几种水泥混凝土桥面防水粘结层的疲劳性能试验分析

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发布时间：2021-09-26

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几种水泥混凝土桥面防水粘结层的疲劳性能试验分析
王笃喜，陈仕周，周丽丽
(重庆交通大学，重庆 400074)
摘要：目前国内还没有桥面防水粘结层疲劳性能的研究方法，故采用桥面板产生反射裂缝时防水粘结层的疲劳性
能来评价防水粘结材料的疲劳特性。选取 6种典型水泥混凝土桥面防水粘结层进行试验研究，研究发现，桥面板带
裂缝工作时可以真实反映桥面防水粘结层的疲劳和阻裂性能，对水泥混凝土桥面防水粘结层的选取具有一定的指
导作用。
关键词：水泥混凝土桥；防水粘结层；阻裂；疲劳
文章编号：1009—6477(2012)04—0098—03 中图分类号：U443．33 文献标识码：B
Experimental Analysis for Fatigue Properties of Some W aterproof
Bonding Layers for Cement Concrete Deck
W ANG Duxi．CHEN Shizhou．ZHOU Lili
防水粘结材料铺装在桥面板上，在车辆荷载作
用下桥面铺装结构会产生一定的挠度。由于桥面板
本身具有很大的刚度，这种挠度在防水层底部产生
的拉应力很小，一般不会造成防水粘结材料破坏。
但是，在桥面板产生裂缝时，裂缝会向桥面铺装层扩
展，加上行车荷载的作用，防水粘结层会出现疲劳破
坏，使防水粘结材料失去应力吸收能力，而一旦防水
粘结层出现破坏，裂缝会逐渐扩展至面层并形成反
射裂缝，最后造成面层开裂。
1 桥面反射裂缝产生和发展的力学分析及开裂机理
桥面板在浇筑及养护过程中，由于温缩等因素
的作用不可避免地要产生微小裂缝。研究表明在水
泥混凝土桥面加铺防水粘结层和沥青层后裂缝发展
大致要经历 3个阶段：1)起裂阶段。由混凝土板的
缺陷造成。2)稳定扩展阶段。从车辆荷载和温度
荷载引起的应力集中点开始向上发展并最终贯穿整
个铺装。3)破裂阶段。桥面出现贯通裂缝。
根据断裂与损伤力学，可将反射裂缝的扩展形
式分为 3种：I型，张开模式；II型，剪切模式；II型，
撕开模式。反射裂缝按照影响因素分为温度型和荷
载型。当车辆荷载驶经裂缝正上方时以张开模式引
发反射裂缝，在裂缝一侧时以剪切模式引发反射裂
缝。笔者所做的疲劳试验考虑荷载位于裂缝正上面
的情况，试验原理见图 1。
收稿日期：2012-02—24
作者简介：王笃喜 (1982一)，男，山东省东平县人，在读研究生
图 1 疲劳试验原理
沥青混凝土
防水粘结层
水泥混凝土板
2 防水粘结层的阻裂机理
防水粘结材料是一层柔软的薄层，它除了具有
粘结和防水功能外，还是桥面的应力吸收层。它可
以吸收桥面板水平位移导致的高应力，阻止桥面板
裂缝尖端延伸至面层。由断裂损伤力学原理可知，
裂缝尖端有一个奇异尖端应力场，此处的应力无限
大，一旦裂缝产生，就会向面层延伸。由于防水粘结
层的存在，防水粘结层和混凝土粘接部位会发生脱
空并产生拉伸，吸收一部分应力，具有一定的阻裂作
用。国外研究表明，防水粘结层具有延缓裂缝产生
的功能
3 试验方法设计
采用 3点疲劳试验方法对铺装结构进行疲劳 I生
能研究。
3．1 荷载控制模式
疲劳试验一般有应力控制和应变控制 2种模
式。应力控制模式是指试验过程中保持应力不变