在橋面鋪裝、隧道加鋪以及舊水泥混凝土加鋪工程中，瀝青混凝土與水泥混凝土界面之間黏結性能的好壞直接影響路面的使用性能。采用有限元計算方法，分析了水泥混凝土與瀝青混凝土界面之間的剪應力隨荷載狀況、加鋪層厚度變化的影響;并選用3種界面黏結材料進行室內模擬試驗研究，得到了其界面之間剪應力的一些變化規(guī)律。
為了提高橋面和隧道路面的行車舒適性，一般都要在隧道、水泥混凝土橋面上加鋪瀝青混凝土。但因瀝青混凝土和水泥混凝土材料的強度、變形及相容性等均存在較大的差別，兩種路面結構界面的黏結技術顯得非常重要。據調查，凡是有剛柔路面結構的橋面鋪裝發(fā)生早期病害的情況普遍存在，這可能是設計方面認識不足，或界面黏結材料性能參差不齊，或超載交通的普遍存在，或施工缺陷等，影響因素較多。當然也有使用環(huán)境和自然氣候的原因，特別是橋梁結構，變形大，溫差大，對黏結材料的適應性要求高。另一方面，黏結層還應有防水的功能，一般瀝青混凝土鋪裝層只有4cm 厚，路面水易于通過空隙滲透到界面層，在荷載作用下，形成高壓水流，沖擊界面結構，造成早期病害。
目前，高速公路向西部延伸，向山區(qū)進發(fā)，橋隧比占線路總長50%以上，有的達到80%，橋隧鋪裝層界面處治受到行業(yè)內廣泛關注。而界面處治技術中，界面抗剪尤為重要，本文采用有限元方法，計算分析了水泥混凝土與鋪瀝青混凝土界面之間的剪應力隨鋪裝層厚度變化及隨荷載影響的變化規(guī)律;同時，選用當前市面上常用的幾種防水黏結材料進行室內試驗，得到了一些較為重要的結論，對相關工程實踐有參考價值。
1 有限元方法分析瀝青混凝土與水泥混凝土界面剪應力
1.1 瀝青混凝土與水泥混凝土界面接觸模型
(1)水泥混凝土路面加鋪瀝青混凝土面層，其理論模型既區(qū)別于彈性層狀體系，也不同于彈性地基上的板，為便于理論分析，結合一些實際情況，采用如下假設：
①各層為均質的各向同性的線彈性體;
②每一層之間的接觸面為完全連續(xù)的;
③不計路面結構的自重影響。
(2)汽車荷載采用雙圓均布垂直荷載，標準軸載BZZ-100，輪胎內壓為0.7MPa。
1.2 瀝青混凝土加鋪層厚度對界面剪應力的影響水泥混凝土與瀝青混凝土鋪裝層之間的受力狀況是比較復雜的，特別是高溫季節(jié)，橋面比一般路面溫度高，要求鋪裝層有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性;由于瀝青混凝土與水泥混凝土材料的相容性差，兩者界面間的黏結性能顯得更為重要，黏結性能直接影響著這種復合路面的使用性能。所謂黏結性能在水平方向就是抗剪能力。有資料報道，增加瀝青混凝土加鋪層的厚度，可以增加其與水泥混凝土界面間的黏結性能，可在一定程度上防止瀝青混凝土面層相對于水泥混凝土板的滑移。但單純依靠增加瀝青混凝土加鋪層的厚度是不現實的：一方面增加加鋪層厚度可能受到路面標高的限制;另一方面增加加鋪層厚度，必將大幅增加路面造價。因此，需要尋找其他經濟可行的方法來增強瀝青混凝土與水泥混凝土界面的黏結強度。
本文從3.5cm 厚鋪裝層開始計算，每增加2cm，層間剪應力有明顯的下降，但當厚度達到10cm后，剪應力下降不明顯。不同瀝青混凝土加鋪層厚度對界面間剪應力的影響見表1所示。
表1 不同瀝青混凝土加鋪層厚度對界面間剪應力的影響
加鋪層厚度cm3.568101214
τmax/MPa0.360.280.210.170.160.16
1.3 超載對瀝青混凝土與水泥混凝土界面剪應力的影響伴隨著公路建設的蓬勃發(fā)展，交通量的迅猛增加，疲勞荷載應力會大幅提高。當然，更重要的是超載交通，在過境交通中，出現了許多特大型的運輸車輛，總載重可達1 200kN，單軸軸重達240kN。受經濟利益的驅動，載貨車輛中，除空車外，80%有超載現象，特別是一些運煤車輛及礦業(yè)車輛超載率從50%～200%不等。路面結構在重載及超載的作用下會產生加速破壞，尤其是橋面、隧道鋪裝，層間剪應力受超載交通影響比較敏感。
以加鋪4cm瀝青混凝土層路面為例，計算瀝青混凝土與水泥混凝土界面剪應力隨荷載變化的情況。輪胎壓力為1.1MPa時，剪應力為0.44MPa，這相當于標準荷載超50%的情況，而重載車超50%是常事。當荷載壓應力從0.6～1.1MPa變化時，剪應力增加了41.9%，而且沒有減弱的趨勢(如表2所示)。有文獻報道，采用能量法簡化計算出，層間大剪應力可達0.778MPa，這一數值已經接近常溫狀態(tài)下瀝青混合料極限抗剪強度。
表2 瀝青混凝土與水泥混凝土界面剪應力隨胎壓接地壓強增加的變化
輪胎壓力/MPa0.60.70.80.91.01.1
τmax/MPa0.310.340.370.390.420.44
因此，在界面之間采取加強措施是改善水泥混凝土與瀝青混凝土界面的必然要求。
2 界面處理材料對瀝青混凝土與水泥混凝土界面抗剪強度影響試
驗選取3種界面處理材料進行試驗，擬對瀝青混凝土與水泥混凝土界面進行對比分析。
選取的3種界面處理材料分別是乳化瀝青、水性瀝青基防水涂料以及溶劑性防水黏結涂料。
2.1 試件的制備與試驗結果試驗需要的試件一共2組8塊，每組分別是未涂刷任何界面處理材料的水泥混凝土與瀝青混凝土試塊(以下簡稱試塊)1塊，以及所選3種界面處理
材料試塊各1塊。具體制備方法如下：
在抗車轍試模中成型3.5cm 厚瀝青混凝土試件共2組8塊，經過養(yǎng)生周期(28d)后每組各選取1塊試塊不做界面處理，其余每組3塊試塊涂刷界面處理劑(300g/m2);干燥后換上7cm 高的模具，在水泥混凝土試件上面再成型3.5cm 厚的瀝青混凝土試件;冷卻后成模，切割成100mm×100mm 的試塊;將100mm×100mm__________試塊在要求的試驗溫度下恒溫3h，做壓剪實驗。
2.2 試驗結果分析
試驗結果表明：水泥混凝土與瀝青混凝土界面無黏結材料處治，20℃溫度條件下，界面黏結力僅0.36MPa，且界面出現滑移現象;當溫度達到50℃時，界面幾乎沒有黏結了，界面瀝青混合料出現松軟狀態(tài)。分別用乳化瀝青、水性瀝青基防水涂料和溶劑性防水黏結涂料處理界面后，其黏結強度都有明顯提高。其中溶劑性防水黏結涂料效果好，常溫情況下達到1.18MPa，50℃時，也有0.27MPa的黏結力。從界面破壞狀況看，黏結界面均出現滑移，表明盡管用了優(yōu)質黏結材料進行界面處理，但瀝青混凝土與水泥混凝土之間仍然是薄弱環(huán)節(jié)，在工程中應引起高度重視。
