CN110421691A - 水泥混凝土桥面铺装层间结合强度试验模型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水泥混凝土桥面铺装层间结合强度试验模型制备方法，先制备表面带刻槽的水泥混凝土芯样，然后在刻槽表面涂覆热沥青作为层间粘结剂，把处理好的水泥混凝土芯样装入双半圆形试模固定，再填入热的沥青混合料，用压力机压实，室温下冷却，拆除双半圆形试模，取出双层试验模型。本发明的制备方法简便，可在试验室内完成，且可准确模拟水泥混凝土桥面板刻槽构造；采用一定高度的双半圆形试模，实现双层材料的组合成型，且通过垫块调节的方式，方便实现对试件高度的条件，适用性强。

Description

水泥混凝土桥面铺装层间结合强度试验模型制备方法

技术领域

本发明属于材料试验模型的制备方法，是一种特别设计用于进行水泥混凝土桥面铺装层间结合能力试验用的材料模型的制备方法。

背景技术

水泥混凝土桥桥面铺装沥青混凝土是一种典型的工程应用形式，但由于水泥混凝土与面层的沥青混凝土属于异质材料，往往由于联结不足而导致荷载作用下，层间的脱开，从而使结构丧失整体性，层间的界面由设计状态的连续变为实际的滑动，最终导致沥青混凝土桥面铺装出现车辙、面层推移、拥抱等病害类型，是导致桥面铺装耐久性不足的典型诱因之一。

通过层间的直接、间接剪切试验，评价水泥混凝土层及沥青混凝土层的层间黏结强度是评价层间黏结能力的有效、直接手段之一。因此在施工之前，需要通过制备出复合上述两种材料层的组合模型，再进行两种层间强度测试评价，从而确定材料组合及层间构造方式满足相应设计要求。

发明内容

针对上述领域中的需求，本发明提供一种水泥混凝土桥面铺装层间结合强度试验模型制备方法，得到一种模拟桥面水泥混凝土板和沥青混凝土铺装层复合结构的试件，能用于层间黏结强度试验，并对水泥混凝土层及沥青混凝土层两种材料组合合理性进行有效评价。

一种水泥混凝土桥面铺装层间结合强度试验模型制备方法，包括如下步骤：

1)根据试验对应桥梁水泥混凝土桥面板的设计强度及材料，制备相应强度的水泥混凝土板；

2)在水泥混凝土板终凝时间前，根据水泥混凝土桥面板设计的构造深度，在水泥混凝土板表面，嵌入适当宽度、厚度的木条，以模拟水泥混凝土表面的刻槽，后经标准条件养生28d，达到设计强度；

3)水泥混凝土板经标准养生达到设计强度后，利用取芯机，在水泥混凝土板钻取圆柱形芯样；

4)人工取出芯样表面嵌入的木条，将表面清理干净；

5)按照桥面铺装设计的层间黏结剂的剂量，在水泥混凝土芯样具有构造深度的一侧面均匀涂刷层间黏结剂，所述层间黏结剂为热沥青；

6)待沥青黏结剂冷却固定后，将水泥混凝土芯样装入双半圆形试模内并固定，芯样上带刻槽的一面朝上，所述双半圆试模由两片相同大小的半圆筒片可拆式固定组成；

7)按照沥青混合料毛体积密度和圆柱形试模体积，计算沥青混合料所需质量，拌制相应质量的热沥青混合料，直接装入试模内，将试模连同内部材料一起放置于压力机压头下方，进行静压，至沥青混合料表面与试模边缘同高为止；

8)从压力机取下试模，放置室内室温下冷却12h以上，拆除双半圆形试模，取出制备得到的试验模型。

所述水泥混凝土板的制备方法为：采用长方形木制框模，在框模内填入水泥混凝土至水泥混凝土表面与框模边缘同高为止。

所述长方形木制框模大小为60cm×40cm×8cm，圆柱形芯样大小为直径15cm。

其中一块水泥混凝土板钻取6个圆柱形芯样。

所述刻槽的槽深8mm±1mm，槽宽与槽间隔比为1：1-0.5。

所述热沥青的涂刷量由设计文件中每平米的沥青黏结剂重量进行折算，均匀摊铺于构造表面。

所述半圆筒片在连接部位的外表面固定有对应的定位柱，螺栓穿过对应定位柱上的通孔，并通过螺母固定成型。

所述双半圆形试模内底部有多个不同高度的铸铁圆形垫块。

与现有技术相比的优势：

1.本发明的模型制备方法简便，可在试验室内完成，且可准确模拟水泥混凝土桥面板刻槽构造

本发明设计了利用不同宽度、深度的木条，预埋至水泥混凝土表面的方式，形成水泥混凝土表面构造，方法操作简单，构造深度和刻槽间距等可准确控制，可很好的实现对桥面水泥混凝土表面构造的模拟。

