摘 要:針對蠟制養護劑的特點,結合工程實踐和試驗數據,對蠟制養護劑作貧混凝土基層隔離層的可行性進行了分析,為推廣蠟制養護劑作隔離層這種新方法提供一定的依據。
關鍵詞:蠟制養護劑,貧混凝土基層,隔離層
中圖分類號: TU502
引言
蠟制養護劑是一種用石蠟乳液及復合乳化劑等為原材料,依據工程使用要求(氣候情況、結構類型、成膜厚度等) 按一定比例合成的復合型養護劑。在水泥路面施工過程中,該養護劑不僅可用于混凝土路面、剛性基層、半剛性基層施工時的養護,而且國外最新研究和應用表明,它還可以兼作半剛性基層、剛性基層和水泥混凝土面層之間的隔離層。由于乳化蠟能在親水基層表面形成一層憎水膜,這層憎水膜可滲入基層表面的毛細孔隙,并能極大地阻止面層施工時水泥漿對基層的滲透,減弱混凝土面層下表面在施工過程中產生薄弱過渡層的形成,蠟制薄膜層還能在基層與面層間產生有效的潤滑(這是其他隔離層難于產生的) ,因而形成良好的隔離效果,且施工簡便迅速、成本極低,在國外和我國臺灣有不斷擴大應用的趨勢。
近年來,美國堪薩斯州、佐治亞州、韓國和我國臺灣采用蠟制養護劑兼作隔離層,用于混凝土路面水泥穩定基層(CTB) 、貧混凝土基層(LCB) 施工后的養護及面層與基層的隔離,已成功修筑了上千公里水泥混凝土路面,并制定了相應的技術規程,如美國堪薩斯州交通廳有關基層使用蠟制養護劑標準、美國標準(AASHTODesignation :M 148205 ,ASTM Designation :C 309203) 。而國內對采用蠟制養護膜做層間隔離材料則從未進行過研究。具體某一工程采用哪種做法設計中尚無標準可循,一般情況下僅憑經驗,這樣給實際工程帶來諸多不確定性,出現這種情況的原因主要在于:國內外這方面研究工作較少,因而無法從這些做法的意義與效果、經濟性等作出客觀的評價。因此,文中在充分研究及總結以往隔離層水泥路面的經驗,通過理論分析與路面結構疲勞試驗,為含隔離層的水泥路面設計理論提供一定依據。
1 設置隔離層的水泥混凝土路面力學性能研究
1. 1 計算模型與參數
1. 1. 1 考慮層間作用的三維有限元模型
1) 合理的層間作用模型對于正確分析路面結構的真實力學行為是十分關鍵的。傳統的理論模型中,不論是摩擦模型、夾層模型,還是采用結合系數的等剛度法,都存在一定的優缺點,不能充分模擬實際狀態。2) 本研究采用的是摩擦模型和彈簧模型結合起來的層間接觸模型。彈簧模型描述平面弱界面的變形特性,用法向剛度和切向剛度來描述彈簧層頂部與底部力學量之間的關系,模擬層間的壓縮和剪切變形。摩擦模型描述界面上的受力狀態,用摩擦系數模擬不同結合面情況下的層間摩阻狀態。3) 建立的三維有限元模型為三層體系單塊自由板,計算采用8 節點等參單元,邊界條件為土基底部完全約束,側面水平方向位移均為0 ,面層表面作為自由面,不進行任何約束。采用經驗證的ANSYS 通用有限元分析程序進行計算,模型如圖1 所示。
1. 1. 3 荷載條件
分析時以單軸100 kN 標準軸載作為作用荷載,輪胎接地幾何形狀如圖2 所示。垂直荷載0. 7 MPa ,水平荷載是通過垂直荷載乘以車輪與路面間的摩擦系數得到,勻速行駛的情況取0. 2 ,即:
q = f ×p = 0. 2 p 。
1. 2 車輪荷載作用下不同隔離層路面結構力學性能
1) 標準輪壓下路面結構的各主要力學指標(見表3) 。
2) 超載情況下路面結構的各主要力學指標(見表4) 。
1. 3 標準輪壓與超載作用的對比分析
由表3 ,表4 可知,超載作用對路面各力學性能均有一定的影響。其中,超載作用對層間最大剪應力(變) 和層底最大拉應力(變) 影響最大。
1. 4 小結
1) 由以上試驗數據可知,不設隔離層、蠟制隔離層、稀漿封層和3 cm 瀝青混凝土隔離層的路表彎沉相差不大,最大差值只有0. 7 個彎沉單位,即0. 007 mm。
2) 由以上試驗數據可知,設置蠟制隔離層的面層與基層最大剪應力(變) 在四種方案中均最小。例如,在直道模型時不設隔離層、稀漿封層和3 cm 瀝青混凝土層的面層與基層間最大層間剪應力分別比蠟制隔離層大3. 5 % ,2. 9 %和5. 4 %。
2 結語
由文中試驗結果可知,采用蠟制養護劑作為貧混凝土基層隔離層時,在使用性能上均優于其他幾種國內常用的隔離層材料,同時還具有起養護作用和價格低廉的優勢,因此選用蠟制養護劑作為貧混凝土基層的隔離材料在國內是非常值得推廣的。
參考文獻:
[1 ] 韓書斌. 淺議多孔貧混凝土基層施工技術[ J ] . 山西建筑,2007 ,33 (7) :3152316.
