基于GA鋪裝層的水泥橋面鋪裝黏結(jié)性能研究

雷雙龍，高 杰，郭 勇，余 洋，劉紅瑛

（1.陜西交通控股集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710001；2.長安大學(xué)，陜西 西安 710064）

0 引 言

澆筑式瀝青混凝土（GA）起源于德國，具有流動性大、可澆筑式攤鋪、無須碾壓等特點(diǎn)。澆筑式瀝青混凝土瀝青用量、礦粉含量（20%～30%）、拌合溫度均較高，拌合時間較長（40 min），具有顯著的“三高”特性[1]。GA具有密實(shí)性高、整體性強(qiáng)、耐久性好等優(yōu)良性能，用于水泥混凝土橋面鋪裝可有效改善鋪裝層水損和裂縫等病害，提升橋梁使用品質(zhì)。本研究采用澆筑式瀝青混凝土GA-10作為水泥混凝土橋面鋪裝層，采用“環(huán)氧樹脂、SBS改性瀝青”兩種防水黏結(jié)層材料，分別在25℃（常溫）和45℃（高溫）兩種溫度下，其對瀝青鋪裝層與水泥混凝土層之間剪切強(qiáng)度、拉拔強(qiáng)度的影響，研究其黏結(jié)強(qiáng)度變化規(guī)律，從而為GA水泥混凝土橋面鋪裝工程提供參考。

1 原材料

本研究所用粗集料為玄武巖，細(xì)集料和填料為石灰?guī)r，采用SBS改性瀝青（I-C）作為結(jié)合料，改性劑摻量為4%。防水黏結(jié)材料分別選用環(huán)氧樹脂和SBS改性瀝青碎石封層。其中，環(huán)氧樹脂主劑和固化劑由重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司提供，二者配比關(guān)系為主劑∶固化劑=2∶1。

1.1 集料與填料

本研究所用粗集料、細(xì)集料及礦粉技術(shù)指標(biāo)見表1至表3。

表1 粗集料技術(shù)指標(biāo)要求及測定結(jié)果（玄武巖）

表2 細(xì)集料技術(shù)指標(biāo)要求及測定結(jié)果（石灰?guī)r）

表3 礦粉技術(shù)指標(biāo)要求及測定結(jié)果（石灰?guī)r）

分析表1至表3可知，集料和填料技術(shù)指標(biāo)測定結(jié)果均滿足現(xiàn)行規(guī)范[2]要求。

1.2 瀝青

本研究所用瀝青技術(shù)性質(zhì)見表4、表5。

分析表4、表5可知，瀝青各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范[2]要求。

表4 S BS改性瀝青（I-C）技術(shù)要求及測定結(jié)果

表5 澆筑式聚合物改性瀝青技術(shù)指標(biāo)要求及測定結(jié)果

2 GA-10瀝青混合料配合比設(shè)計(jì)

GA-10瀝青混合料拌合40 min后成型馬歇爾試件及車轍板，隨后養(yǎng)生不少于48 h再進(jìn)行相關(guān)性能試驗(yàn)。

2.1 級配設(shè)計(jì)

GA-10設(shè)計(jì)級配及規(guī)范[3]推薦級配范圍見表6。

表6 GA-10設(shè)計(jì)級配及規(guī)范推薦級配范圍

2.2 最佳油石比確定

采用貫入度試驗(yàn)（見圖1）、流動度試驗(yàn)確定GA-10最佳油石比。通過對7.2%、7.5%和7.8%三種油石比下的瀝青混合料進(jìn)行試驗(yàn)分析可知，滿足規(guī)范最小流動度要求的油石比可同時滿足貫入度要求。綜合考慮流動度和貫入度，確定GA-10最佳油石比見表7。

圖1 貫入試驗(yàn)及其試件

分析表7可知，油石比7.2%、7.5%和7.8%各項(xiàng)指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。綜合考慮瀝青混合料流動度和貫入度及其增量，最終確定GA-10最佳油石比為7.5%。

