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摘要：早期建设的水泥混凝土路面在进入维修阶段后，受维修方便性和功能舒适性影响，沥青罩面成为混凝土路面改造的主流方式。防水粘结层作为连接沥青混凝土与水泥混凝土的重要结构，对加铺层沥青路面的质量有重大影响。本文通过模拟及现场试验对对SBR改性乳化沥青、二阶反应型防水材料和SBS改性沥青等防水粘结材料的剪切性能、拉拔性能进行试验研究，评价。剪切性能考虑了防水材料类型、试验温度等因素的影响；拉拔性能考虑了防水材料类型、试验温度的影响：渗水性能评价了防水粘结材料经过摊铺碾压后能否满足防水要求。
关键词：防水；粘结；道路；白改黑；拉拔；剪切
随着经济建设的发展，早期修剪的水泥混凝土路面进入了大量的维修期，由于混凝土路面维修工作量大、养护时间长、开放交通延迟造成的交通拥堵等现象十分突出。上世纪90年代以来，沥青路面的建设在我国取得了快速的发展，技术日趋成熟，凭借其施工方便、开放交通快等优点，沥青路面越来越多的出现在混凝土路面的改造工程中，对社会和经济效益都有很大贡献。
但相当一部分的旧水泥混凝土路面沥青罩面的工程效果不尽人意，除了由于原混凝土路面处理不当造成的反射裂缝等，很多坑槽、推移等病害与防水粘结层的质量有很大关系。防水粘结层具有的防水、粘结效果，即能防止路面水浸入底层，又起到旧混凝土路面和沥青加铺层的粘结作用，因此防水粘结层质量的好坏，直接影响到旧混凝土路面能否和沥青加铺层形成整体。
白改黑路面结构中防水粘结层尚未有专门的规范进行规定，而旧混凝土路面加铺沥青路面结构同桥面沥青层铺装很相似，且桥面防水粘结层已经形成了一套相对较为完善的体系。因此，本文借鉴桥面防水粘结层的相关试验、检测、指标等对白改黑路面结构防水粘结层进行试验评价。
1.防水粘结层材料的发展与现状
经过多年探索，白改黑路面结构防水粘结层材料是伴随着桥面防水粘结材料共同发展。各种防水粘结材料诸如：乳化沥青、热沥青、改性沥青、聚氨酯防水粘结材料、高分子防水粘结材料等等，开始在各种等级的公路桥面中被采用，同时相当一部分开始应用在白改黑路面结构防水粘结层。
除了材料研发等方面的发展外，我国在材料的实验方法、标准及桥面防水规范的制定方面也取得了一定的进展。如，我国现行规范《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中也做出了相关规定：“桥梁所处环境气候不同，水对桥梁结构的侵蚀和对铺装的破坏也不同对桥面铺装的防水性能要求也不同。桥面沥青铺装结构由防水层和下面层、表面层组成。为了防止雨水下渗侵入结构物，不仅要选择良好的防水层，而且下面层的密水性能是关键，提出由防水层和下面层共同组成防水体系的概念。对特大桥、重要大桥要求设计下封层，建立完善的防水体系”。并陆续制定了一系列评价路桥防水材料的实验标准方法，如：道路用改性沥青防水卷材（JC/T974-2005），道路用防水材料（JC/T975-2005），路桥用水性沥青基防水涂料（JT/535-2004）等。提出了桥面防水材料材料性能及路用性能等的实验验证方法。
国内防水粘结材料的研究在取得上述成果发展外，也仍然存在一些不足之处，如，在新材料得开发和推广应用方面还需多做出努力；试验方法、标准和防水规范需要迸一步完善；在施工方面，主施工质量控制难；现场的检测缺乏检测用的专用仪器，也缺乏的关键性指标等。这些现象在白改黑路面结构防水粘结层的施工中体现的更为明显。
2.常用防水粘结材料性能分析
2.1防水粘结材料分类
防水粘结层材料的选择应结合性能要求、工程情况及施工技术水平综合确定。在普通桥面铺装结构中，通常使用的有：水溶性、溶剂型及反应型三类，其主要参数如下表1。
2.2防水粘结材料拉拔性能分析
