CN103760039A - 除冰盐对桥面铺装防水粘结层抗剪切性能影响的评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除冰盐对桥面铺装防水粘结层的抗剪切性能影响的评价方法，首先制备剪切复合试件，在室温下，取出养生28天并晾干的尺寸为300mm×300mm×50mm的设计标号的水泥混凝土试件，表面刮浆处理后，在其表面涂抹粘层油，再按设计厚度在其上加铺桥面铺装层沥青混合料，碾压成型剪切复合试件，沿轮碾方向切割成规定尺寸后，进行冻融循环试验，一组试件不真空饱水，将另一组试件浸入3.5%的Nacl水溶液中真空饱水后放入塑料袋中，加入约15mL3.5%Nacl水溶液，试件在-18℃下冻16h，立即放入45℃恒温的3.5%Nacl水溶液中24h，两组试件均在45℃条件下养生不少于2h，进行剪切试验，计算冻融循环抗侧刚度比LSR，要求LSR≥85%。本发明较真实地反映桥面铺装防水粘结层实际的抗剪切性能。

Description

除冰盐对桥面铺装防水粘结层抗剪切性能影响的评价方法

技术领域

本发明涉及道路工程技术领域，确切地说是除冰盐对桥面铺装防水粘结层抗剪切性能影响的评价方法。

背景技术

目前我国道路建设事业蓬勃发展，随着道路里程的延伸和等级的提高，桥梁等道路构造物所占比重越来越大，成为国家基础设施建设的重要一环。其中大量的立交桥，大型、特大型跨河桥梁以及穿越城区周围的高架桥等多采用水泥混凝土桥面板上加铺沥青混凝土铺装层的结构型式。而该铺装体系在建设和使用中早期损坏现象却日益普遍和严重，很多是由于防水粘结材料选择不当及施工质量所造成的。所以，防水粘结层在铺装体系中起着重要作用，保证防水粘结层的使用性能是提高铺装体系的耐久性与延长使用寿命的关键。

水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装层的粘结功能破坏是桥面铺装层破坏类型中的典型破坏形式。铺装层不但承受竖向行车荷载的作用，还承受水平荷载的作用，而铺装层与桥面之间的粘结力不足，或层间抗剪强度不足，主要表现为层间剪切破坏，会产生相对滑移，导致铺装层出现坑洞、裂缝、推移、拥包等病害。通车后车轮的剧烈冲击和荷载的作用还易使桥面出现松散、剥落等病害。尤其是随着交通量和重型车辆的增加，汽车重载超载情况下破坏更为严重，甚至，在桥面铺装时，摊铺机、运料车就有可能将防水层粘走，如此一来，防水层起不到应有的效果，水从面层渗入使得其抗水平剪切能力更弱,而且粘结性能更差，失去整体性，从而形成一种恶性循环状态。

目前我国对桥面防水粘结层的研究和实验才刚刚起步，其性能指标和评价方法还不够完善，也没有防水粘结层力学性质评价的试验规程，有关公路混凝土桥面防水粘结层的材料选择、设计、试验、检测和施工等方面尚未形成***完整统一的标准和规范。市场上的各种防水材料种类繁多，良莠不齐，桥面上应用的防水层结构形式也多样，没有统一的材料选择与质量检验标准，为此防水粘结层的选择、使用具有盲目性，无法根据不同实际情况来操作，理论和经验水平落后，导致桥面防水粘结层的选材和设计不当，施工质量控制无章可循。

我国对于桥面铺装方面的研究起步较晚，对于适合寒区混凝土桥面沥青铺装防水粘结层研究的资料相对较少。寒区四季温差大，冻融循环对桥面铺装的破坏作用不可低估,同时冬季经常用除冰盐(Nacl)铲除积雪。除冰盐对路面有一定的腐蚀作用，容易破坏路面。水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装受季节温度变化、冻融循环、除冰盐(Nacl)影响也较为严重。由于混凝土桥面沥青铺装防水粘结层处理不当而引起的桥面铺装病害问题较为突出。

发明内容

本发明的目的是针对沥青砂和改性沥青砂防水粘结层，提出寒区除冰盐对桥面铺装防水粘结层抗剪切性能影响的评价方法。为编制桥面防水粘结层的试验规程提供参考，同时为寒区公路混凝土桥面防水粘结层的材料选择、设计、试验、检测和施工等方面提供参考。