表7 GA-10流動度和貫入度試驗(yàn)結(jié)果

3 GA橋面鋪裝結(jié)構(gòu)組合試驗(yàn)研究

基于GA-10配合比試驗(yàn)結(jié)果，分析澆筑式瀝青混凝土與防水黏結(jié)層組合性能。采用剪切、拉拔試驗(yàn)分析防水黏結(jié)層對鋪裝結(jié)構(gòu)組合性能的影響。

3.1 試件成型

（1）成型水泥混凝土基板。借助水泥振動臺，成型密實(shí)平整的水泥混凝土板3塊，其板塊尺寸為300 mm×300 mm×50 mm。并在室溫下灑水養(yǎng)生不少于7 d。養(yǎng)生結(jié)束后對水泥板較光滑的一面進(jìn)行刻槽處理，以使其具備一定構(gòu)造深度。

（2）涂抹防水黏結(jié)材料。清除A板表面灰塵，即時配置環(huán)氧樹脂黏結(jié)劑，并將其均勻涂布于刻槽一面，涂布量依經(jīng)驗(yàn)確定為1.0 kg/m2，隨后室溫養(yǎng)生不少于72 h。依同樣方法，在B板上涂抹SBS改性瀝青碎石封層。SBS改性瀝青涂布量按經(jīng)驗(yàn)確定為1.5 kg/m2，碎石灑布量參考《公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D50—2017）[4]，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定為4.0 kg/m2，隨后養(yǎng)生不少于72 h。C板不作任何處理。

（3）澆筑瀝青混合料。將A、B、C三塊水泥板分別放在300 mm×300 mm×100 mm試模中，灌入GA-10瀝青混合料，并在常溫下養(yǎng)生48 h。

（4）制作復(fù)合試件。將成型好的復(fù)合板切成80mm×50 mm×40 mm復(fù)合試件，并做標(biāo)記。

（5）黏結(jié)試驗(yàn)夾具端頭。采用環(huán)氧樹脂AB膠，將試件黏結(jié)在剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)夾具上，并在室溫下靜置24 h。

3.2 剪切和拉拔試驗(yàn)

分別在45℃和25℃溫度下，采用MTS測試復(fù)合結(jié)構(gòu)直剪強(qiáng)度和拉拔強(qiáng)度，加載速率為10 mm/min。剪切試驗(yàn)如圖2所示，拉拔試驗(yàn)如圖3所示。試驗(yàn)斷面均涂布防水黏結(jié)層，試驗(yàn)結(jié)果見表8。

圖2 剪切試驗(yàn)

圖3 拉拔試驗(yàn)

分析表8可知，若取消防水黏結(jié)層，則GA-10與水泥混凝土板的層間剪切與拉拔強(qiáng)度均存在一定程度衰減。對于25℃層間剪切強(qiáng)度，不設(shè)防水層僅為設(shè)防水層強(qiáng)度的45%，其拉拔強(qiáng)度僅分別為37.1%和55.7%。對于45℃時剪切強(qiáng)度，其占比分別為48.8%和60.4%，其拉拔強(qiáng)度占比分別為37.8%和81.6%。總體來講，不設(shè)防水黏結(jié)層的橋面鋪裝層層間剪切和拉拔強(qiáng)度與設(shè)防水層的比值介于37%~82%之間。因此，若取消水泥橋面防水黏結(jié)層，僅依靠澆筑式瀝青混凝土自身黏結(jié)能力，也可提供一定黏結(jié)強(qiáng)度。

表8 剪切和拉拔試驗(yàn)結(jié)果

4 主要研究結(jié)論

本研究對澆筑式瀝青混合料GA-10進(jìn)行配合比試驗(yàn)，確定GA-10最佳油石比，并將其作為水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層。分別研究了沒有防水層、采用“環(huán)氧樹脂、SBS改性瀝青碎石封層”作為防水黏結(jié)層時的抗剪及拉拔強(qiáng)度差異。結(jié)果表明，不設(shè)置防水黏結(jié)層，僅靠澆筑式瀝青混凝土自身黏結(jié)能力，仍可為瀝青鋪裝與水泥混凝土橋面板之間提供一定黏結(jié)能力。