摘 要:针对蜡制养护剂的特点,结合工程实践和试验数据,对蜡制养护剂作贫混凝土基层隔离层的可行性进行了分析,为推广蜡制养护剂作隔离层这种新方法提供一定的依据。
关键词:蜡制养护剂,贫混凝土基层,隔离层
中图分类号: TU502
引言
蜡制养护剂是一种用石蜡乳液及复合乳化剂等为原材料,依据工程使用要求(气候情况、结构类型、成膜厚度等) 按一定比例合成的复合型养护剂。在水泥路面施工过程中,该养护剂不仅可用于混凝土路面、刚性基层、半刚性基层施工时的养护,而且国外最新研究和应用表明,它还可以兼作半刚性基层、刚性基层和水泥混凝土面层之间的隔离层。由于乳化蜡能在亲水基层表面形成一层憎水膜,这层憎水膜可渗入基层表面的毛细孔隙,并能极大地阻止面层施工时水泥浆对基层的渗透,减弱混凝土面层下表面在施工过程中产生薄弱过渡层的形成,蜡制薄膜层还能在基层与面层间产生有效的润滑(这是其他隔离层难于产生的) ,因而形成良好的隔离效果,且施工简便迅速、成本极低,在国外和我国台湾有不断扩大应用的趋势。
近年来,美国堪萨斯州、佐治亚州、韩国和我国台湾采用蜡制养护剂兼作隔离层,用于混凝土路面水泥稳定基层(CTB) 、贫混凝土基层(LCB) 施工后的养护及面层与基层的隔离,已成功修筑了上千公里水泥混凝土路面,并制定了相应的技术规程,如美国堪萨斯州交通厅有关基层使用蜡制养护剂标准、美国标准(AASHTODesignation :M 148205 ,ASTM Designation :C 309203) 。而国内对采用蜡制养护膜做层间隔离材料则从未进行过研究。具体某一工程采用哪种做法设计中尚无标准可循,一般情况下仅凭经验,这样给实际工程带来诸多不确定性,出现这种情况的原因主要在于:国内外这方面研究工作较少,因而无法从这些做法的意义与效果、经济性等作出客观的评价。因此,文中在充分研究及总结以往隔离层水泥路面的经验,通过理论分析与路面结构疲劳试验,为含隔离层的水泥路面设计理论提供一定依据。
1 设置隔离层的水泥混凝土路面力学性能研究
1. 1 计算模型与参数
1. 1. 1 考虑层间作用的三维有限元模型
1) 合理的层间作用模型对于正确分析路面结构的真实力学行为是十分关键的。传统的理论模型中,不论是摩擦模型、夹层模型,还是采用结合系数的等刚度法,都存在一定的优缺点,不能充分模拟实际状态。2) 本研究采用的是摩擦模型和弹簧模型结合起来的层间接触模型。弹簧模型描述平面弱界面的变形特性,用法向刚度和切向刚度来描述弹簧层顶部与底部力学量之间的关系,模拟层间的压缩和剪切变形。摩擦模型描述界面上的受力状态,用摩擦系数模拟不同结合面情况下的层间摩阻状态。3) 建立的三维有限元模型为三层体系单块自由板,计算采用8 节点等参单元,边界条件为土基底部完全约束,侧面水平方向位移均为0 ,面层表面作为自由面,不进行任何约束。采用经验证的ANSYS 通用有限元分析程序进行计算,模型如图1 所示。
1. 1. 3 荷载条件
分析时以单轴100 kN 标准轴载作为作用荷载,轮胎接地几何形状如图2 所示。垂直荷载0. 7 MPa ,水平荷载是通过垂直荷载乘以车轮与路面间的摩擦系数得到,匀速行驶的情况取0. 2 ,即:
q = f ×p = 0. 2 p 。
1. 2 车轮荷载作用下不同隔离层路面结构力学性能
1) 标准轮压下路面结构的各主要力学指标(见表3) 。
2) 超载情况下路面结构的各主要力学指标(见表4) 。
1. 3 标准轮压与超载作用的对比分析
由表3 ,表4 可知,超载作用对路面各力学性能均有一定的影响。其中,超载作用对层间最大剪应力(变) 和层底最大拉应力(变) 影响最大。
1. 4 小结
1) 由以上试验数据可知,不设隔离层、蜡制隔离层、稀浆封层和3 cm 沥青混凝土隔离层的路表弯沉相差不大,最大差值只有0. 7 个弯沉单位,即0. 007 mm。
2) 由以上试验数据可知,设置蜡制隔离层的面层与基层最大剪应力(变) 在四种方案中均最小。例如,在直道模型时不设隔离层、稀浆封层和3 cm 沥青混凝土层的面层与基层间最大层间剪应力分别比蜡制隔离层大3. 5 % ,2. 9 %和5. 4 %。
2 结语
由文中试验结果可知,采用蜡制养护剂作为贫混凝土基层隔离层时,在使用性能上均优于其他几种国内常用的隔离层材料,同时还具有起养护作用和价格低廉的优势,因此选用蜡制养护剂作为贫混凝土基层的隔离材料在国内是非常值得推广的。
参考文献:
[1 ] 韩书斌. 浅议多孔贫混凝土基层施工技术[ J ] . 山西建筑,2007 ,33 (7) :3152316.
