裝配式水泥混凝土道面灌漿層的粘結(jié)特性

朱懋江， 翁興中， 張 俊， 楊博瀚， 劉軍忠

(1. 空軍工程大學(xué) 機(jī)場(chǎng)建筑工程系， 西安 710038； 2. 空軍工程設(shè)計(jì)研究局， 北京 100068)

裝配式水泥混凝土道面(Prefabricated Cement Concrete Powement, PCCP)是由工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的水泥混凝土道面板，采用機(jī)械化施工的拼裝方法，在平整、壓實(shí)度良好的基層或土基上鋪設(shè)而成的機(jī)場(chǎng)道面[1].PCCP兼有普通混凝土材料的價(jià)格低廉和快速修補(bǔ)材料的早期強(qiáng)度較高的優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)場(chǎng)道面修補(bǔ)及快速鋪筑高等級(jí)機(jī)場(chǎng)道面的理想選擇，這對(duì)于災(zāi)后人道主義救援物資的輸送、戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)前線機(jī)場(chǎng)的開(kāi)設(shè)以及諸如海島等惡劣條件下修建永備機(jī)場(chǎng)都是具有非常重要的意義的[2-3].

現(xiàn)有對(duì)PCCP的研究也證實(shí)了此項(xiàng)技術(shù)在機(jī)場(chǎng)道面快速修補(bǔ)及高等級(jí)機(jī)場(chǎng)道面快速建設(shè)中的光明前景.2008～2012年，美國(guó)開(kāi)展了題為“SHRP2 Project R05-Modular Pavement Technology”的研究，研究報(bào)告中介紹了米勒堡超級(jí)板塊拼接法、Uretek法、 密歇根法和美國(guó)空軍法等預(yù)制混凝土道面板的拼裝方法，這些拼裝方法大同小異，其主要區(qū)別在于板的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)平層的材料和道面接縫處傳力桿的設(shè)計(jì)等方面[4]，美國(guó)空軍對(duì)裝配式混凝土道面板的研究十分重視，特別創(chuàng)立了名為“美國(guó)空軍法”的快速修補(bǔ)機(jī)場(chǎng)道面方法，實(shí)現(xiàn)了在4～8 h對(duì)機(jī)場(chǎng)道面修復(fù)完畢并投入使用的目標(biāo)[5].Doyle等[6]對(duì)預(yù)制板在機(jī)場(chǎng)道面的維修中的可行性進(jìn)行了詳細(xì)的評(píng)估，結(jié)果表明只要基層材料具有足夠的強(qiáng)度并且保證傳力桿接縫拼裝時(shí)的施工質(zhì)量，預(yù)制板修復(fù)的路面可以服役15～20年.國(guó)內(nèi)有關(guān)PCCP的研究主要集中在公路方面.周澤民[7]在1991年就試鋪的裝配式路面探討了其應(yīng)用前景，田志昌等[8]分析了裝配式水泥混凝土路面板荷載應(yīng)力與其尺寸的關(guān)系并提出了企口縫的優(yōu)化方案，王軍強(qiáng)等[9]以漿錨連接和間接連接為對(duì)象，研究了水泥基灌漿材料的性能，并提出了水泥基灌漿施工時(shí)的質(zhì)量控制方法.

在PCCP結(jié)構(gòu)層中，除了預(yù)制的面層和快速處理的基層，灌漿層是另一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)層.灌漿層與相鄰結(jié)構(gòu)層的粘結(jié)程度、灌漿材料自身的性能都會(huì)影響面層、灌漿層和基層三者之間的結(jié)合程度，從而進(jìn)一步影響整個(gè)PCCP結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng).目前，工程應(yīng)用的灌漿材料種類繁多，很多學(xué)者針對(duì)水泥基灌漿材料開(kāi)展的研究主要集中在軟土地基加固、壩體裂縫修補(bǔ)以及公路維修等方面[10-14].但在裝配式的水泥混凝土路面和PCCP工程中卻很少針對(duì)灌漿層的粘結(jié)特性開(kāi)展試驗(yàn)研究，尤其是灌漿材料的性能以及灌漿層在荷載作用下PCCP結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)常常被學(xué)者們所忽視，因此在這些方面亟待開(kāi)展相應(yīng)的試驗(yàn)研究.

