè)在反力架上；本次試驗(yàn)的反力架由左側(cè)路面板充當(dāng)，通過(guò)液壓千斤頂和應(yīng)力環(huán)向試件施加水平推力，先快后慢。在試件移動(dòng)的過(guò)程中讀取千分表讀數(shù)，經(jīng)過(guò)換算后得到試件所承受的水平頂力及剪切破壞發(fā)生時(shí)的水平推力最大值。試驗(yàn)前必須標(biāo)定應(yīng)力環(huán)。

1.3 蠟制養(yǎng)護(hù)劑用量

根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG/T F30-2014）展開(kāi)試驗(yàn)后，對(duì)比分離界面，可以看出未噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑的界面面層與基層間黏結(jié)較好，剪切試驗(yàn)后，界面也未發(fā)生分離，且破壞嚴(yán)重；而噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑的面層和基層間接觸面光滑，層間黏結(jié)力非常小。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，將蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑于不同粗糙程度的水穩(wěn)碎石基層后，層間粘結(jié)情況顯著改變，養(yǎng)護(hù)劑噴灑劑量越小，越有助于降低層間黏聚力，黏聚力降幅普遍達(dá)到68%～80%，層間摩擦力隨之降低。當(dāng)蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑量達(dá)到一定限值后，層間黏結(jié)力會(huì)穩(wěn)定在某一范圍，此后蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑量再增加，對(duì)層間黏結(jié)力的影響不再明顯[2]。

當(dāng)水穩(wěn)基層表面構(gòu)造深度在0.3mm以下時(shí)，蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑量應(yīng)按0.2L/m2～0.4L/m2確定；當(dāng)水穩(wěn)基層表面構(gòu)造深度位于0.3mm～0.6mm時(shí)，蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑量應(yīng)按0.4L/m2～0.6L/m2確定；當(dāng)水穩(wěn)基層表面構(gòu)造深度在0.6mm～1.4mm時(shí)，養(yǎng)護(hù)劑噴灑量為0.6/m2～0.8L/m2；當(dāng)水穩(wěn)基層表面構(gòu)造深度超出1.4mm時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際及其余工況適當(dāng)增大噴灑量。

1.4 綜合摩擦系數(shù)試驗(yàn)

該公路試驗(yàn)段隔離層施工效果易受到行車(chē)、灰塵、降雨等影響，為此，本文在試驗(yàn)路段輔助期間對(duì)各種因素展開(kāi)綜合摩擦系數(shù)試驗(yàn)。通過(guò)在不同基層表面成型強(qiáng)度等級(jí)為C35、結(jié)構(gòu)尺寸為150×150×550mm、抗壓強(qiáng)度在30MPa～35MPa、自重為0.297kN的小梁展開(kāi)綜合摩擦系數(shù)試驗(yàn)。試驗(yàn)開(kāi)始后，向試件端部施加水平推力直至破壞，據(jù)此模擬水泥混凝土面板在受約束情況下變形后可能產(chǎn)生的摩擦力和黏結(jié)應(yīng)力值。

為便于展開(kāi)分析，將試件頂推力最大值和試件自重之比稱為綜合摩擦系數(shù)，并以此體現(xiàn)結(jié)構(gòu)層界面靜摩擦力和黏結(jié)力等力學(xué)性能。試驗(yàn)過(guò)程中反力主要由載重汽車(chē)提供，并保證千斤頂中心、測(cè)力環(huán)中心、試件中心全部位于同一水平面對(duì)中。加載開(kāi)始后，緩慢頂推千斤頂，直至試件完全脫離基層，檢測(cè)和記錄最大測(cè)力值，并以此值為最大水平推力；根據(jù)該值與剪切面積之比確定切向黏結(jié)應(yīng)力最大值[3]。綜合摩擦系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在受到水平力作用后試件需要克服一定摩阻力方能移動(dòng)，且摩阻力大小與層間狀態(tài)有關(guān)。施加水平力直至試件與基層表面完全脫離，這一過(guò)程主要經(jīng)歷以下階段：一是單純克服黏結(jié)力的階段，無(wú)水平位移發(fā)生；二是克服摩擦力階段，開(kāi)始出現(xiàn)水平位移，且位移大小與推力直接相關(guān)；三是試件與基層接觸界面完全破壞，推力驟降至零，水平位移瞬間增至最大值。

圖1 綜合摩擦系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

2 工程應(yīng)用

某公路全線長(zhǎng)1 3 2.5 k m，此次改造段起止里程k35+837～k40+822，該路段建成于2009年，路段長(zhǎng)4.985km，路基寬17.6m，行車(chē)速度為60km/h，按雙向四車(chē)道一級(jí)公路設(shè)計(jì)。該改造段重型車(chē)輛多，路面損耗大，限于設(shè)計(jì)及施工技術(shù)水平，公路水穩(wěn)層薄弱，承載力低，中間未設(shè)置防撞護(hù)欄，混合交通現(xiàn)象十分嚴(yán)重，道路通行能力低下。為順應(yīng)地區(qū)社會(huì)發(fā)展的需要，公路亟需段改造拓寬。經(jīng)過(guò)項(xiàng)目部論證，決定在基層表面噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離層，有效改善過(guò)渡層形成，提升路面層間接觸狀況，并滿足路面力學(xué)層間接觸要求；減少層間摩阻力，增強(qiáng)水泥混凝土路面防水性能。

