劉柏康1，鐘雨喬2，尹兆粼1，鐘永剛3，姚佳良4

（1.東莞市公路管理局，廣東東莞 523110；2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安 710064；3.東莞市交通運(yùn)輸局，廣東東莞 523125；4.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004）

水泥穩(wěn)定碎石基層使用蠟制養(yǎng)護(hù)劑應(yīng)用研究?

劉柏康1，鐘雨喬2，尹兆粼1，鐘永剛3，姚佳良4

（1.東莞市公路管理局，廣東東莞 523110；2.長(zhǎng)安大學(xué)公路學(xué)院，陜西西安 710064；
3.東莞市交通運(yùn)輸局，廣東東莞 523125；4.長(zhǎng)沙理工大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410004）

結(jié)合廣東省東莞市S358線清溪段路面改造工程，在水泥穩(wěn)定碎石基層上噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑，并進(jìn)行層間剪切試驗(yàn)、拉拔試驗(yàn)及防水試驗(yàn)驗(yàn)證其效果。試驗(yàn)結(jié)果表明，水泥穩(wěn)定碎石基層上噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑，與無隔離層基層比較，能改善過渡層性能，減少薄弱過渡層的形成，減小層間摩阻力，降低粘結(jié)力，提高防水作用。

公路；蠟制養(yǎng)護(hù)劑；隔離層；水泥穩(wěn)定碎石基層；摩擦力

在剛性基層（貧砼基層）和半剛性基層上鋪筑水泥砼形成的路面即“白加白”結(jié)構(gòu)的主要問題是層間結(jié)合程度，層間結(jié)合強(qiáng)時(shí)剛性大的面層與基層變形（砼硬化變形、溫度和荷載變形）所引起的開裂會(huì)互相影響，產(chǎn)生反射裂紋。為了降低基層與面層間的結(jié)合程度，避免面層與基層的完全粘結(jié)，常在基層與面層之間設(shè)置一中間層或稱隔離層。目前關(guān)于隔離層的研究主要集中在機(jī)理方面，如易志堅(jiān)等通過小梁疲勞試驗(yàn)和隔離層摩阻試驗(yàn)研究隔離后砼性能，結(jié)果表明設(shè)置隔離層后砼疲勞性能有較大改善，設(shè)置隔離層可減少摩擦力。設(shè)置隔離層的方法主要有3種：一是攤鋪稀漿封層或?yàn)r青砼等瀝青類材料；二是鋪貼土工布、塑料薄膜等薄層類材料；三是噴灑乳液類材料，固化后形成隔離層。乳液類材料主要有乳化石蠟等，乳化石蠟是一種以石蠟乳液及復(fù)合乳化劑等為原材料合成的復(fù)合型養(yǎng)護(hù)劑，兼具養(yǎng)護(hù)與礎(chǔ)上，引入模糊控制理論，將其和傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊PID控制器對(duì)骨料的計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了骨料計(jì)量控制系統(tǒng)的參數(shù)在線自調(diào)整。與常規(guī)PID控制比較，從仿真結(jié)果來看，模糊PID控制可明顯提高骨料計(jì)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特征和穩(wěn)態(tài)性能，控制精度更高，從而提高了骨料的計(jì)量精度，具有較強(qiáng)的工程實(shí)際應(yīng)用意義。隔離功能，簡(jiǎn)稱蠟制養(yǎng)護(hù)劑。該文結(jié)合廣東省東莞市S358線清溪段路面改造工程，通過現(xiàn)場(chǎng)層間剪切試驗(yàn)、拉拔力試驗(yàn)、防水試驗(yàn)開展蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離試驗(yàn)與應(yīng)用研究，分析水泥穩(wěn)定碎石基層上鋪設(shè)水泥路面隔離層中采用蠟制養(yǎng)護(hù)劑的作用機(jī)理、隔離效果等，為水泥穩(wěn)定碎石基層與水泥路面面層采用蠟制養(yǎng)護(hù)劑隔離提供科學(xué)依據(jù)。