采用小梁試件模擬道面面層開(kāi)展的室內(nèi)試驗(yàn)研究結(jié)果表明，用小梁進(jìn)行模擬道面結(jié)構(gòu)試驗(yàn)是一種較為經(jīng)濟(jì)有效的試驗(yàn)手段[15-16].因此參照相關(guān)規(guī)范[17]，本文采用尺寸為150 mm×150 mm×550 mm的小梁試件模擬PCCP的面層，針對(duì)影響灌漿層與其他結(jié)構(gòu)層粘結(jié)性能的4個(gè)因素，即灌漿種類(A)、板底粗糙程度(B)、灌漿厚度(C)及基層結(jié)構(gòu)(D)，以及其不同的水平設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)方案，對(duì)豎向靜載、豎向疲勞荷載以及側(cè)向荷載作用下PCCP的結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了分析，并得出了最佳灌漿層方案，可以用以指導(dǎo)下一步的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和施工實(shí)際.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

普通水泥砂漿灌漿料(以下簡(jiǎn)稱為PTC)采用冀東水泥廠生產(chǎn)的秦嶺牌普通硅酸鹽水泥為膠凝材料，其強(qiáng)度等級(jí)為 42.5，密度為 3 100 kg/m3.PTC的特點(diǎn)是價(jià)格低廉，材料來(lái)源廣泛.高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料(以下簡(jiǎn)稱為CGM)采用山東千盾灌漿料廠生產(chǎn)的高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿材料，它是一種自流型微膨脹干粉砂漿，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、自流動(dòng)和微膨脹等特性.CGM的特點(diǎn)是價(jià)格中等，工廠標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)品質(zhì)較高.雙快水泥灌漿料(以下簡(jiǎn)稱為SKC)采用中聯(lián)牌標(biāo)號(hào)為425#的快凝快硬硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料，其具有堿度低，能適當(dāng)補(bǔ)償收縮及快硬、早強(qiáng)的特性.SKC的特點(diǎn)是硬化快，早期強(qiáng)度高，但是價(jià)格昂貴，材料來(lái)源有限且不易存放.3種灌漿材料的配合比設(shè)計(jì)均為質(zhì)量百分比，灌漿材料的流動(dòng)度、強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間測(cè)試參考規(guī)范(JTG E30-2005)[17]，測(cè)試結(jié)果如表1所示.

表1 3種灌漿材料的配合比及特性Tab.1 Mix proportion and properties of three grouting materials

1.2 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本文開(kāi)展的灌漿層粘結(jié)特性試驗(yàn)是采用道面混凝土小梁模擬裝配式水泥混凝土道面板，在小梁與土質(zhì)基層之間鋪筑灌漿層.試驗(yàn)中涉及到灌漿材料、灌漿層厚度、面層板底粗糙程度以及基層結(jié)構(gòu)等4個(gè)因素，每個(gè)因素還需要考慮幾種不同的水平，本文正交試驗(yàn)考慮的因素和水平如表2所示.試驗(yàn)采用四因素三水平的正交試驗(yàn)(L9(34))如表3所示.

表2 正交試驗(yàn)的因素和水平Tab.2 Factors and levels of orthogonal test

表3 L9(34) 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.3 Orthogonal experimental design L9(34)

圖1 豎向加載試驗(yàn)布置Fig.1 Vertical loading test arrangement

1.3 豎向加載試驗(yàn)方法

試驗(yàn)布置如圖1所示.圖中：小梁尺寸為550 mm×150 mm×150 mm，在小梁中心截面上沿梁高設(shè)置5枚應(yīng)變片，1和5號(hào)應(yīng)變片在粘貼時(shí)分別距離小梁上、下表面各1 cm處，其余3片應(yīng)變片等間距均勻分布在1和5號(hào)應(yīng)變片之間；在灌漿層厚度的中間貼6號(hào)應(yīng)變片，中心和小梁上的1～5號(hào)應(yīng)變片的中心對(duì)齊；在水泥穩(wěn)定土基層頂面從小梁中間向梁端方向等距離埋設(shè)3枚土壓力盒，依次編為 1～3號(hào)；在小梁中性軸上對(duì)應(yīng)土壓力盒的位置布置了3枚千分表，從中間向梁端依次編號(hào)為1～3號(hào).