本发明的技术方案：

1.制备水泥混凝土试件

2.制备剪切复合试件

3.冻融循环试验

4.剪切试验

5.计算冻融循环抗侧刚度比LSR，要求LSR≥85%

抗侧刚度LS=剪力/层间位移    （1）

式中：

剪力—沥青砂或改性沥青砂防水粘结层发生剪切破坏时的最大荷载（KN）；

层间位移—沥青砂或改性沥青砂防水粘结层发生剪切破坏时层间最大相对位移（mm）。

$\mathrm{LSR}=\frac{{\mathrm{LS}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{LS}}_0}---\left(2\right)$

式中：

LSR—冻融循环抗侧刚度比；

LS_dr—冻融循环试件的抗侧刚度（KN/mm）；

LS₀—未冻融循环试件的抗侧刚度（KN/mm）。

6.当4个试件冻融循环抗侧刚度比的变异系数不大于20%时，取其平均值作为试验结果；

变异系数大于20%时，应分析原因，并追加试验。

本发明的优点是：

1.《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTJ052-2000中没有剪切试验，新规程《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011中，虽然纳入了沥青混合料抗剪强度试验（三轴压缩法），不但操作难度大，计算繁杂，而且试验结果是通过抗剪强度参数c、

值计算而得。应用实践表明，不同类型的沥青混合料所得c、

值结果差异不大，已不能满足工程实际需要。本发明所提出的指标和标准弥补了我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011沥青混合料剪切试验和剪切性能评价指标的不足，运用本方法对寒区桥面铺装防水粘结层的抗剪性能进行评价，能够较真实地反映桥面铺装防水粘结层的实际工作状态，满足工程需要。

2.本发明所提出的评价方法考虑了除冰盐和重载对桥面铺装防水粘结层的抗剪切性能的影响。

3.为编制桥面防水粘结层的试验规程提供参考，同时为寒区公路混凝土桥面防水粘结层的材料选择、设计、试验、检测和施工等方面提供参考。

具体实施方式

首先要准备好本发明中使用的剪切强度测试仪，剪切强度测试仪广泛用于各类材料的拉伸，弯曲，剪切等力学性能的测试尤其适合电线电缆及各种金属复合材料、纸张、薄膜、橡胶、纺织、航空航天等行业进行拉伸性能指标的测试，功能强大，价格便宜。

一、剪切强度测试仪工作原理

本机采用机电一体化设计，主要由测力传感器、伺服驱动器、微处理器、计算机及彩色喷墨打印机构成。高精度伺服调速电动机可设置无级试验速度。各集成构件间均采用插接方式联接。落地式机型，造型涂装均充分考虑了现代工业设计，人体工程学之相关原则。

二、剪切强度测试仪功能简介

电脑全程控制试验全过程、用户可按各自要求，输出标准报告。通过对成组试验曲线的叠加分析，可准确掌握质量，调控参数。多方式的数据查询功能，可使管理者清晰把握质量控制发展变化趋势。特别设计的软件功能更能使试验者定量掌握试验材料应用过程中关键点的状态参数，准确进行工艺调整与生产控制。

三、剪切强度测试仪基本功能

抗拉试验、抗压试验、三点抗折试验、抗剪试验等。

四、剪切强度测试仪软件功能简介

1.荷重，位移曲线，荷重、时间曲线；位移、时间曲线；应力、应变曲线等。

2.根据各国对试样的要求编辑相应的测试标准，填写试品数据，编辑测试方法，并可供日后测试选择。

3.自动储存本次试验结果，并可将其编辑为报表打印输出，并可对多个已测试的曲线进行对比。

4.可设定小数点位数，各物理量单位及密码保护等。

五、剪切强度测试仪基本操作步骤：

上电→选择试验项目→设置试验参数→启动试验待机状态→装夹试件→启动试验→试验结束自动回位→发送试验数据→显示试验结果与曲线→试验结果永久存储→按需输出试验结果与曲线。