1　隔離層材料的選擇

蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑是在一定溫度下，以不溶于水的合成蠟或天然石蠟為原材料，通過乳化劑的定向吸附作用，并在機(jī)械外力作用下將蠟以微粒分散于水中而形成的乳液。固化后的蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑是憎水性材料，固化成膜后的蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑本身是相對(duì)致密的，新拌水泥砼澆筑在固化后的蠟制養(yǎng)護(hù)膜上，其產(chǎn)生的水泥漿由于蠟制養(yǎng)護(hù)膜的隔離，漿體很難順著基層面的孔隙和裂縫下滲到基層中，因而隔離層能阻止層間過渡層的形成。蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑主要具有防止水分下滲到基層、減弱層間過渡層的形成、降低水泥粘合、增加潤(rùn)滑及減少層間摩擦阻力等作用。

在同樣達(dá)到良好隔離性能的情況下，按鋪筑單位面積的材料單價(jià)比較，蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑的單價(jià)為3cm厚瀝青砼的1/8，為土工布的1/2。

綜合對(duì)比分析，蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑具有表面潤(rùn)滑性能好、施工快、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

2　隔離層效果現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

2.1工程簡(jiǎn)介

廣東省東莞市S358線清溪段路面改造工程（路面結(jié)構(gòu)見圖1）第一標(biāo)段北起清溪與惠州交界處（樁號(hào)K35+783），向西南方向延伸至臨近北環(huán)路交叉口處（樁號(hào)K40+780），全長(zhǎng)4.997km。其中鐵場(chǎng)至北環(huán)路段是S358省道惠廟線的一部分，將東莞市與惠州市連接起來，對(duì)清溪鎮(zhèn)乃至整個(gè)東莞的發(fā)展都具有重要作用。蠟制隔離層設(shè)置在K39+740—K40+780段。根據(jù)依托工程施工進(jìn)度，在水泥穩(wěn)定碎石基層施工完并養(yǎng)護(hù)28d形成強(qiáng)度后，通過刻槽機(jī)、人工鑿毛和調(diào)整基層配合比的方式使其表面形成不同構(gòu)造深度，然后分段分塊噴涂蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑（見圖2），噴灑3d后進(jìn)行層間剪切試驗(yàn)、拉拔試驗(yàn)和防水性試驗(yàn)。

圖1　東莞S358線水泥砼路面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2　蠟制隔離層施工圖片

2.2層間剪切測(cè)試

在水泥穩(wěn)定碎石基層上噴灑蠟制隔離劑3d后進(jìn)行層間剪切試驗(yàn)，結(jié)果見表1。定義綜合摩擦系數(shù)為小梁最大頂推力與小梁自重的比值，用于綜合反映界面的粘結(jié)應(yīng)力和最大靜摩擦力。

由表1可知：

（1）未設(shè)置隔離層面板砼的水泥漿會(huì)下滲到水泥穩(wěn)定碎石內(nèi)部孔隙中，并在面板和基層層間形成強(qiáng)度低于砼面板強(qiáng)度的過渡層。隨著構(gòu)造深度的增大，層間粘結(jié)力越大，綜合摩擦系數(shù)也就越大，水泥穩(wěn)定碎石基層與水泥面板層間形成的過渡層現(xiàn)象也越明顯。應(yīng)減小砼面板與水穩(wěn)碎石基層間的切向?qū)娱g粘聚力，否則面板切向?qū)?huì)受到強(qiáng)大的約束力的影響。

（2）達(dá)到一定噴灑量后，隨著蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑噴灑量的增加，層間粘結(jié)應(yīng)力和綜合摩擦系數(shù)降低幅度呈放緩的趨勢(shì)。

（3）根據(jù)綜合摩擦系數(shù)變化值可預(yù)測(cè)，當(dāng)蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑噴灑達(dá)到一定量時(shí)，層間粘結(jié)應(yīng)力將會(huì)恒定在某一范圍，增加蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑的噴灑量對(duì)層間粘結(jié)應(yīng)力的影響將不再那么明顯，且不同粗糙程度的水泥穩(wěn)定碎石基層上其綜合摩擦系數(shù)會(huì)趨向于相等。