2.1 基層處理

對(duì)于水泥混凝土路面基層存在裂縫或集料外露等情況，必須在噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑前展開(kāi)基層處理。裂縫處理應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范展開(kāi)，對(duì)于基層出現(xiàn)的非擴(kuò)展性溫縮裂縫和干縮裂縫，應(yīng)根據(jù)裂縫寬度灌注瀝青，并在裂縫上鋪設(shè)改性瀝青黏貼油氈或土工布。對(duì)于縱向擴(kuò)展裂縫，必須深入分析可能原因，如果是因?yàn)槁坊矫娴脑?，則應(yīng)采取有效的穩(wěn)固措施根治。為增強(qiáng)基礎(chǔ)處理效果，還應(yīng)在縱向裂縫所在面板內(nèi)距離板底1/3處鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)與裂縫端部的距離至少達(dá)到5m，以起到補(bǔ)強(qiáng)效果。

對(duì)于一塊混凝土面板上斷板裂縫數(shù)量在兩條以上或表現(xiàn)出分叉特征的，必須整板挖除后重鋪。對(duì)于基層集料外露面積不超出待檢面積30%的區(qū)域，應(yīng)通過(guò)高標(biāo)號(hào)水泥砂漿、環(huán)氧砂漿或高含量瀝青砂漿修補(bǔ)缺陷，并在修補(bǔ)結(jié)束7d～8d后施作蠟制隔離層。

2.2 蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑

為避免風(fēng)對(duì)蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑均勻性的不利影響，應(yīng)選用具備全封閉噴霧系統(tǒng)的噴灑機(jī)械。噴灑過(guò)程中，如遇刮風(fēng)降雨等情形，應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)或暫停施工；每次噴灑前均應(yīng)全面檢查噴灑及噴霧器通暢情況，避免因堵塞而影響噴灑質(zhì)量。噴灑前必須徹底清潔基層表面，將碎石、灰塵、雜物等徹底掃除，保證噴灑效果；噴灑施工期間，質(zhì)量較好的基層應(yīng)按0.4L/m2±0.1L/m2控制噴灑量。

蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑時(shí)采用罐式噴灑車(chē)，該公路試驗(yàn)段基層條件良好，構(gòu)造深度小，噴灑量應(yīng)控制在0.4L/m2～0.6L/m2之間，在局部噴灑不到位的區(qū)域應(yīng)人工補(bǔ)灑。隔離劑噴灑結(jié)束后，若天氣條件良好，則基層表面在2h～4h內(nèi)便可形成一層覆蓋式薄膜，憎水性明顯增強(qiáng)。

2.3 施工質(zhì)量控制

為確保蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑施工質(zhì)量，在混凝土表面養(yǎng)護(hù)劑未成膜時(shí)如遇刮風(fēng)降雨，則應(yīng)加蓋防風(fēng)防雨設(shè)施；對(duì)于未加蓋的情況，必須在異常天氣結(jié)束后補(bǔ)噴。為有效降低灰塵、降雨等因素的不利影響，提升隔離效果，應(yīng)在面層水泥混凝土攤鋪前1d～2d噴灑養(yǎng)護(hù)劑。如果噴灑后時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，則應(yīng)在攤鋪前補(bǔ)噴灑。對(duì)于補(bǔ)噴灑的情形，可以在面層水泥混凝土攤鋪施工前4h～6h噴灑。

在蠟制養(yǎng)護(hù)層成膜后鋪筑面層時(shí)必須盡可能降低運(yùn)料車(chē)、攤鋪機(jī)等施工設(shè)備機(jī)具等對(duì)養(yǎng)護(hù)膜的不利影響，必要時(shí)可將木板墊設(shè)在布料機(jī)履帶下方或直接用橡膠帶包裹履帶。對(duì)于明顯受損的養(yǎng)護(hù)膜，必須及時(shí)補(bǔ)噴。

3 效果檢測(cè)與評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，在蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑后30min～60min即形成連續(xù)性薄膜，已具備一定的養(yǎng)護(hù)隔離效果；4h～6h后在噴灑隔離劑的基層表面潑水，水呈油珠狀滾落，養(yǎng)護(hù)效果已經(jīng)完全形成。不存在水分滲入混凝土結(jié)構(gòu)的情況，表明公路試驗(yàn)段蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑量充足，且無(wú)漏噴[4]。成膜后2d～3d養(yǎng)護(hù)膜白色消失，路面呈現(xiàn)出均勻的青灰色。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜合本文分析可知，因水泥混凝土路面面層與基層間存在過(guò)渡層，使其無(wú)法滿足常規(guī)路面層間力學(xué)要求，極易引發(fā)層間破壞。而在基層表面按照設(shè)計(jì)用量噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離層后，層間黏結(jié)情況發(fā)生質(zhì)的改變，層間黏聚力可降低68%～80%，過(guò)渡層性能顯著改善；同時(shí)，蠟制養(yǎng)護(hù)劑噴灑后，不同構(gòu)造深度下的法向黏結(jié)力也明顯減小，最大減小幅度達(dá)到80%～90%。該試驗(yàn)段在5%水穩(wěn)基層上噴灑蠟制隔離層施工后，公路拓寬段路用性能明顯優(yōu)于舊路面；施工成本方面明顯較低，具備顯著的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可在類似公路工程中推廣應(yīng)用。