六、剪切强度测试仪主要技术指标

机台荷重：50KN

力量传感器容量：50KN

容量分段:Auto Rang，精解度1/300000。

控制***：电脑自动控制数据，单片机和电脑自动采集数据每秒达50点。

测试空间:测试宽约370mm，联板行走空间约900mm

安全装置:过载紧急停机装置、上下行程限定装置、漏电自动断电***、自动断点停机功能。

准确等级:1级

荷重精度：±0.5%以内

显示分辨率：0.001N

单位选择：g/kg/N/KN

夹具配置：根据用户产品需求免费定制夹具一付

显示方式:windowsXP测试软件+计算机屏幕显示

软件功能:中，英文接口互换

控制方式：两位式（电脑主机和微电脑显示器都可单独完成试验）

动力***：AC马达

丝杆：高精度无间隙丝杆

速度范围：5-500mm/min

使用电源:AC220V50Hz

机台尺寸:主机90*55*180cm

然后按以下步骤实施本发明

1.制备水泥混凝土试件

室温状态下，取出养生28天并晾干的设计标号的水泥混凝土板块状试件，尺寸为（300mm±2mm）×（300mm±2mm）×（50mm±2mm)，用刮刀将拉毛面的浮浆、灰尘清理干净。

2.制备剪切复合试件

（1）水泥混凝土试件涂抹粘层油后置于轮碾法成型的试模中，按我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》（JTG E20-2011）T0703用轮碾成型机碾压成型长300mm、宽300mm、厚度与沥青砂或改性沥青砂的设计厚度相同的复合试件，在其上加铺桥面铺装层沥青混合料，碾压成型尺寸为（300mm±2mm）×（300mm±2mm）×（100mm±2mm)的复合剪切试件，或碾压成型与桥面铺装的实际厚度相同的板块状试件。

涂抹粘层油用量可参考《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004取0.4L/m²。

（2）本方法也适用于采用轮碾法成型与桥面铺装相同结构和厚度的板块状试件，或者现场切割板块状试件，切割试件的尺寸根据现场面层的实际情况由试验确定。

（3）试件成型后，连同试模一起在常温条件下放置的时间不得少于12h。对聚合物改性沥青混合料，放置的时间以48h为宜，使聚合物改性沥青充分固化后方可进行试验，室温放置时间不得长于1周。

（4）试件沿轮碾方向切割尺寸为（150mm±2mm）×（100mm±2mm）×（100mm±2mm)的试件，或根据试验需要切割成要求的尺寸。每块板切割试件数量不低于4个。

3.冻融循环试验

（1）一组试件（不低于4个）不进行真空饱水，将另一组试件（不低于4个）浸入3.5%的Nacl水溶液中进行真空饱水（3.5%Nacl水溶液），在98.3KPa～98.7KPa(730mmHg～740mmHg)真空条件下保持15min后恢复常压。

（2）在常温3.5%Nacl水溶液中浸泡2h后，将试件放入塑料袋中，加入15mL3.5%Nacl水溶液，试件在-18℃±2℃下冻16h±1h。

（3）试件立即放入45℃±0.5℃恒温的3.5%Nacl水溶液中24h。

（4）两组试件均在45℃±0.5℃条件下养生不少于2h。不进行真空饱水试件在45℃±0.5℃的恒温水槽中不少于2h，另一组试件置于45℃±0.5℃恒温的3.5%Nacl水溶液中不少于2h。

4.剪切试验

两组试件采用剪切设备（如剪切强度测试仪、直剪仪等）进行剪切试验。对每组不少于4个的剪切复合试件施加法向（垂直）载荷0.84MPa±0.05MPa，待法向载荷稳定后，再以5mm/min的加载速率施加水平（切向）剪切力，直到试件发生剪切断裂破坏。记录剪切应力、应变和位移。5.计算冻融循环抗侧刚度比LSR，要求LSR≥85%

抗侧刚度LS=剪力/层间位移    （1）

式中：

剪力—沥青砂或改性沥青砂防水粘结层发生剪切破坏时的最大荷载（KN）；

层间位移—沥青砂或改性沥青砂防水粘结层发生剪切破坏时层间最大相对位移（mm）。

$\mathrm{LSR}=\frac{{\mathrm{LS}}_{\mathrm{dr}}}{{\mathrm{LS}}_0}---\left(2\right)$