對(duì)每組試件進(jìn)行加載時(shí)，首先進(jìn)行靜態(tài)加載，而后再對(duì)其進(jìn)行人工疲勞加載.試驗(yàn)前先對(duì)小梁加載至5 kN穩(wěn)定2 min后卸載，然后對(duì)小梁進(jìn)行20 kN的豎向加載，穩(wěn)定2 min后對(duì)應(yīng)變、撓度和壓力進(jìn)行讀數(shù)，而后再重復(fù)進(jìn)行靜態(tài)加載試驗(yàn)3次，試驗(yàn)結(jié)果取平均值.人工疲勞試驗(yàn)采用千斤頂施加荷載，每次加載至20 kN后立即卸載，待其壓力歸零后立即進(jìn)行下一次加載，控制每個(gè)加載周期為2～3 s.加載首個(gè)100次時(shí)，每加載10次后立即對(duì)應(yīng)變、撓度和壓力依次進(jìn)行讀數(shù).加載第2個(gè)100次時(shí)，每加載20次采集一次試驗(yàn)數(shù)據(jù).加載第3個(gè)100次時(shí)，每加載50次采集一次試驗(yàn)數(shù)據(jù).從300次以后每加載100次采集一次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，每組試件總共進(jìn)行人工加載 5 000 次.豎向靜態(tài)加載情形下，定義應(yīng)變比η、壓力p(1號(hào)土壓力盒采集的壓力值)和撓度Δ(1號(hào)千分表采集的撓度值)作為評(píng)價(jià)灌漿層粘結(jié)性能和承載性能的指標(biāo).其中，η為面層底面拉應(yīng)變與灌漿層拉應(yīng)變的比值，即豎向靜態(tài)荷載作用下5號(hào)應(yīng)變片讀數(shù)ε5與6號(hào)應(yīng)變片讀數(shù)ε6的比值.

1.4 側(cè)向加載試驗(yàn)方法

側(cè)向加載試驗(yàn)在豎向人工疲勞加載試驗(yàn)完畢后進(jìn)行，采用壓力傳感器、墊板、千斤頂和千分表等試驗(yàn)裝置對(duì)試件進(jìn)行側(cè)向加載，使得面層和灌漿層受到側(cè)向加載后與基層產(chǎn)生一定的剪切位移，試驗(yàn)布置如圖2所示.采用逐級(jí)加載的方式對(duì)面層和灌漿層(上層結(jié)構(gòu))進(jìn)行側(cè)向加載，采用固定在剛性支架上的2個(gè)千分表測(cè)量上層結(jié)構(gòu)的位移.側(cè)向荷載以 0.5 kN為一級(jí)進(jìn)行逐級(jí)加載，最大側(cè)向荷載取值4 kN，每一級(jí)荷載施加完畢后穩(wěn)定10 s，而后記錄下2個(gè)千分表的讀數(shù)，以2個(gè)讀數(shù)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果.

圖2 側(cè)向加載試驗(yàn)布置Fig.2 Lateral loading test arrangement

表4 豎向靜態(tài)加載試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of vertical static loading test

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 豎向靜載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)

選取η、p和Δ這3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別對(duì)灌漿層的粘結(jié)性能和道面結(jié)構(gòu)的承載性能進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示.表中：K為某個(gè)水平下對(duì)應(yīng)因素的試驗(yàn)結(jié)果之和；R為各試驗(yàn)組間極差.

以應(yīng)變比η為評(píng)價(jià)指標(biāo)的極差分析結(jié)果表明，各因素對(duì)灌漿層與面層粘結(jié)性能影響程度的排序?yàn)椋喊宓状植诔潭?灌漿種類>灌漿厚度>基層結(jié)構(gòu)，說(shuō)明板底粗糙程度對(duì)面層與灌漿層的粘結(jié)性能有非常顯著的影響.由于板底粗糙處理增加了面層底部與灌漿層的接觸面積，從而使得兩者的結(jié)合更加牢固，因此對(duì)于這兩層的粘結(jié)性能影響最大.由表4可看出，在板底粗糙程度一列(B列)中，K3η=2.63 為最大值，說(shuō)明粗糙程度的第3個(gè)水平，即板底刻槽后的面層與灌漿層的粘結(jié)效果最好.因此，在道面板的生產(chǎn)過(guò)程中就要根據(jù)灌漿需求考慮板底合適的粗糙度.其次，灌漿種類也是影響灌漿層與面層粘結(jié)程度的重要因素，因?yàn)楣酀{材料本身的膠結(jié)性質(zhì)決定了接觸面積相同條件下灌漿層自身與面層的結(jié)合能力.在灌漿材料一列(A列)中K2η=2.5 為最大值，說(shuō)明灌漿材料的第2個(gè)水平即CGM的粘結(jié)性能最強(qiáng)，其次為PTC，SKC的粘結(jié)性能最弱.

