唐智倫 熊潮波 王火明

【摘要】界面層強(qiáng)度是影響剛?cè)釓?fù)合式路面使用性能的重要因素，為了尋求合理的界面處理方式以及不同界面處理方式對(duì)界面強(qiáng)度的影響規(guī)律，本文通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)研究了不同水泥混凝土板界面處理方式對(duì)剛?cè)釓?fù)合式路面界面層強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，采用拋丸噴砂處理的界面，采用相同粘結(jié)層材料的情況下，得到的界面粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度均較高;采用精銑刨處理，最佳的銑刨深度宜控制在6mm。論文成果對(duì)于今后修筑剛?cè)釓?fù)合式路面時(shí)合理選擇界面處理方式有重要參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】剛?cè)釓?fù)合式路面;界面強(qiáng)度;斜剪試驗(yàn);拉拔試驗(yàn);噴砂界面;精銑刨

Experimental study on the effect of interface treatment on the strength of interface layer of rigid-flexible composite pavement

Tang Zhi-lun，Xiong Chao-bo，Wang Huo-ming

（China Merchants Chongqing Transportation Research and Design Institute Co.， LtdChongqing400067）

【Abstract】The interface layer strength is an important factor affecting the performance of rigid-flexible composite pavement. In order to find a reasonable interface treatment method and the influence of different interface treatment methods on the interface strength， this paper studies different cement concrete through indoor drawing test and shear test. The effect of the interface treatment on the strength of the interface layer of rigid-flexible composite pavement. The results show that the interface bond strength and shear strength are higher when the same bonding layer material is used in the interface treated by shot blasting. The optimum milling depth should be controlled by fine milling. At 6mm. The results of the thesis have important reference value for the reasonable selection of interface treatment methods in the construction of rigid-flexible composite pavement in the future.

【Key words】Rigid-flexible composite pavement;Interface strength;Oblique shear test;Drawing test;Sandblasting interface;Fine milling

1. 概述

剛?cè)釓?fù)合式路面指的是在水泥混凝土板上加鋪瀝青層而形成的路面結(jié)構(gòu)，界面層位于水泥混凝土板與瀝青面層之間，起粘結(jié)和防水作用。實(shí)踐表明：界面層質(zhì)量是影響剛?cè)釓?fù)合式路面使用壽命的重要因素。界面層強(qiáng)度（包括抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度）是評(píng)價(jià)界面層質(zhì)量的重要指標(biāo)。影響剛?cè)釓?fù)合式路面界面層強(qiáng)度的因素有很多，主要包括以下兩個(gè)大的方面：（1）界面層防水粘結(jié)材料;（2）水泥混凝土板界面處理方式。目前常用的界面層防水粘結(jié)材料包括卷材類和涂抹類兩種，防水粘結(jié)層材料的性能對(duì)界面層強(qiáng)度有很大影響。有很多人曾做過不同的防水粘結(jié)層材料的界面層強(qiáng)度試驗(yàn)，得到了許多有用的結(jié)論。然而，針對(duì)水泥混凝土板界面處理方式對(duì)界面層強(qiáng)度影響的試驗(yàn)開展不多。本文通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn)和斜剪試驗(yàn)研究了不同的水泥混凝土板界面處理方式對(duì)界面層抗剪強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度的影響。同時(shí)，針對(duì)精銑刨界面，研究了不同銑刨深度對(duì)界面層強(qiáng)度的影響，得到了最佳的銑刨深度。

2. 試驗(yàn)材料及方法

2.1試驗(yàn)材料。

試驗(yàn)采用熱涂SBS改性瀝青作為界面層防水粘結(jié)材料，水泥混凝土板采用采用普通硅酸鹽水泥（32.5）、中砂（河砂）和集料（碎石）。按照C30強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)。加鋪層瀝青混合料采用普通蘭煉AH-90瀝青，集料采用石灰?guī)r，混合料級(jí)配采用AC-16C型。鑒于本文研究的重點(diǎn)是水泥混凝土板界面處理方式對(duì)界面層強(qiáng)度的影響，因此對(duì)于面層瀝青混合料的組成設(shè)計(jì)不予強(qiáng)調(diào)。SBS改性瀝青試驗(yàn)結(jié)果見表1，水泥混凝土板配合比見表2。