2.采用一定高度的双半圆形试模，实现双层材料的组合成型，且通过垫块调节的方式，方便实现对试件高度的条件，适用性强

本发明设计了一种双半圆形试模，可以实现双层材料的分步骤组合成型，该试模高度固定，其内设置不同高度的铸铁圆形垫块，对于不同高度的组合试件，可通过更换垫块的方式，满足不同的需求，适用性强。

附图说明

图1芯样主视图(带木条)，

图2芯样俯视图(不带木条)，

图3双半圆形试模俯视图，

图4半圆筒片主视图，

图5试验模型主视图，

图6两种沥青混凝土铺装层在不同刻槽方式下的抗剪强度试验结果，

图中各标号列示如下：

1-芯样，2-层间黏结剂层，3-沥青混凝土层，4-刻槽，5-木条，6-半圆筒片，7-定位柱，8- 螺栓,9-螺母。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。

实验设备和仪器

(1)60cm×40cm×8cm木质长方形框模；

(2)混凝土取芯机；

(3)天平或台秤：量程不小于20kg，精度不低于1g；

(4)烘箱：控温精度不大于±1℃；

(5)沥青混凝土拌合锅，容量不小于20L；

(6)50t压力机；

实施例1

步骤一：根据试验对应桥梁水泥混凝土桥面板的设计强度及材料，采用60cm×40cm×8cm 的长方形木制框模，制备相应强度的水泥混凝土板。

步骤二：在水泥混凝土终凝时间前，根据水泥混凝土桥面板设计的构造深度，在水泥混凝土板表面，嵌入不同宽度、厚度的木条，以模拟水泥混凝土表面的刻槽，后经标准条件养生28d，达到设计强度。

步骤三：水泥混凝土板经标准养生达到设计强度后，利用取芯机，在水泥混凝土板均匀钻取直径为15cm的芯样，每块水泥混凝土板可钻取6个芯样，芯样表面内嵌有形成刻槽的木条5，见图1。

步骤四：人工取出表面嵌入的木条，将表面清理干净，木条取出后形成刻槽4，见图2。

步骤五：按照桥面铺装设计的层间黏结剂的剂量，在水泥混凝土芯样具有构造深度的一侧均匀涂刷热沥青黏结剂。沥青涂刷量由设计文件中每平米的沥青黏结剂重量进行折算，均匀摊铺于构造表面，且注意构造内部应均匀涂刷。

步骤六：待沥青黏结剂冷却固定后，将水泥混凝土芯样装入双半圆形试模。

所述双半圆试模由两片相同大小的半圆筒片6组成，两半圆筒片6在连接部位的外表面固定有对应的定位柱7，螺栓8穿过对应定位柱7上的通孔，并通过螺母9固定成型。见图3。

双半圆性试模底部应根据沥青层设计厚度，通过放置不同厚度的垫块调节适宜的高度，将装好水泥混凝土芯样的试模双侧扣紧，用螺栓固定后备用。

步骤七：按照沥青混合料毛体积密度和圆柱形试模体积，计算沥青混合料所需质量，拌制相应质量的热沥青混合料，直接装入试模内，将试模连同内部材料一起放置于压力机压头下方，进行静压，至沥青混合料表面与试模边缘同高为止。

步骤八：从压力机取下试模，放置室内室温下冷却12h以上，拆除双半圆形试模，取出双层试验模型。

本申请制备得到的双层试验模型，下层为水泥混凝土芯样1，芯样1上表面有刻槽，上层为沥青混凝土层3，沥青混凝土层的下表面有刻槽，上层沥青混凝土层的刻槽与下层芯样的刻槽相嵌，两刻槽相嵌表面通过层间黏结剂层2粘结为一体，形成实心圆柱形试验模型。见图4。