以p為評(píng)價(jià)指標(biāo)的極差分析結(jié)果表明，各因素對(duì)灌漿層與基層粘結(jié)性能影響程度排序?yàn)椋汗酀{種類>基層結(jié)構(gòu)>灌漿厚度>板底粗糙程度，說(shuō)明灌漿種類對(duì)灌漿層與基層粘結(jié)性能的影響最大.由于基層和灌漿層之間的接觸不涉及粗糙度問(wèn)題，因而不同種類灌漿材料自身的膠結(jié)性能就成為了影響灌漿層與基層粘結(jié)性能的主要因素.由表4可看出，在灌漿材料一列(A列)中K2p=557.2 為最大值，說(shuō)明灌漿材料因素的第2個(gè)水平即CGM的粘結(jié)效果最好，這與以η為評(píng)價(jià)指標(biāo)的分析結(jié)果一致.因此，CGM是較為理想的板底灌漿材料.其次，作為粘結(jié)性能的另一考察對(duì)象，基層結(jié)構(gòu)也是影響灌漿層與基層粘結(jié)程度的重要因素，12%的水泥穩(wěn)定土基層的粘結(jié)效果最佳，其次是9%水泥穩(wěn)定土基層，6%水泥穩(wěn)定土基層的粘結(jié)效果最差.

以Δ為評(píng)價(jià)指標(biāo)的極差分析結(jié)果表明，各因素對(duì)道面結(jié)構(gòu)承載性能影響程度的排序?yàn)椋汗酀{種類>灌漿厚度>基層結(jié)構(gòu)>板底粗糙程度，說(shuō)明灌漿材料對(duì)道面結(jié)構(gòu)承載性能的影響最大.灌漿材料由于其本身的膠凝材料不同，導(dǎo)致了材料凝結(jié)后的強(qiáng)度也各不相同，膠凝材料生成的強(qiáng)度直接決定了灌漿層自身的強(qiáng)度，其強(qiáng)度越高越易將道面承受的荷載傳至基層，從而提升道面整體的結(jié)構(gòu)承載性能.由表4可看出，在灌漿材料一列(A列)中K1p=1 598 為最大值，說(shuō)明灌漿材料因素的第1個(gè)水平即PTC的強(qiáng)度最大，其次是SKC，CGM的強(qiáng)度最低，這與灌漿材料強(qiáng)度試驗(yàn)得到的結(jié)果一致.綜上所述，灌漿材料對(duì)道面結(jié)構(gòu)性能的影響程度較大，在選擇灌漿材料時(shí)要考慮工程應(yīng)用的背景，針對(duì)實(shí)際情況權(quán)衡利弊后選擇較為合理的灌漿材料.

2.2 豎向疲勞荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)

根據(jù)豎向靜載試驗(yàn)結(jié)果，灌漿層厚度和基層結(jié)構(gòu)兩因素對(duì)于灌漿層粘結(jié)性能的影響并不明顯，因而在疲勞作用試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)控制了實(shí)驗(yàn)組中灌漿層厚度為2 cm和基層結(jié)構(gòu)為12%的水泥穩(wěn)定土的條件保持不變，選取第1、3、5和9組進(jìn)行了試驗(yàn)，人工疲勞加載下的應(yīng)變測(cè)試結(jié)果如圖3所示，圖中CL為加載次數(shù).為了能夠清晰地觀察應(yīng)變規(guī)律，避免數(shù)據(jù)點(diǎn)重疊，在圖3中僅顯示了每組試驗(yàn)中1、3、5和6號(hào)應(yīng)變片采集的數(shù)據(jù).

