基于表面特性的沥青混凝土桥面防水黏结层力学性能研究

桥面防水黏结层作为桥面整体化层与沥青结构层之间的过渡层,其力学性能是沥青桥面长久耐用的基础。为研究沥青混凝土桥面防水黏结层的力学性能,文中通过拉拔试验和斜剪试验,分析桥面湿度、粗糙度、混凝土基面强度等因素对桥面沥青混凝土防水抗剪强度和黏结强度的影响。结果表明,水泥基面表面含水率越低,抗剪强度越高,黏结性能越好;表面潮湿条件下,层间黏结效果较差;桥面混凝土拉毛后构造深度达到0.9 mm时,抗剪强度和黏结强度达到最大值;水泥混凝土基面强度达到30 MPa时,拉拔强度和剪切强度达到峰值,且受其变化影响较小。     

TOPEVER防水粘结体系的性能研究

为充分了解TOPEVER防水粘结体系的性能，从拉伸强度、断裂伸长率、低温柔性、200℃高温老化、层间粘结强度以及铺装组合结构的粘结强度等方面，系统研究了材料的力学性能及层间粘结性能，并探讨了体系中MMA防水材料的反应机理。试验结果表明：1)防水材料拉伸强度为15.5 MPa,断裂伸长率为257.7%,200℃高温老化后无流淌、滑落；2)邵氏硬度(邵D)为60.1,防腐层与钢基面的粘结强度为21.53 MPa,防水层与钢基面的粘结强度为8.53 MPa,铺装组合结构的粘结强度为1.74 MPa。结论是TOPEVER防水粘结体系与国外同类型产品相比具有一定优势，可作为钢桥面铺装防水粘结体系的主流选择。     

环氧树脂/聚氨酯改性乳化沥青的强度和柔韧性

为进一步确定水性环氧树脂、水性聚氨酯及其复合改性乳化沥青黏结料自身强度和柔韧性,制备了不同水性环氧树脂、水性聚氨酯掺量下的改性乳化沥青黏结料,并进行对比分析和研究。结果表明:水性环氧树脂能有效提高改性乳化沥青的高温拉伸强度,水性聚氨酯能优化改性乳化沥青的低温断裂伸长率,改善其柔韧性。在不同条件下老化后,水性环氧树脂/聚氨酯复合改性乳化沥青的拉伸强度保持率和断裂伸长率保持率均在83%以上,表现出良好的耐老化性能。     

常温固化柔性环氧树脂路桥用防水黏结剂的研制

传统路桥用防水黏结剂主要为沥青类材料,但在夏季高温环境下会发生软化,导致黏结强度和防水性能下降,最终导致路面和桥面铺装层的损坏。环氧树脂是一种热固型材料,具有良好的黏结强度和防水性能,但未经改进的环氧树脂黏度高,而韧性、抗冲击性和抗剥离性差。选取环氧树脂用稀释剂、增韧剂、促进剂和固化剂,并配置成环氧树脂防水黏结剂A和助剂B。A剂和B剂的应用比例为100∶40～45,使防水黏结剂具有适合施工的黏度和优良的韧性。通过路用性能试验对防水黏结剂分别用于水泥块、沥青块、钢块之间的黏结强度测定,测试中水泥块和沥青块均有不同程度的损坏,而黏结层未出现开裂现象,表明黏结层的黏结强度均高于试样本身强度;在测试钢块之间的黏结强度时,黏结强度达到14.3MPa。通过低温柔韧性和耐高温性能测定,在低温达到-20℃和高温140℃环境下,低温柔韧性和耐高温性能依然满足要求。研究结果表明,研制的环氧树脂防水黏结剂具有优良的黏结强度、低温柔性和耐高温性能。     

不同固化剂对路用水性环氧树脂工作性能的影响

为进一步提升路用水性环氧树脂工作性能及使用品质,选取两种环氧树脂和5种固化剂,采用固化剂乳化法,制备了不同类型水性环氧树脂,对比评价了不同固化剂类型及掺量下水性环氧树脂拉伸、弯曲、黏结等工作性能。并基于水性环氧树脂工作性能演变规律,确定了最佳固化剂类型及其适宜掺量。结果表明:对于E-44和E-51两种类型的环氧树脂,ZH固化剂固化效果最优;当ZH固化剂中活性氢当量与环氧树脂中环氧当量之比为1∶1时,水性环氧树脂可获得最佳工作性能;此外,与E-44水性环氧树脂相比,E-51水性环氧树脂工作性能表现更为优异,其ZH固化剂(用量为LLZ水平)固化产物拉伸强度和断裂伸长率分别为31.6MPa和12%,弯曲强度、弯曲变形以及弯曲模量分别为82.5MPa、23mm和1 840MPa,附着力拉拔强度为2.15MPa。     