2.2試驗(yàn)方法。

試驗(yàn)采用直接拉拔試驗(yàn)測定界面層粘結(jié)強(qiáng)度，采用450斜剪試驗(yàn)測定界面層抗剪強(qiáng)度。采用砂輪對(duì)水泥混凝土板界面進(jìn)行處理，模擬以下四種界面：噴砂界面、精銑刨界面、人工界面、光面。精銑刨界面銑刨深度控制為4±1mm，人工界面鑿孔深度控制為3±1mm，噴砂界面最大深度控制為2mm。試驗(yàn)采用水泥混凝土板+防水粘結(jié)層+瀝青混合料層復(fù)合板試件，采用車轍儀輪碾成型。經(jīng)養(yǎng)護(hù)待強(qiáng)度達(dá)到要求后，在切割機(jī)上將復(fù)合板切割成標(biāo)準(zhǔn)尺寸的試件。此次試驗(yàn)采用的試件尺寸（長×寬×高）為：抗剪試驗(yàn)試件尺寸（10×5×10）cm，拉拔試驗(yàn)試件尺寸（5×5×10）cm。試驗(yàn)溫度控制在25±2℃，防水粘結(jié)層厚度為1mm。

3. 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）通過拉拔試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)，得到不同水泥混凝土板界面處理方式下的界面層強(qiáng)度見表3。

（2）試驗(yàn)結(jié)果表明，就抗剪強(qiáng)度而言，最好的是精銑刨界面，其次是噴砂界面、人工界面，最差的是光面;就粘結(jié)強(qiáng)度而言，最好的是噴砂界面，其次是精銑刨界面和人工界面，最差的是光面。此外，試驗(yàn)結(jié)果還表明水泥混凝土板界面處理方式對(duì)界面層抗剪強(qiáng)度的影響要比對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響大。分析原因，筆者認(rèn)為：剛?cè)釓?fù)合式路面界面層抗剪強(qiáng)度來源于兩個(gè)方面，一是防水粘結(jié)層材料的粘結(jié)作用，二是面層瀝青混合料與水泥混凝土板界面構(gòu)造深度之間的摩擦咬合作用。精銑刨界面構(gòu)造深度最大，與面層瀝青混合料的摩擦咬合作用最強(qiáng)，因此，其抗剪強(qiáng)度表現(xiàn)為最大。光面由于界面構(gòu)造深度最小，因此，界面抗剪強(qiáng)度基本上依靠防水粘結(jié)層材料的粘結(jié)作用，摩擦咬合作用較小。對(duì)于界面層的粘結(jié)強(qiáng)度而言，主要是依靠防水粘結(jié)層材料的粘結(jié)作用，并且與實(shí)際粘結(jié)面積的大小有關(guān)。由于噴砂界面表面呈平滑的曲面狀，使得瀝青面層與水泥混凝土板能夠緊密結(jié)合在一起，且粘結(jié)面積較大，因此，其粘結(jié)強(qiáng)度較高。人工界面由于界面呈現(xiàn)為一個(gè)一個(gè)獨(dú)立的坑洞，使得面層瀝青混合料很難與水泥混凝土板緊密結(jié)合，由于坑洞處縫隙的存在，使得界面層粘結(jié)強(qiáng)度最小。因此，綜合抗剪強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度而言，最好的水泥混凝土板界面處理方式為噴砂界面，其次為精銑刨界面和人工界面，最差的是光面。對(duì)于高速公路，特大型橋梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，優(yōu)先推薦使用噴砂界面。對(duì)于人工界面和光面只能用于低等級(jí)道路或者是對(duì)于界面層抗剪強(qiáng)度要求不高的路段。

4. 精銑刨界面最佳銑刨深度的確定

（1）此次試驗(yàn)還對(duì)精銑刨界面的銑刨深度進(jìn)行了量化研究，目的是想弄清楚精銑刨界面的銑刨深度與界面強(qiáng)度（抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度）的關(guān)系。同樣選擇熱涂SBS改性瀝青作為防水粘結(jié)層材料，涂層厚度為1mm。對(duì)不同銑刨深度進(jìn)行了剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度控制在25±2℃。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

（2）通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，銑刨深度對(duì)界面層抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度都有一定影響。具體來說，隨著銑刨深度逐漸增大，抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，也即是隨著銑刨深度的增大，抗剪強(qiáng)度出現(xiàn)一個(gè)峰值，此峰值對(duì)應(yīng)的銑刨深度為6mm。對(duì)于粘結(jié)強(qiáng)度而言，隨著銑刨深度增大而不斷增大，但增長趨勢逐漸減緩。尤其是當(dāng)銑刨深度超過4mm后，粘結(jié)強(qiáng)度隨銑刨深度增加而增長緩慢。