圖3 疲勞加載應(yīng)變測(cè)試結(jié)果Fig.3 Changes of strain under fatigue loading

由圖3可以看出：在相同疲勞次數(shù)作用下，各應(yīng)變片的讀數(shù)隨著應(yīng)變片編號(hào)的增大逐漸從負(fù)值過(guò)渡到正值，即測(cè)量點(diǎn)的應(yīng)變狀態(tài)從壓應(yīng)變逐漸過(guò)渡到拉應(yīng)變；隨著疲勞次數(shù)的逐漸增加，各應(yīng)變片測(cè)量出的結(jié)果都呈現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律，即應(yīng)變與疲勞加載次數(shù)的關(guān)系曲線一開(kāi)始變化都較為劇烈，而后呈現(xiàn)出近似線性增加的規(guī)律，最后應(yīng)變值基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；經(jīng)過(guò)疲勞加載作用后，各組試驗(yàn)結(jié)果中3號(hào)應(yīng)變片測(cè)量的數(shù)值由0逐漸向正值過(guò)渡，說(shuō)明各組道面的中性面都會(huì)出現(xiàn)不同幅度的上移，即中性面移動(dòng)到在3號(hào)應(yīng)變片所處位置以上且應(yīng)變?yōu)?的某個(gè)平面.在靜載試驗(yàn)中，中性面一致處于道面厚度的1/2處，但在各組疲勞試驗(yàn)中的中性面卻開(kāi)始逐漸上移，這是因?yàn)榈烂娼Y(jié)構(gòu)在經(jīng)受疲勞荷載的作用時(shí)，在整個(gè)道面結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的疲勞損傷，疲勞損傷的逐漸積累使得面層的中性面逐漸上移，板底拉應(yīng)變?cè)龃笾率拱宓桌瓚?yīng)力提高，道面產(chǎn)生不良的受力狀態(tài)，最終會(huì)造成道面的疲勞破壞.從這一點(diǎn)來(lái)看，第5組道面結(jié)構(gòu)A2B2C3D1的抗疲勞性能比較優(yōu)越.

人工疲勞加載下的撓度測(cè)試結(jié)果如圖4所示.其中：圖4(a)、(b)和(c)中顯示的9條曲線分別為9組試驗(yàn)中1、2和3號(hào)千分表測(cè)量的試驗(yàn)結(jié)果.由圖可以看出：在同一組試驗(yàn)中，處于中間的1號(hào)千分表測(cè)量的結(jié)果最大，其次是2號(hào)千分表的測(cè)量結(jié)果，3號(hào)千分表的測(cè)量結(jié)果最??；在同一疲勞加載次數(shù)的條件下，第6組的撓度測(cè)量結(jié)果均大于其他各實(shí)驗(yàn)組，而第5組的試驗(yàn)結(jié)果均小于其他各組；各組試驗(yàn)中撓度與疲勞加載次數(shù)的關(guān)系曲線都呈現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律，每條曲線大致可以分成3個(gè)階段，第1階段為劇烈變化階段(疲勞加載次數(shù)在0～300次左右)，在這一階段撓度的變化幅度較大，第2階段為線性變化階段(疲勞加載次數(shù)在300～4 500 次左右)，在這一階段撓度隨疲勞次數(shù)的增加基本呈線性增加的規(guī)律，第3階段為穩(wěn)定階段(疲勞加載次數(shù)在 4 500～5 000 次)，在此階段撓度值比較穩(wěn)定，基本不隨疲勞次數(shù)的增加而變化.在第1個(gè)階段，裝配式道面與灌漿層構(gòu)成的組合結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了一個(gè)壓密的階段，因此該階段的撓度變化較為劇烈；而在第2個(gè)階段，由于組合結(jié)構(gòu)已經(jīng)經(jīng)歷了第1個(gè)階段的壓縮，能產(chǎn)生的應(yīng)變已經(jīng)很小了，所以撓度隨加載次數(shù)基本呈現(xiàn)斜率很小的線性變化；而在穩(wěn)定階段的結(jié)合結(jié)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到了壓縮極限, 因此幾乎沒(méi)有應(yīng)變的變化.在經(jīng)過(guò)相同次數(shù)的疲勞荷載作用后，道面結(jié)構(gòu)的撓度值越小，表明道面結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能和承載性能越優(yōu)良.由此可見(jiàn)，第5組道面結(jié)構(gòu)A2B2C3D1的承載性能比較優(yōu)越.

