由于钢箱梁具有跨越能力强、构件质量轻、运送和拼装方便、施工周期短等优点, 在互通匝道弯桥中应用越来越多。然而, 目前钢箱梁桥面铺装技术体系还不完善, 我国部分已建成的钢桥面铺装在服役期内大都出现了病害。据调查显示, 由于层间粘结性能不足引起的铺装层推移、拥包病害表现最为严重。因此, 提高钢箱梁桥面铺装结构层间性能是解决问题的关键。针对这一问题, 国内外科研人员早就对桥面铺装防水粘结层展开了长期探索和研究, 并取得了较多成果。
本文以郑州西三环钢箱梁桥面铺装结构为研究对象, 利用试验手段探索防水粘结材料和粘层油用量、温度变化对铺装层层间性能的影响。
试验采用的钢纤维混凝土配合比符合《公路钢纤维混凝土路面施工技术规范》 (JTG F30-2003) , 详见表1。制作成300mm×300mm×70mm的钢纤维混凝土块, 待其初凝后在其上表面模拟实际情况进行拉毛处理, 在标准条件下养护28d后进行钻心取样, 在300mm×300mm×70mm的钢纤维混凝土块中钻取若干直径101mm、高70mm的圆柱形试件, 擦干后备用。
试验采用AC-16沥青混凝土, 所用原材料有SBS改性沥青、集料为角闪岩, 粒径规格分别为S9 (10～20mm) 、S10 (10～15mm) 、S11 (5～10mm) 和S15 (0～5mm) 、S95级矿粉。沥青混凝土的配合比计算按照《公路沥青路面施工技术规范》 (JTG F40-2004) 进行。AC-16沥青混凝土的配合比详见表2。
试验中, C50钢纤维混凝土层与AC-16沥青混凝土层间的防水粘结材料采用聚氨酯材料。
C50钢纤维混凝土与AC-16沥青混凝土组合试件。
将聚氨酯防水粘结材料均匀涂抹在钢纤维混凝土上表面, 待其完全干燥后, 将其置于马歇尔试模的套筒中, 再在其上放置马歇尔试模 (尺寸:直径101.6mm、高87mm) , 按照标准马歇尔试件的制作方法制作厚度为40mm的AC-16沥青混凝土层, 待组合试件冷却后进行脱模处理, 将脱模后的组合试件放在一旁备用。
以C50钢纤维混凝土与AC-16沥青混凝土层间为例。
(1) 确定聚氨酯防水涂料最佳用量。
在常温 (20℃) 条件下, 改变层间聚氨酯防水材料用量, 进行层间剪切试验, 分析防水材料用量对钢纤维混凝土与沥青混凝土层间剪切强度的影响规律, 并确定聚氨酯防水涂料的最佳用量。
(2) 研究温度变化对层间剪切强度的影响。
在最佳聚氨酯用量的情况下, 改变试验温度, 进行层间剪切试验, 分析温度对钢纤维混凝土与沥青混凝土层间剪切强度的影响规律。
剪切试验采用电脑数控马歇尔稳定度测定仪与自制剪切装置, 分别将控温6h后的各组合试件进行剪切试验。层间剪应力的计算公式如下:
式中, τ为剪应力 (MPa) ;F为剪切力 (N) ;S为剪切面面积 (m2) , 取8×10-3m2。
试验对象为C50钢纤维混凝土与AC-16沥青混凝土组合试件, 试验温度为20℃, 控温6h, 试验结果见表3、图1。
从图1可以看出, 在常温20℃的情况下, 聚氨酯用量为0.375L/m2的剪切强度最大, 为1.02MPa, 即最佳聚氨酯用量为0.375L/m2。
试验对象为C50钢纤维混凝土与AC-16沥青混凝土组合试件, 聚氨酯用量为0.375L/m2, 试验温度为0、20、40、60℃, 控温6h, 试验结果见表4、图2。
从图2可以看出, 在聚氨酯防水材料用量一定的条件下, 层间剪切强度随温度的升高而降低;当温度为0℃时, 试件的抗剪强度最大, 但此时试件会发生瞬间脆断;高温 (60℃) 时, 界面的抗剪强度只有常温 (20℃) 时的3.9%, 此时如果是重载车辆紧急制动, 容易导致桥面钢纤维混凝土层与沥青混凝土层出现剪切滑移破坏。
通过研究, 得到以下结论:
(1) 钢纤维混凝土与AC-16沥青混凝土层间聚氨酯防水涂料的最佳用量为0.375L/m2, 在此用量下组合铺装结构层间性能最佳。
(2) 在层间粘层油用量一定的条件下, 层间剪切强度随温度的升高而降低, 60℃时层间抗剪强度最小, 如果有重车在桥面上紧急制动, 会给桥面铺装层施加较大水平力, 容易导致桥面组合铺装钢纤维混凝土与沥青混凝土层间出现剪切破坏。
摘要：针对郑州西三环钢箱梁桥面铺装结构, 对铺装层间剪切性能进行了试验研究。通过室内模拟剪切试验, 研究聚氨酯防水粘结材料用量及温度变化对铺装层间抗剪强度的影响规律。研究结果表明:聚氨酯用量为0.375L/m2时, 铺装结构层间抗剪强度最大;在聚氨酯用量一定时, 铺装层间剪切强度随温度的升高而降低。
关键词：桥面铺装,防水粘结层,层间性能,剪切强度
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