水泥稳定碎石基层使用蜡制养护剂应用研究∗

刘柏康1，钟雨乔2，尹兆粼1，钟永刚3，姚佳良4

（1.东莞市公路管理局，广东东莞 523110；2.长安大学公路学院，陕西西安 710064；3.东莞市交通运输局，广东东莞 523125；4.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004）

水泥稳定碎石基层使用蜡制养护剂应用研究∗

刘柏康1，钟雨乔2，尹兆粼1，钟永刚3，姚佳良4

（1.东莞市公路管理局，广东东莞 523110；2.长安大学公路学院，陕西西安 710064；
3.东莞市交通运输局，广东东莞 523125；4.长沙理工大学交通运输工程学院，湖南长沙 410004）

结合广东省东莞市S358线清溪段路面改造工程，在水泥稳定碎石基层上喷洒蜡制养护剂，并进行层间剪切试验、拉拔试验及防水试验验证其效果。试验结果表明，水泥稳定碎石基层上喷洒蜡制养护剂，与无隔离层基层比较，能改善过渡层性能，减少薄弱过渡层的形成，减小层间摩阻力，降低粘结力，提高防水作用。

公路；蜡制养护剂；隔离层；水泥稳定碎石基层；摩擦力

在刚性基层（贫砼基层）和半刚性基层上铺筑水泥砼形成的路面即“白加白”结构的主要问题是层间结合程度，层间结合强时刚性大的面层与基层变形（砼硬化变形、温度和荷载变形）所引起的开裂会互相影响，产生反射裂纹。为了降低基层与面层间的结合程度，避免面层与基层的完全粘结，常在基层与面层之间设置一中间层或称隔离层。目前关于隔离层的研究主要集中在机理方面，如易志坚等通过小梁疲劳试验和隔离层摩阻试验研究隔离后砼性能，结果表明设置隔离层后砼疲劳性能有较大改善，设置隔离层可减少摩擦力。设置隔离层的方法主要有3种：一是摊铺稀浆封层或沥青砼等沥青类材料；二是铺贴土工布、塑料薄膜等薄层类材料；三是喷洒乳液类材料，固化后形成隔离层。乳液类材料主要有乳化石蜡等，乳化石蜡是一种以石蜡乳液及复合乳化剂等为原材料合成的复合型养护剂，兼具养护与础上，引入模糊控制理论，将其和传统PID控制的优点相结合，设计了一个模糊PID控制器对骨料的计量系统进行控制，实现了骨料计量控制系统的参数在线自调整。与常规PID控制比较，从仿真结果来看，模糊PID控制可明显提高骨料计量系统的动态特征和稳态性能，控制精度更高，从而提高了骨料的计量精度，具有较强的工程实际应用意义。隔离功能，简称蜡制养护剂。该文结合广东省东莞市S358线清溪段路面改造工程，通过现场层间剪切试验、拉拔力试验、防水试验开展蜡制养护剂隔离试验与应用研究，分析水泥稳定碎石基层上铺设水泥路面隔离层中采用蜡制养护剂的作用机理、隔离效果等，为水泥稳定碎石基层与水泥路面面层采用蜡制养护剂隔离提供科学依据。

1　隔离层材料的选择

蜡制隔离养护剂是在一定温度下，以不溶于水的合成蜡或天然石蜡为原材料，通过乳化剂的定向吸附作用，并在机械外力作用下将蜡以微粒分散于水中而形成的乳液。固化后的蜡制隔离养护剂是憎水性材料，固化成膜后的蜡制隔离养护剂本身是相对致密的，新拌水泥砼浇筑在固化后的蜡制养护膜上，其产生的水泥浆由于蜡制养护膜的隔离，浆体很难顺着基层面的孔隙和裂缝下渗到基层中，因而隔离层能阻止层间过渡层的形成。蜡制隔离养护剂主要具有防止水分下渗到基层、减弱层间过渡层的形成、降低水泥粘合、增加润滑及减少层间摩擦阻力等作用。

在同样达到良好隔离性能的情况下，按铺筑单位面积的材料单价比较，蜡制隔离养护剂的单价为3cm厚沥青砼的1/8，为土工布的1/2。

综合对比分析，蜡制隔离养护剂具有表面润滑性能好、施工快、成本低等优点。

2　隔离层效果现场试验研究

2.1工程简介

广东省东莞市S358线清溪段路面改造工程（路面结构见图1）第一标段北起清溪与惠州交界处（桩号K35+783），向西南方向延伸至临近北环路交叉口处（桩号K40+780），全长4.997km。其中铁场至北环路段是S358省道惠庙线的一部分，将东莞市与惠州市连接起来，对清溪镇乃至整个东莞的发展都具有重要作用。蜡制隔离层设置在K39+740—K40+780段。根据依托工程施工进度，在水泥稳定碎石基层施工完并养护28d形成强度后，通过刻槽机、人工凿毛和调整基层配合比的方式使其表面形成不同构造深度，然后分段分块喷涂蜡制隔离养护剂（见图2），喷洒3d后进行层间剪切试验、拉拔试验和防水性试验。

图1　东莞S358线水泥砼路面结构示意图

图2　蜡制隔离层施工图片

2.2层间剪切测试

在水泥稳定碎石基层上喷洒蜡制隔离剂3d后进行层间剪切试验，结果见表1。定义综合摩擦系数为小梁最大顶推力与小梁自重的比值，用于综合反映界面的粘结应力和最大静摩擦力。

由表1可知：

（1）未设置隔离层面板砼的水泥浆会下渗到水泥稳定碎石内部孔隙中，并在面板和基层层间形成强度低于砼面板强度的过渡层。随着构造深度的增大，层间粘结力越大，综合摩擦系数也就越大，水泥稳定碎石基层与水泥面板层间形成的过渡层现象也越明显。应减小砼面板与水稳碎石基层间的切向层间粘聚力，否则面板切向将会受到强大的约束力的影响。