人工疲勞加載下的壓力測(cè)試結(jié)果如圖5所示.其中：圖5(a)、(b)、(c)顯示的9條曲線分別為9組試驗(yàn)中1、2和3號(hào)土壓力盒測(cè)量的結(jié)果.由圖可以看出：在同一組試驗(yàn)中，處于中間的1號(hào)土壓力盒測(cè)量的結(jié)果最大，其次是2號(hào)土壓力盒，3號(hào)土壓力盒的測(cè)量結(jié)果最??；在同一疲勞加載次數(shù)的條件下，第5組試驗(yàn)中各個(gè)土壓力盒測(cè)量的壓力值均大于其他各組；在1和2號(hào)土壓力盒測(cè)量的結(jié)果中第3組均小于其他各組試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果；與撓度測(cè)試的結(jié)果相似，各組試驗(yàn)中壓力值與疲勞加載次數(shù)的關(guān)系曲線也呈現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律，每條曲線大致可以分成3個(gè)階段，即劇烈變化階段、線性變化階段和穩(wěn)定階段；在經(jīng)過(guò)相同次數(shù)的疲勞荷載作用后，灌漿層與基層的粘結(jié)狀況越差，基層頂面承受的壓力就越小，從而導(dǎo)致面層和灌漿層承擔(dān)的荷載就越大，對(duì)道面結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)產(chǎn)生不利的影響；在經(jīng)過(guò)相同次數(shù)的疲勞荷載作用后，灌漿層與基層的粘結(jié)性能越好，基層頂面承受的壓力就越大，可將更多的荷載分散到基層和地基之中，因此道面結(jié)構(gòu)的承載性能就越好.由此可見(jiàn)，第5組道面結(jié)構(gòu)A2B2C3D1的承載性能比較優(yōu)越.

圖4 疲勞加載下?lián)隙葴y(cè)試結(jié)果Fig.4 Test results of deflection under fatigue loading

圖5 疲勞加載下壓力測(cè)試結(jié)果Fig.5 Test results of pressure under fatigue loading

2.3 側(cè)向荷載作用下結(jié)構(gòu)響應(yīng)

側(cè)向荷載作用下上層結(jié)構(gòu)的位移變化如圖6所示，并擬合了側(cè)向力(X)與上層結(jié)構(gòu)位移(Y)之間的關(guān)系曲線.由圖可以看出：第5組的試驗(yàn)結(jié)果曲線位于其他組曲線之下，說(shuō)明當(dāng)同一級(jí)的側(cè)向荷載施加到上層結(jié)構(gòu)時(shí)，第5組的位移最小，相比之下第9組試驗(yàn)的結(jié)果位于所有曲線之上，說(shuō)明當(dāng)同一級(jí)的側(cè)向荷載施加到上層結(jié)構(gòu)時(shí)，第9組的位移最大；相同灌漿材料的曲線基本都在相鄰位置，并且擬合曲線隨著灌漿材料的不同有比較明顯區(qū)別，CGM(第4、5、6組試驗(yàn))的擬合曲線基本位于最下方，PTC(第1、2、3組試驗(yàn))的擬合曲線基本位于中間，而SKC(第7、8、9組試驗(yàn))的擬合曲線基本位于最上方.當(dāng)不同的上層結(jié)構(gòu)受到相同的側(cè)向荷載時(shí)，上層結(jié)構(gòu)的位移越小，說(shuō)明灌漿層與基層的粘結(jié)界面承受相同的剪切力作用時(shí)界面產(chǎn)生的位移越小，因此灌漿層與基層頂面的粘結(jié)性能就越強(qiáng).據(jù)此分析可以判斷出，CGM與基層的粘結(jié)性能最佳，其次為PTC，SKC與基層的粘結(jié)性能最弱.圖6擬合曲線的擬合方程如表5所示.由表可以看出，擬合方程的相關(guān)系數(shù)R2均在 0.99 以上，說(shuō)明側(cè)向荷載與上層結(jié)構(gòu)的位移能夠很好地滿足二次多項(xiàng)式的關(guān)系.