拉拔试验的目的是检测防水粘结材料与水泥混凝土桥面及沥青混合料面层的粘结强度，可考查粘结力不足时的破坏面特征和粘结层结构与铺装层间的粘结性能，研究不同外部环境因素对层间粘结力的影响规律。
本文采用拉拔仪及钢制拉头（直径10cm）对上述材料（SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青、二阶反应型防水粘结材料）的拉拔粘结强度进行检测，主要检测防水粘结材料与水泥混凝土基面的粘结力。并以此对各种材料粘结力进行比较分析。
2.2.1拉拔试验影响因素及试验方案
拉拔试验影响因素可总结为：防水粘结材料的性能和用量、拉拔速度、环境条件。防水粘结材料的性能和用量以及拉拔速度不同，试验结果就不同，本试验由于受条件限制，拉伸时速度恒定。试验方案如下：统一温度下防水粘结材料的抗拉强度，本文将试验的温度控制在25℃及60℃两个温度进行检测。
2.2.2拉拔试验分析
按照记录下来的拉拔力F和拉头底面面积按下面公式计算拉拔强度：
P=F/S
其中：P—拉拔强度，MPa；F—试验拉拔力，N；S—拉头底面面积，mm2；
2.2.3试验结果
首先对各种防水粘结材料在25℃的条件下进行抗拉拔强度进行检测，检测结果见下表2。
从上表的结果可以看出，在25℃的检测条件下，各种材料的抗拉性能依次为二阶反应型防水粘结材料>SBS改性沥青>SBR改性乳化沥青，各种材料的抗拉性能主要与材料本身的特性有关，在其它条件相同时与材料用量大小也有关。
为确定温度对各种材料粘结力的影响，在温度为60℃，其他条件相同下，进行抗拉拔力强度检测，以对比温度影响，检测结果见下表3。
由上表的检测结果可以看出，温度变化对防水粘结层抗拉性能的影响也是非常显著的。各种防水材料对温度都非常敏感，随着温度的升高抗拉强度迅速下降。高温60℃情况下，拉拔强度值仅有25℃的10％～50％。
2.3 防水粘结材料剪切性能分析
2.3.1剪切试验影响因素及试验方案
影响层间抗剪强度的因素包括：材料因素、荷载因素、环境因素。其中材料因素主要包括：防水粘结材料性能及用量、沥青混合料等。荷载状态主要包括：剪切速率、垂直压力等。试验条件主要包括：环境温度、混凝土板界面。当然影响沥青混合料铺装面层和水泥混凝土板之间的抗剪强度的因素还有很多。比如沥青混合料的种类及级配类型都是重要的影响因素。本文只选取以下几个主要影响因素来考查：主要考虑防水材料类型、试验温度等两种因素的影响，材料用量按规范及经验值确定：SBR乳化沥青1.6kg/m2，SBS改性沥青1.5kg/m2，二阶反应型防水粘结材料0.8kg/m2。
2.3.2抗剪强度分析
按施工过程在室内成型试件，预制300mm×300mm×50mm的水泥混凝土板，等其初凝后在其上表面模拟桥面板表面实际纹理构造进行处理，经过养生后在预制水泥混凝土板上按施工要求涂防水粘结材料，最后在双层车辙板内用轮碾仪加铺50mm厚的沥青混凝土铺装层。放置48h后脱模再用取芯机取出直径和高度均为l00mm的双层试件。本试验用抗剪仪器，采用控制应变的加载模式，选择较为常见50mm/min作为加载速率进行剪切力检测。
剪切力计算公式如下：
τ=F/S
式中：τ—剪应力（MPa）；F—剪力（N）；S—剪切面积（m2）
（1）在25℃的温度环境下，对最佳用量防水粘结材料抗剪性能进行检测，试验结果如下表4。
由上表可知各防水粘结层材料中的二阶反应型防水材料抗剪强度最好，SBS改性沥青抗剪强度次之，而SBR改性乳化沥青最低。
（2）防水粘结层在自然环境中，内部温度随气温而不断变化。在面层沥青混合料摊铺时，防水粘结材料也会受到高温的冲击，在进行防水粘结层设计以及材料选择时必须考虑环境温度变化的影响。根据前述防水粘结层在防水粘结材料最佳用量下，用三种不同的试验温度下（25℃、40℃和60℃）研究各防水粘结材料的抗剪强度。详细检测结果见下表5。