表1　層間剪切試驗(yàn)結(jié)果

（4）將砼面板直接澆筑在不同粗糙程度的基層上進(jìn)行小梁頂推試驗(yàn)，基層越粗糙，水平頂推力越大，層間剪應(yīng)力也就越大。在不同粗糙程度的水泥穩(wěn)定碎石基層上噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑后，層間粘結(jié)情況有了質(zhì)的變化，層間粘聚力大幅度降低，減小68% ～80%，層間摩擦力減小。

2.3拉拔測(cè)試

比較不同隔離層的面層與基層的法向粘結(jié)力大小，分析面層與基層的法向粘聚力差別。在基層上澆筑直徑為11cm的圓柱體試件，待圓柱體試件形成28d強(qiáng)度、蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑固化穩(wěn)定后，通過反向頂推的方法測(cè)出層間法向拉拔力，反映砼面板在翹曲變形時(shí)所受約束的大小。拉拔試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知：

（1）未設(shè)置隔離層的澆筑圓柱體試件中水泥漿會(huì)下滲到水泥穩(wěn)定碎石基層內(nèi)部，并形成過渡層。水泥漿形成強(qiáng)度后將基層與試件粘結(jié)在一起，砼面板在翹曲變形時(shí)會(huì)受到法向的約束作用。

（2）在沒有噴灑蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑的情況下，砼面板與水泥穩(wěn)定碎石基層層間存在較大的法向粘聚力，砼面板的法向?qū)?huì)受到較大的約束，且構(gòu)造深度越大，法向粘聚力越大。噴灑蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑后，面板的法向粘聚力大幅度減小。

（3）蠟制隔離養(yǎng)護(hù)劑噴灑越多，法向粘聚力降低幅度越大。達(dá)到一定噴灑量后，隨著噴灑量的增加，法向粘聚力的降低幅度呈放緩的趨勢(shì)。

表2　拉拔試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表2

（4）根據(jù)法向粘聚力變化值可預(yù)測(cè)，噴灑蠟制隔離劑后，不同構(gòu)造深度水泥穩(wěn)定碎石基層的法向粘聚力都有不同程度的減小，隨著噴灑量的增多，其法向粘聚力減小，最大能減小80%～90%。但當(dāng)噴灑量達(dá)到一定程度時(shí)，其對(duì)法向粘聚力的減小效果不再明顯，在不同構(gòu)造深度下，其粘聚力大小相差不大，表明應(yīng)適當(dāng)控制蠟制隔離劑噴灑量。

2.4防水測(cè)試

在依托工程蠟制隔離層施工4h成膜固化后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灑水定性防水測(cè)試，即在噴灑蠟制隔離層的水泥穩(wěn)定碎石基層上澆灑帶顏色的礦泉水，如果水不滲入，形成徑流和水珠狀態(tài)，則表明基層滿足要求。施工后隨機(jī)檢測(cè)10點(diǎn)，均滿足要求（見圖3）。

圖3　防水測(cè)試

3　結(jié)論

（1）蠟制養(yǎng)護(hù)劑在水泥穩(wěn)定碎石基層上用作水泥砼路面隔離層的主要作用機(jī)理包括降低水泥粘合作用、減少層間摩擦力和防水抗?jié)B透作用。

（2）在不同粗糙程度的水泥穩(wěn)定碎石基層上噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑后，其層間粘結(jié)情況有了質(zhì)的變化，層間粘聚力大幅降低，減小68%～80%，層間摩擦力減小。

（3）噴灑蠟制隔離劑后，不同構(gòu)造深度的水泥穩(wěn)定碎石基層的法向粘聚力都有不同程度的減小，隨著噴灑量的增多，法向粘聚力減小，最大能減小80%～90%。

（4）噴灑蠟制養(yǎng)護(hù)劑后，蠟制養(yǎng)護(hù)劑的憎水性能與滲透性能對(duì)水進(jìn)入基層起到一定的阻擋作用，可提高水泥穩(wěn)定碎石基層的防水與抗沖刷性能。

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U418.6

A

1671-2668（2016）04-0144-04

?國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51578080）；廣東省交通運(yùn)輸廳科研項(xiàng)目（科技-2015-02-007）

2016-02-20