钢桥面环氧铺装超固封层预养护技术应用

为抑制钢桥面环氧铺装早期病害的发育,恢复桥面的密水性能和抗滑性能等,对超固封层材料的力学性能、路用性能和施工可行性进行试验研究。试验结果表明：1)超固封层材料在20℃条件下胶凝时间为200 min,在23℃条件下的拉拔强度超过5.34 MPa,在25℃条件下拉伸强度平均值为9.1 MPa,断裂伸长率平均值为46.9%;2)在干态和湿态状况条件下,超固封层具有优异抗滑性能;3)实体工程应用显示,超固封层未新增早期病害,抗滑性能、密水性能等使用状况较好,未出现掉皮、开裂等不良现象。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固层与RC结构黏结面性能试验

通过243个测点的正拉黏结强度试验和24个测点的剪切黏结强度试验,分析了聚合物砂浆与混凝土界面黏结性能,探讨了黏结强度的影响因素;结合试验数据提出了正拉黏结强度和剪切黏结强度的计算模型.结果表明:抹灰龄期、界面粗糙度、混凝土和砂浆强度、修补方位等是影响黏结性能的主要因素,其显著性水平按此顺序由高到低排列;随龄期增长、混凝土与砂浆强度提高,黏结强度增大,增幅降低;随界面粗糙度增大,黏结强度增大,但粗糙度并非越大越好;不同修补方位的黏结强度基本上遵循顶面大于侧面、侧面大于底面的规律.     

桥面防水黏结层材料性能优选及工程应用

防水黏结层材料性能直接影响桥面铺装结构的整体性和使用耐久性。基于弹性层状体系理论分析了桥面铺装结构内部最大剪应力分布规律;依托太原二环高速公路桥面铺装工程,监测了防水黏结层服役温度与气温的变化规律;基于斜剪试验,测定了SBS改性沥青、环氧改性沥青、氯丁胶乳涂料、AR改性沥青碎石4种防水黏结层在0℃、45℃下的抗剪强度;结合防水黏结层施工工艺,提出施工关键环节技术要求。结果表明:防水黏结层材料弹性模量对其承受的最大剪应力影响较为显著,而厚度影响较小;防水黏结层材料服役温度的合理确定,宜介于当地最高气温加10℃、当地最低气温减2℃的范围;4种防水黏结层抗剪强度差异性较大,橡胶改性沥青碎石在0℃、45℃试验条件下其抗剪强度相对较高(分别为3.44MPa、0.65MPa),宜在温差相对较大地区推广使用。     

奇龙大桥钢桥面铺装质量控制与防水抗滑层的应用研究

针对环氧树脂防水抗滑层在奇龙大桥钢桥面铺装中的应用,总结分析了其桥面铺装的方案选择、施工质量控制和施工要点,开展了环氧树脂防水黏结层及抗滑层的性能试验研究,评价了环氧树脂黏结层的养生强度增长规律。结果表明:在环氧黏结剂未完全固化前,其拉剪强度随着养生时间的增加逐渐增长,待其达到完全固化强度后趋于稳定,且养生温度是其拉剪强度增长的关键影响因素。跟踪调查了奇龙大桥通车1年后的桥面铺装层状况,调查结果表明其桥面铺装整体路用性能表现良好,其长期性能有待于进一步跟踪观测。     