白改黑路面防水粘结层一般是沥青质材料，这些材料是典型的粘弹性体，在低温时粘度大，层间粘结性能好。但是，当环境温度升高时（有时已超过材料的软化点），层间材料表现出更多的粘性状态，层间又是富油区，防水材料在层间起到了润滑的作用，使层间抗剪强度下降，导致层间发生剪切变形。由表5可以看出，随着环境温度的上升，各种材料都随着温度的升高抗剪强度迅速下降。SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青、二阶反应型防水粘结材料在40℃的抗剪强度是25"C的20%左右；SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青、二阶反应型防水粘结材料在60℃的抗剪强度是25℃的12%左右。
各种防水粘结材料的抗剪性能对高温的敏感性能大小为：SBR改性乳化沥青>SBS改性沥青>二阶反应型防水粘结材料。
2.4现场施工时下基面的清洁粗糙程度对防水粘结材料拉拔性能分影响
一般来说防水粘结层下基面的清洁粗糙程度对防水粘结层的粘结效果会有一定的影响，防水粘结层表面光滑的情况下与上层的铺装层粘结都不会有很好的粘结力。为了达到与下基面良好的粘结性能，下面将在某工程施工现场对不同防水粘结层清洁粗糙程度对粘结效果的影响进行分析。
为了达到不同清洁粗糙程度，采用两种处理方式予以对比：一是对旧路面混凝土进行常规的拉毛处理，用高压水枪冲洗干净并干燥后进行防水粘结层的施工；二是采用抛丸的处理工艺（此工艺多用于桥面铺装防水粘结层施工，此处为对比粘结效果进行借鉴），用抛丸机将小钢珠打到混凝土表面，将砼表面浮浆等去除，并露出骨料后再进行防水粘结层施工。
为体现检测数据的可比性，选择在上午环境温度与室温相近时对上述两种处理工艺的防水粘结层粘结效果进行检测（环境温度为25℃），检测结果见下表6。
由以上检测结果可以看出，几种防水粘结材料在拉毛清洗条件下的抗拉拔强度值均低于在抛丸处理条件下的均值，且均低于室内试验抗拉拔强度均值。而进行抛丸处理的防水粘结材料抗拉拔强度均值均达到或接近室内试验结果。
由此可见当接触面过于光滑时会使得的防水粘结材料的抗剪及抗拉性能减弱，从而导致粘结效果的降低。只有当下基面足够清洁粗糙时，才会使防水粘结材料粘结效果达到最佳。
3.结论
本文通过参照桥面铺装防水粘结层的材料、技术指标、检测评定方法等，重点对白改黑路面防水粘结层常用到的SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青、二阶反应型防水粘结材料等防水粘结材料的粘结能力、抗剪能力等进行了室内及现场试验，并加以对比分析，可以得出以下结论：
（1）防水粘结层的粘结效果与材料的种类有明显关系，从大到小依次为二阶反应型防水粘结材料> SBS改性沥青>SBR改性乳化沥青；
（2）防水粘结材料在各自最佳用量下抗剪切性能从大到小依次为二阶反应型防水粘结材料> SBS改性沥青>SBR改性乳化沥青；
（3）温度对防水粘结材料的粘结、抗剪影响均比较大，当温度上升至60℃时各材料效果均比较低；
（4）下基面的处理对防水粘结材料的效果也有比较大的影响，清洁粗糙的下基面能较好的保证粘结效果。
做为白改黑路面结构中具有重要作用的防水粘结层，对沥青加铺层路面的使用功能和使用寿命有这重要影响，本文通过相关试验的工作为白改黑路面结构设计及施工提供了一定的参考作用。
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论文作者:张万邦,张东鲁
论文发表刊物:《基层建设》2015年24期供稿
论文发表时间:2016/3/17
标签：材料论文; 拉拔论文; 沥青论文; 桥面论文; 路面论文; 性能论文; 混凝土论文; 《基层建设》2015年24期供稿论文;