实验例1

1、试验设备

本试验加载设备采用MTS-810液压伺服仪，它采用键盘输入试验控制参数，通过数字显示，功能齐全，可实现荷载控制、位移控制、应变控制等，且控制方式之间可自动转换。该设备可完成多种材料在不同温度下的拉伸、弯曲、压缩等普通试验以及疲劳试验。对于本次斜剪试验，选择50mm/min的加载速度，试验过程如下所示。

2、水泥混凝土桥面板刻槽方案及沥青铺装层材料类型

为了比较不同的水泥混凝土板与沥青混合料铺装层层间构造、沥青材料类型对层间抗剪切强度的影响，分别设置了7种不同的刻槽宽度、槽间间隔宽度，如表1所示，10+10表示槽宽度10mm，槽间间隔宽度10mm，其他依次类推，以及两种沥青混凝土类型AC10和AC16，见表1所示。(槽深8mm±1mm)

表1 7种不同的水泥混凝土表面构造方式

刻槽类型	10+10	10+15	10+20	5+10	5+15	5+20	0
								槽/槽间面积比	1.0	0.66	0.50	0.50	0.33	0.25	0

3、试验结果

斜剪试验方法，对上述材料组合方案进行比较试验，结果见表2和表3。

表2沥青混凝土铺装层为AC-10型沥青混合料的层间抗剪试验结果

表3沥青混凝土铺装层为AC-16型沥青混合料的层间抗剪试验结果

分析以上结果，可见：

1.当采用AC-16型沥青混凝土作为沥青铺装层时，层间的抗剪强度较之AC-10型沥青混凝土要增大1.4倍左右；

2.对于同种材料，表面刻槽时试件的抗剪强度明显强于表面平整时(刻槽类型为0时) 抗剪强度；

3.随着槽与非槽相对面积S槽的减小，试件的抗剪强度呈下降的趋势；

4.当层间抗剪强度设计要求为≥3MPa时，则应选择AC-16型沥青混凝土作为沥青铺装层更为合理。

Claims (8)

1.一种水泥混凝土桥面铺装层间结合强度试验模型制备方法，包括如下步骤：

1)根据试验对应桥梁水泥混凝土桥面板的设计强度及材料，制备相应强度的水泥混凝土板；

2)在水泥混凝土板终凝时间前，根据水泥混凝土桥面板设计的构造深度，在水泥混凝土板表面，嵌入适当宽度、厚度的木条，以模拟水泥混凝土表面的刻槽，后经标准条件养生28d，达到设计强度；

3)水泥混凝土板经标准养生达到设计强度后，利用取芯机，在水泥混凝土板钻取圆柱形芯样；

4)人工取出芯样表面嵌入的木条，将表面清理干净；

5)按照桥面铺装设计的层间黏结剂的剂量，在水泥混凝土芯样具有构造深度的一侧面均匀涂刷层间黏结剂，所述层间黏结剂为热沥青；

6)待沥青黏结剂冷却固定后，将水泥混凝土芯样装入双半圆形试模内并固定，芯样上带刻槽的一面朝上，所述双半圆试模由两片相同大小的半圆筒片可拆式固定组成；

7)按照沥青混合料毛体积密度和圆柱形试模体积，计算沥青混合料所需质量，拌制相应质量的热沥青混合料，直接装入试模内，将试模连同内部材料一起放置于压力机压头下方，进行静压，至沥青混合料表面与试模边缘同高为止；

8)从压力机取下试模，放置室内室温下冷却12h以上，拆除双半圆形试模，取出制备得到的试验模型。

2.根据权利要求1所述的制备方法，所述水泥混凝土板的制备方法为：采用长方形木制框模，在框模内填入水泥混凝土至水泥混凝土表面与框模边缘同高为止。

3.根据权利要求2所述的制备方法，所述长方形木制框模大小为60cm×40cm×8cm，圆柱形芯样大小为直径15cm。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中一块水泥混凝土板钻取6个圆柱形芯样。

5.根据权利要求1所述的制备方法，所述刻槽的槽深8mm±1mm，槽宽与槽间隔比为1：1-0.5。

6.根据权利要求1所述的制备方法，所述热沥青的涂刷量由设计文件中每平米的沥青黏结剂重量进行折算，均匀摊铺于构造表面。

7.根据权利要求1所述的制备方法，所述半圆筒片在连接部位的外表面固定有对应的定位柱，螺栓穿过对应定位柱上的通孔，并通过螺母固定成型。

8.根据权利要求1所述的制备方法，所述双半圆形试模内底部有多个不同高度的铸铁圆形垫块。