改性树脂抗滑层在南方湿热地区水泥混凝土桥面抗滑养护中的应用

介绍了改性树脂抗滑层(MRS)在京珠高速公路郴州段京广铁路跨线桥水泥混凝土桥面抗滑养护中的应用,并对改性树脂黏结剂的耐湿热老化性能、对潮湿基面的黏结性能及MRS的高温稳定性、水稳定性、黏结性能、路用性能进行了研究。结果表明:改性树脂黏结剂具有优良的耐湿热老化性能和潮湿基面黏结性能;MRS具备优良的高温稳定性、水稳定性、黏结性能,大幅提高了原桥面的抗滑性能。改性树脂黏结剂在60℃、98%条件下老化20d后黏结强度仍大于水泥混凝土本体强度;对潮湿基面黏结强度大于水泥混凝土本体强度,且黏结耐久性不受影响。MRS在70℃,0.9 MPa的条件下动稳定度达到27 319次/mm,残留稳定度达到95.4%,与水泥混凝土表面的黏结强度达到4.1 MPa;桥面干燥和潮湿状态下的摩擦系数达到93和70,构造深度达到1.17mm,使用1年后摩擦系数仍达到65,构造深度则为1.02mm。     

自制环氧防水黏结剂黏结性能的影响因素及其施工工艺

为了研究防水黏结剂的黏结性能对桥面铺装层的影响,通过室内拉拔试验和剪切试验考察了养护时间和环境条件对自制环氧防水黏结剂黏结性能的影响,并阐述了其施工工艺。试验结果表明:自制环氧防水黏结剂具有优良的黏结性能,在常温下固化5d左右即可形成最终黏结强度,且养护温度越高,其黏结强度形成越快;当环境温度在20℃左右时,自制环氧防水黏结剂的拉拔、剪切强度分别可达到3.53MPa和5.23MPa,而温度过高或过低都将导致其黏结性能下降;浸水及冻融对自制环氧防水黏结剂的黏结性能影响较小。     

混凝土桥面防水黏结层剪应力有限元分析

采用ANSYS有限元软件模拟分析混凝土桥面沥青铺装结构层间最大剪应力的变化规律。研究表明,防水黏结层的最大剪应力随沥青铺装层厚度、模量增大而降低;当防水黏结层模量为10 MPa～50 MPa时,沥青铺装层底层、防水黏结层的层间最大剪应力波动较大,模量为50 MPa～100 MPa时波动趋势稍缓,超过200 MPa后趋于平缓,因此,优选防水黏结层模量为100 MPa～300 MPa;车辆制动与超载重载对桥面铺装层层间最大剪应力影响显著,摩擦系数从0.2增至1.0时,防水黏结层内部的最大剪应力由0.133 MPa增至0.283 MPa,增幅为112.8%,超载系数与桥面铺装结构层间最大剪应力呈线性正相关,控制车辆超载、重载可有效避免桥面铺装层发生剪切破坏。探求沥青铺装结构层间最大剪应力变化规律,为优选防水黏结层的材料提供理论支撑。     

混凝土桥面沥青铺装防水层黏结性能影响因素研究

提出了桥面复合式防水黏结层,由黏层油+土工布+沥青碎石封层组成。采用附着力、剪切和拉拔试验等方法研究材料品种、用量以及施工温度等因素对铺装界面黏结性能的影响规律。结果显示:改性沥青与混凝土板的附着强度最高,为0.84 MPa;普通沥青次之,为0.74 MPa;乳化沥青最低,为0.62 MPa;黏层油和碎石封层采用改性沥青相比普通沥青和乳化沥青具有更高的剪切和拉拔强度,与材料附着力相关;黏层油采用普通沥青时,最佳用量1.2kg/m2,碎石封层采用改性沥青时最佳用量1.4kg/m2;黏层油温度状态对桥面铺装结构的黏结强度影响不敏感,面层沥青混合料摊铺后对防水黏结层有明显的二次加热作用,从而保证界面的黏结。     

快速修补材料研发及在水泥混凝土桥面修补中的应用

为改进路面快速修补工艺,自主研发了一种强度高、耐腐蚀、固化快的树脂类胶黏剂,将该胶黏剂与耐磨集料混合形成快速修补材料(Multi-functional Repair Kit,简称MRK)。采用马歇尔设计方法对MRK进行配合比设计,得到最佳级配和最佳胶石比为1∶8。对MRK进行车辙试验、抗压试验和弯拉试验,结果显示MRK的高温浸水车辙动稳定度高达21 300次/mm,7d抗压强度为43.1 MPa,抗弯拉强度为11.8 MPa,显著大于水泥混凝土。将MRK应用于广深高速公路广氮立交桥的水泥混凝土桥面修补,施工简单快捷并且养护3~4h即可开放交通。室内试验及工程应用表明,MRK具有黏结强度高、稳定性和耐久性好、可快速开放交通的特点,能满足水泥混凝土桥面破损快速修补的要求。     