（2）达到一定喷洒量后，随着蜡制隔离养护剂喷洒量的增加，层间粘结应力和综合摩擦系数降低幅度呈放缓的趋势。

（3）根据综合摩擦系数变化值可预测，当蜡制隔离养护剂喷洒达到一定量时，层间粘结应力将会恒定在某一范围，增加蜡制隔离养护剂的喷洒量对层间粘结应力的影响将不再那么明显，且不同粗糙程度的水泥稳定碎石基层上其综合摩擦系数会趋向于相等。

表1　层间剪切试验结果

（4）将砼面板直接浇筑在不同粗糙程度的基层上进行小梁顶推试验，基层越粗糙，水平顶推力越大，层间剪应力也就越大。在不同粗糙程度的水泥稳定碎石基层上喷洒蜡制养护剂后，层间粘结情况有了质的变化，层间粘聚力大幅度降低，减小68% ～80%，层间摩擦力减小。

2.3拉拔测试

比较不同隔离层的面层与基层的法向粘结力大小，分析面层与基层的法向粘聚力差别。在基层上浇筑直径为11cm的圆柱体试件，待圆柱体试件形成28d强度、蜡制隔离养护剂固化稳定后，通过反向顶推的方法测出层间法向拉拔力，反映砼面板在翘曲变形时所受约束的大小。拉拔试验结果见表2。

由表2可知：

（1）未设置隔离层的浇筑圆柱体试件中水泥浆会下渗到水泥稳定碎石基层内部，并形成过渡层。水泥浆形成强度后将基层与试件粘结在一起，砼面板在翘曲变形时会受到法向的约束作用。

（2）在没有喷洒蜡制隔离养护剂的情况下，砼面板与水泥稳定碎石基层层间存在较大的法向粘聚力，砼面板的法向将会受到较大的约束，且构造深度越大，法向粘聚力越大。喷洒蜡制隔离养护剂后，面板的法向粘聚力大幅度减小。

（3）蜡制隔离养护剂喷洒越多，法向粘聚力降低幅度越大。达到一定喷洒量后，随着喷洒量的增加，法向粘聚力的降低幅度呈放缓的趋势。

表2　拉拔试验结果

续表2

（4）根据法向粘聚力变化值可预测，喷洒蜡制隔离剂后，不同构造深度水泥稳定碎石基层的法向粘聚力都有不同程度的减小，随着喷洒量的增多，其法向粘聚力减小，最大能减小80%～90%。但当喷洒量达到一定程度时，其对法向粘聚力的减小效果不再明显，在不同构造深度下，其粘聚力大小相差不大，表明应适当控制蜡制隔离剂喷洒量。

2.4防水测试

在依托工程蜡制隔离层施工4h成膜固化后进行现场洒水定性防水测试，即在喷洒蜡制隔离层的水泥稳定碎石基层上浇洒带颜色的矿泉水，如果水不渗入，形成径流和水珠状态，则表明基层满足要求。施工后随机检测10点，均满足要求（见图3）。

图3　防水测试

3　结论

（1）蜡制养护剂在水泥稳定碎石基层上用作水泥砼路面隔离层的主要作用机理包括降低水泥粘合作用、减少层间摩擦力和防水抗渗透作用。

（2）在不同粗糙程度的水泥稳定碎石基层上喷洒蜡制养护剂后，其层间粘结情况有了质的变化，层间粘聚力大幅降低，减小68%～80%，层间摩擦力减小。

（3）喷洒蜡制隔离剂后，不同构造深度的水泥稳定碎石基层的法向粘聚力都有不同程度的减小，随着喷洒量的增多，法向粘聚力减小，最大能减小80%～90%。

（4）喷洒蜡制养护剂后，蜡制养护剂的憎水性能与渗透性能对水进入基层起到一定的阻挡作用，可提高水泥稳定碎石基层的防水与抗冲刷性能。

［1］ 姚佳良，袁剑波，张起森.水泥路面蜡制隔离封层与稀浆封层隔离封层的试验研究［J］.土木工程学报，2009，42（10）.

［2］ 姚佳良，袁剑波，张起森，等.蜡制养护剂的隔离机理与效果研究［J］.中国公路学报，2009，22（6）.

［3］ 易志坚.路面层间破坏分析与设置隔离层的水泥混凝土路面新结构研究［D］.重庆：重庆大学，2011.

［4］ 易志坚，唐伯明，杨庆国.设置隔离层的水泥混凝土新型路面结构［A］.第一届全国公路科技创新高层论坛论文集［C］.2003.

［5］ 张红波，周志刚，陈祥.水泥混凝土面层与贫混凝土基层界面特性研究［J］.长沙交通学院学报，2005，21（4）.

［6］ 吴少鹏，张恒荣.复合型混凝土养护剂的研究［J］.新型建筑材料，2002（5）.

［7］ 王锦.石蜡稳定乳状液的制备及性能［J］.山东轻工业学院学报，1997，11（2）.

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［9］ 易志坚，吴国雄，周志祥，等.基于断裂力学原理的水泥混凝土路面破坏过程分析及路面设计新构想［J］.重庆交通学院学报，2001，20（1）.

［10］ 姚佳良，管荣，袁剑波.不同隔离层水泥混凝土路面动力学直道试验研究［J］.公路，2013（4）.

U418.6

A

1671-2668（2016）04-0144-04

∗国家自然科学基金资助项目（51578080）；广东省交通运输厅科研项目（科技-2015-02-007）

2016-02-20