圖6 側(cè)向力與上層結(jié)構(gòu)位移的關(guān)系Fig.6 Relationship between lateral force and displacement of superstructure

Tab.5 Fitting equation of lateral force and displacement of superstructure

組序號(hào) 擬合方程R21Y=9.32+36.66X+12.67X20.9942Y=-0.87+17.15X+15.68X20.9993Y=-0.38+27.32X+14.56X20.9984Y=5.03+2.79X+12.79X20.9985Y=4.98-3.74X+12.57X20.9956Y=8.03-1.22X+16.45X20.9927Y=6.25+79.51X+6.55X20.9988Y=0.16+72.14X+7.39X20.9999Y=4.57+93.96X+3.91X20.998

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 各因素對(duì)灌漿層與面層粘結(jié)性能影響程度的排序?yàn)椋喊宓状植诔潭?灌漿種類>灌漿厚度>基層結(jié)構(gòu)，且當(dāng)板底粗糙程度為刻槽時(shí)粘結(jié)性最好；各因素對(duì)灌漿層與基層粘結(jié)性能影響程度的排序?yàn)椋汗酀{種類>基層結(jié)構(gòu)>灌漿厚度>板底粗糙程度，且當(dāng)灌漿種類為CGM時(shí)粘結(jié)性最好；各因素對(duì)道面結(jié)構(gòu)承載性能影響程度的排序?yàn)椋汗酀{種類>灌漿厚度>基層結(jié)構(gòu)>板底粗糙程度，且當(dāng)灌漿種類為PTC時(shí)道面結(jié)構(gòu)的承載性能最好.

(2) 經(jīng)過(guò)疲勞加載作用后，道面面層的中性面會(huì)出現(xiàn)不同幅度的上移.撓度和壓力與疲勞加載次數(shù)的關(guān)系曲線呈現(xiàn)出基本一致的變化規(guī)律，每條曲線大致可以分成3個(gè)階段，第1階段為劇烈變化階段(疲勞加載次數(shù)在0～300次左右)，第2階段為線性變化階段(疲勞加載次數(shù)在300～4 500 次左右)，第3階段為穩(wěn)定階段(疲勞加載次數(shù)在 4 500～5 000 次).當(dāng)灌漿材料為CGM，板底光滑，灌漿厚度為 2.0 cm，基層結(jié)構(gòu)為12%水泥穩(wěn)定土(第5組)時(shí)，道面結(jié)構(gòu)抗疲勞荷載作用性能最好.

(3) 側(cè)向荷載作用下，CGM與基層的粘結(jié)性能最佳，其次為PTC，SKC與基層的粘結(jié)性能最弱；側(cè)向荷載與上層結(jié)構(gòu)(即面層和灌漿層)位移擬合曲線隨著灌漿材料的不同有比較明顯的區(qū)別，側(cè)向荷載與上層結(jié)構(gòu)的位移能夠很好地滿足二次多項(xiàng)式的關(guān)系.同樣第5組道面結(jié)構(gòu)的抗側(cè)向荷載作用性能最好.

(4) 綜合豎向和側(cè)向加載試驗(yàn)結(jié)果，當(dāng)灌漿材料為CGM、板底光滑、灌漿厚度為 2.0 cm、基層結(jié)構(gòu)為12%水泥穩(wěn)定土?xí)r，灌漿層的粘結(jié)特性最佳.該組合在 5 000 次疲勞荷載作用下的撓度仍小于 0.3 mm，在保證了灌漿層粘結(jié)性能和道面板平整程度的情況下最大程度地確保了疲勞荷載下道面板的使用性能，并且對(duì)應(yīng)材料的基本性能符合施工實(shí)際，可作為下一步指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和施工的依據(jù).

(5) 本文從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，針對(duì)機(jī)場(chǎng)裝配式混凝土道面板灌漿層的優(yōu)選問(wèn)題進(jìn)行了一定的探究，但由于本文中的試驗(yàn)限制，無(wú)法論證灌漿層的疲勞壓縮與否和基層與灌漿層間接觸面相關(guān)，也未能探究出最佳灌漿層方案中灌漿層的疲勞性能，而這2個(gè)問(wèn)題對(duì)于灌漿層的實(shí)際使用情況影響較大，下一步將針對(duì)這2個(gè)問(wèn)題繼續(xù)設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)一步進(jìn)行研究.