水泥砼双向拉伸弱化特性与路面板厚度设计验算标准

介绍了"砼双向拉伸强度的研究近况及研究结果,即砼的双向拉伸强度比其单向拉伸强度弱化15%～30%"。对建立以砼双向拉伸强度为准则的砼路面板设计方法具有参考价值。     

水泥砼双向拉伸弱化特性与路面板厚度设计验算标准

介绍了"砼双向拉伸强度的研究近况及研究结果,即砼的双向拉伸强度比其单向拉伸强度弱化15%～30%".对建立以砼双向拉伸强度为准则的砼路面板设计方法具有参考价值.     

高韧超薄沥青磨耗层在旧砼桥面铺装中的应用

为提高旧砼桥面的使用功能,降低行车噪声,依托佛山一环西拓旧路改造工程,分析旧砼桥面铺装改造特点,研究旧砼桥面铺装改造设计方案。采用PG-100型高黏高弹聚合物改性沥青开展新型GT-8高韧超薄铺装材料配合比设计,进行2 cm厚GT-8高韧超薄沥青磨耗层应用研究,并对层间黏结、施工工艺及应用效果进行分析。     

石灰岩骨料砂率及温度对抢修砼性能影响研究

为了解决桥面破坏时能在短时间内进行快速修复的难题,通过一系列室内试验,研究了石灰岩骨料砂率及温度对抢修砼性能的影响规律。结果表明,当最优砂率为0.39时,砼塌落度最大,1、7、28d早期强度及后期强度均较好;随着温度的升高,砼的初、终凝时间逐渐缩短,其强度呈现先高后低的趋势,室外温度高于30℃后其强度明显下降。     

采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装受力性能研究

为解决现有钢桥面铺装因大面积现浇超高性能混凝土(UHPC)产生收缩开裂,需密集配筋,施工现场需要大量蒸养设备等问题,提出了一种采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装。通过钢-预制UHPC板界面、钢-现浇UHPC板界面和预制-现浇UHPC界面局部模型试验,揭示了采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装各关键界面黏结性能;通过节段足尺模型试验与有限元分析,明确了车辆荷载下采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装的荷载效应。研究结果表明：钢-预制UHPC板界面受拉和受剪破坏均发生于粘胶层与预制UHPC板结合面,法向抗拉和切向抗剪承载力可保守地取5.2 MPa和8.7 MPa;栓钉间距在150~320 mm之间时,栓钉加密对钢-现浇UHPC板界面抗剪承载力影响较小,可根据中国规范进行现浇UHPC板中栓钉承载力的计算,抗剪刚度可保守的取110.0 kN·mm^-1;界面凿毛处理和湿接缝采用蒸汽养护,可使预制-现浇UHPC接缝的抗剪强度分别提升23%和20%,预制-现浇UHPC接缝抗剪强度可保守地取2.4 MPa;在3倍车辆设计荷载作用下,UHPC板以及钢-UHPC板界面的应力均小于容许应力。提出的采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装方案可行。     

桥面铺装排水联结层设计与性能评价

提出一种厚度只有7cm的具有排走层间滞留水与降低桥面温度的桥面铺装结构。这种桥面铺装结构主要包括了桥面、防水黏结层、排水联结层、沥青层。其中排水联结层是采用CAVF法设计的粒径不超过10mm的多孔沥青混凝土,原材料选用辉绿岩与高黏改性沥青,在完成混合料设计后,针对排水联结层进行渗水实验与对比隔热降温实验,证明了所设计的排水联结层可排除层间滞留水与降低桥面铺装结构的温度,延长桥面铺装结构的使用寿命。同时还采用了正交设计法设计了层间剪切实验,对不同防水黏结层的黏结力进行了试验,得出影响排水联结层层间黏结作用不同因素的重要关系:试验温度沥青种类正压力碎石撒布方案。同时综合考虑经济因素,最佳的防水黏结层应为高黏度沥青撒布0.6～1.18mm粒径碎石。