式中：

LSR—冻融循环抗侧刚度比；

LS_dr—冻融循环试件的抗侧刚度（KN/mm）；

LS₀—未冻融循环试件的抗侧刚度（KN/mm）。

6.当4个试件冻融循环抗侧刚度比的变异系数不大于20%时，取其平均值作为试验结果；变异系数大于20%时，应分析原因，并追加试验。

★冻融循环试验中的第（2）步，是参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTGE20-2011的T0729，之所以加入约15mL水，而不是约10mL水,是考虑试件尺寸有所增加，按相同沥青混合料体积的加水量换算而得。

★剪切试验中施加法向（垂直）载荷0.84MPa±0.05MPa，是考虑现代道路交通普遍超载的情况较为严重，当超载150%时的汽车轮胎接地压强。也可以根据实际超载情况确定。加载速度5mm/min是参考《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011沥青混合料抗剪强度试验（三轴压缩法）确定。

★剪切复合试件中防水粘结层相对薄弱，故剪切试验中一般先沿防水粘结层发生剪切破坏。

Claims (1)

1.除冰盐对沥青砂和改性沥青砂桥面铺装防水粘结层抗剪切性能影响的评价方法，其特征在于：（a）制备水泥混凝土试件，在室温状态下，取出养生28天并晾干的设计标号的水泥混凝土长方体试块，尺寸为300mm±2mm×300mm±2mm×50mm±2mm，用刮刀将拉毛面的浮浆、灰尘清理干净；（b）制备剪切复合试件：①水泥混凝土试件涂抹粘层油后置于轮碾法成型的试模中，按我国现行《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》JTG E20-2011T0703用轮碾成型机碾压成型长300mm、宽300mm、厚度与沥青砂或改性沥青砂的设计厚度相同的复合试件，在其上加铺桥面铺装层沥青混合料，碾压成型尺寸为300mm±2mm×300mm±2mm×100mm±2mm的复合剪切试件，或碾压成型与桥面铺装的实际厚度相同的板块状试件，涂抹粘层油用量可参考《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004取0.4L/m²；②本方法也适用于采用轮碾法成型与桥面铺装相同结构和厚度的板块状试件，或者现场切割板块状试件，切割试件的尺寸根据现场面层的实际情况由试验确定；③试件成型后，连同试模一起在常温条件下放置的时间不得少于12h，对聚合物改性沥青混合料，放置的时间以48h为宜，使聚合物改性沥青充分固化后方可进行试验，室温放置时间不得长于1周；④试件沿轮碾方向切割尺寸为150mm±2mm×100mm±2mm×100mm±2mm的试件，或根据试验需要切割成要求的尺寸；每块板切割试件数量不低于4个；（c）进行冻融循环试验:①一组不低于4个试件不真空饱水，将另一组不低于4个试件浸入3.5%的Nacl水溶液中进行真空饱水，在98.3KPa～98.7KPa真空条件下保持15min后恢复常压；②在常温3.5%Nacl水溶液中浸泡2h后，将试件放入塑料袋中，加入约15mL3.5%Nacl水溶液，试件在-18℃±2℃下冻16h±1h；③试件立即放入45℃±0.5℃恒温的3.5%Nacl水溶液中24h；④两组试件均在45℃±0.5℃条件下养生不少于2h，不进行真空饱水试件在45℃±0.5℃的恒温水槽中不少于2h，另 一组试件置于45℃±0.5℃恒温的3.5%Nacl水溶液中不少于2h；（d）进行剪切试验，两组试件采用剪切强度测试仪等剪切设备进行剪切试验，对每组不少于4个的剪切复合试件施加法向垂直载荷0.84MPa±0.05MPa，待法向载荷稳定后，再以5mm/min的加载速度施加水平切向剪切力，直到试件发生剪切断裂破坏，记录剪切应力、应变和位移；（e）计算冻融循环抗侧刚度比LSR，要求LSR≥85%，抗侧刚度LS=剪力/层间位移    （1） 

式中： 

剪力—沥青砂或改性沥青砂防水粘结层发生剪切破坏时的最大荷载（KN）； 

层间位移—沥青砂或改性沥青砂防水粘结层发生剪切破坏时层间最大相对位移（mm）， 

式中： 

LSR—冻融循环抗侧刚度比； 

LS_dr—冻融循环试件的抗侧刚度（KN/mm）； 

LS₀—未冻融循环试件的抗侧刚度（KN/mm）； 

（f）当4个试件冻融循环抗侧刚度比的变异系数不大于20%时，取其平均值作为试验结果；变异系数大于20%时，应追加试验。