（3）分析原因，筆者認(rèn)為有以下幾方面：首先，隨著銑刨深度由0逐漸增大，使得瀝青混合料與水泥混凝土板之間的機(jī)械咬合作用增強(qiáng)，界面層的抗剪強(qiáng)度不再僅僅依靠防水粘結(jié)層自身的粘結(jié)作用，而部分依靠瀝青混合料與水泥板之間的機(jī)械咬合作用。因此，隨著銑刨深度增加，界面層抗剪強(qiáng)度呈現(xiàn)增大趨勢。但是，隨著銑刨深度的進(jìn)一步增大，因?yàn)樗喟宓蔫徔p深度較大，使得一方面加鋪層瀝青混合料與水泥板之間不能很好的密切粘結(jié)，不可避免會(huì)在鑿縫內(nèi)存留細(xì)微的縫隙，盡管隨著銑刨深度增大，瀝青混合料與水泥板之間有效接觸面積增大，但隨之出現(xiàn)細(xì)微縫隙的可能性也增大了，微裂隙的存在會(huì)削弱界面層的抗剪強(qiáng)度;另一方面由于銑刨深度過大，使得在鑿縫尖端的應(yīng)力集中更加明顯，由于應(yīng)力集中現(xiàn)象出現(xiàn)，使得界面層出現(xiàn)微裂紋的幾率大大增加，因此，應(yīng)力集中也會(huì)削弱界面層的抗剪強(qiáng)度。因此，出現(xiàn)界面層抗剪強(qiáng)度隨銑刨深度增加而呈現(xiàn)先增后減的變化不足為奇。

（4）其次，隨著界面層銑刨深度的增大，使得瀝青層與水泥板之間的有效接觸面積逐漸增大。盡管隨著銑刨深度的增加，瀝青層與水泥板之間出現(xiàn)空隙和微裂紋的幾率也隨著增加，但顯而易見的是，這并不影響有效接觸面積的逐漸增大。此處提到的有效接觸面積指的是瀝青混合料與水泥板之間實(shí)際的接觸面積，不包括彼此之間存在的空隙和微裂紋。因此，這里的有效接觸面積只是一個(gè)理想化的概念，實(shí)際上并不確定，也是無法準(zhǔn)確測量得到的。由于瀝青混合料與水泥混凝土板之間的有效接觸面積逐漸增大，使得彼此之間的粘結(jié)強(qiáng)度也逐漸增大。而之所以會(huì)出現(xiàn)后期增長緩慢的原因，正是由于隨著銑刨深度增大而出現(xiàn)更多的空隙和微裂紋的緣故。如圖1反映了界面層強(qiáng)度隨銑刨深度的變化關(guān)系。

（5）通過對(duì)精銑刨界面銑刨深度的定量研究，得到的結(jié)論是：界面抗剪強(qiáng)度隨著銑刨深度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢，當(dāng)銑刨深度在6mm左右時(shí)，界面抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大值;界面粘結(jié)強(qiáng)度隨著銑刨深度的增大而逐漸增大，但當(dāng)銑刨深度超過4mm之后，增大趨勢不明顯。綜合考慮界面層抗剪強(qiáng)度及粘結(jié)強(qiáng)度后，筆者認(rèn)為：對(duì)于精銑刨界面控制銑刨深度在6mm是最佳的?？紤]實(shí)際施工可能存在的誤差，提出精銑刨界面最佳銑刨深度為：5～7mm，控制在4～8mm是合適的。當(dāng)然，實(shí)際工程中對(duì)銑刨深度的選擇還需要考慮所在路段的實(shí)際受力情況，綜合考慮各種因素之后決定。

5. 結(jié)論

（1）通過室內(nèi)拉拔試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)，對(duì)不同水泥混凝土板界面處理方式進(jìn)行界面層的強(qiáng)度測試。結(jié)果表明，在同等條件下，采用噴砂處理水泥混凝土板界面時(shí)，界面層抗剪強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度都是比較高的。對(duì)于精銑刨界面而言，界面層強(qiáng)度隨著銑刨深度變化而變化，當(dāng)銑刨深度為6mm左右時(shí)，界面層強(qiáng)度達(dá)到最高。

（2）因此，在實(shí)際工程中，應(yīng)該優(yōu)先選用噴砂或者精銑刨來處理水泥混凝土板界面，且當(dāng)采用精銑刨界面時(shí)，要盡量控制銑刨深度在6mm左右。然而，必須說明的是：本文所有的試驗(yàn)都是采用SBS改性瀝青作為界面層防水粘結(jié)材料。試驗(yàn)所得到的結(jié)論是否對(duì)于所有的防水粘結(jié)層材料都適用還有待進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

參考文獻(xiàn)

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