橋面鋪裝用環(huán)氧防水粘結(jié)層使用性能研究

馮 銓

(重慶市巴南區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，重慶 400067)

美國從20世紀(jì)60年代開始認(rèn)識(shí)到橋面發(fā)生腐蝕破壞的嚴(yán)重性。1979年，美國國會(huì)報(bào)告指出:研究和合理設(shè)置防水層的主要目的是保證和提高橋梁的耐久性，防水層可有效防止因冰凍造成的橋面混凝土破壞和主梁鋼筋的銹蝕，設(shè)置防水層的費(fèi)用和效益比為1∶2.75，顯然經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。我國從20世紀(jì)80年代開始逐漸認(rèn)識(shí)到橋面銹蝕的危害性，開始意識(shí)到橋面防水的重要性。根據(jù)對(duì)橋面防水材料使用條件的分析，認(rèn)為其不僅要具有不透水性、耐高溫、低溫性、耐腐蝕性、耐老化性，還要與橋面鋪裝層具有良好粘結(jié)力，更重要的是能抵抗汽車水平荷載和垂直應(yīng)力的綜合作用，具有良好的抗剪性能，具有抵抗橋面裂縫的張拉作用和疲勞影響等作用。環(huán)氧下封層屬于熱固性柔性防水材料，它由一定比例的環(huán)氧樹脂與固化劑混合后發(fā)生復(fù)雜物理化學(xué)反應(yīng)而得到。本文對(duì)環(huán)氧下封層材料的使用性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，得出環(huán)氧下封層的合理結(jié)構(gòu)形式。

1 試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)方案

通過如下試驗(yàn)對(duì)防水粘結(jié)層的力學(xué)性能進(jìn)行評(píng)價(jià):1)壓剪試驗(yàn)，為檢驗(yàn)防水粘結(jié)層抵抗行車荷載水平力作用下產(chǎn)生在防水粘結(jié)層位置處的剪切應(yīng)力的能力，采用壓剪試驗(yàn)來評(píng)價(jià)防水粘結(jié)層的抗剪能力;2)拉拔試驗(yàn)，橋面板與瀝青混凝土鋪裝層的粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)鋪裝體的抗疲勞特性有很大影響，為了檢驗(yàn)上下兩層間的粘結(jié)強(qiáng)度及對(duì)面層整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響，采用拉拔試驗(yàn)確定防水粘結(jié)層與橋面板和瀝青混凝土鋪裝層之間的粘結(jié)力狀況。

1.2 試件的成型

采用表1結(jié)構(gòu)成型試件，此結(jié)構(gòu)為常用的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)，可以反映防水粘結(jié)層的實(shí)際工作狀況，模擬現(xiàn)場實(shí)際的施工環(huán)境和施工過程。

表1 防水粘結(jié)層試件結(jié)構(gòu)

1.3 環(huán)氧下封層層數(shù)和材料用量

環(huán)氧下封層的層數(shù)采用單層及雙層兩種方案。單層分別撒布1.18 mm ～2.36 mm 及 2.36 mm ～4.75 mm 兩種類型的碎石;雙層中底層分別撒布 0.3 mm ～0.6 mm，1.18 mm ～2.36 mm，2.36 mm～4.75 mm三種類型的碎石，上層撒布的碎石粒徑分別為1.18 mm ～2.36 mm，2.36 mm ～4.75 mm，4.75 mm ～9.5 mm。

環(huán)氧下封層的材料用量是在參考JTG F40-2004公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際撒布效果而確定的，各方案具體用量見表2。

表2 環(huán)氧下封層材料用量

2 剪切試驗(yàn)結(jié)果及分析

對(duì)于各方案，采用(25±2)℃的溫度進(jìn)行剪切試驗(yàn)，模擬常溫條件下防水粘結(jié)層的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)時(shí)，每組準(zhǔn)備3個(gè)平行試件。各方案剪切試驗(yàn)結(jié)果見表3，剪切試驗(yàn)試件破壞界面圖見圖1。

表3 剪切試驗(yàn)結(jié)果(25℃)

從表3及圖1可以看出:

1)從壓剪試驗(yàn)結(jié)果來看，撒布同等粒徑的碎石，雙層環(huán)氧下封層的剪切強(qiáng)度要大于單層環(huán)氧下封層。分析其原因，單層環(huán)氧下封層碎石之間的間隙要大于雙層環(huán)氧，雙層環(huán)氧由于使用了兩層粗細(xì)不同的碎石，小碎石彌補(bǔ)了大碎石的空隙，提高了環(huán)氧下封層的密實(shí)度和粗糙度，由此提高了環(huán)氧下封層的抗剪能力。因此雙層環(huán)氧具有更好的使用保證性。2)不同粒徑的環(huán)氧下封層，撒布大粒徑碎石的抗剪強(qiáng)度要大于撒布小粒徑碎石的，且提高程度較為明顯。由于撒布大粒徑碎石能夠有效的提高試件的抗剪面的接觸面積，從而提高環(huán)氧下封層的抗剪強(qiáng)度。

圖1 剪切試驗(yàn)試件破壞界面圖

3 拉拔試驗(yàn)結(jié)果及分析

除了進(jìn)行壓剪試驗(yàn)，還進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，以便較為全面地評(píng)價(jià)防水粘結(jié)層的層間粘結(jié)效果。拉拔試驗(yàn)采用與剪切試驗(yàn)相同的試件，試驗(yàn)在常溫(25±2)℃下進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果見表4，拉拔試驗(yàn)試件破壞界面圖見圖2。

表4 拉拔試驗(yàn)結(jié)果(25℃)

從表4及圖2可以看出:

1)從拉拔試驗(yàn)結(jié)果來看，不同粒徑的環(huán)氧下封層，撒布小粒徑碎石的粘結(jié)強(qiáng)度要大于撒布大粒徑碎石的。分析其原因，撒布大粒徑碎石后降低了環(huán)氧樹脂的接觸面積，因而降低了整體的粘結(jié)強(qiáng)度。2)同等粒徑，雙層環(huán)氧下封層結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度要大于單層環(huán)氧下封層，雙層環(huán)氧由于使用了兩層粗細(xì)不同的碎石，小碎石彌補(bǔ)了大碎石的空隙，提高了環(huán)氧下封層的密實(shí)度和粗糙度，與瀝青混凝土的聯(lián)接面積增大，由此提高了環(huán)氧下封層的粘結(jié)強(qiáng)度。

4 抗熱沖擊試驗(yàn)

通過觀察環(huán)氧下封層防水材料在熱沖擊作用下材料是否出現(xiàn)翹曲、開裂等變形，檢驗(yàn)環(huán)氧下封層材料是否具備抵抗瀝青混凝土施工溫度(高溫破壞)的性能，在攤鋪碾壓的時(shí)段內(nèi)是否可抵抗短期溫度破壞。

圖2 拉拔試驗(yàn)試件破壞界面圖

4.1 試驗(yàn)方法

1)將導(dǎo)熱油在鍋中加熱，加熱溫度至250℃左右(模擬澆筑式瀝青混凝土攤鋪的沖擊溫度)。2)將準(zhǔn)備好的試件，放入準(zhǔn)備好的托盤中，注意清除在試件和托盤上的水分，否則容易引起水的迅速沸騰。3)將加熱好的導(dǎo)熱油傾倒在試件表面，觀察試件變化情況。其過程見圖3，試驗(yàn)后環(huán)氧下封層的情況見圖4。

圖3 熱沖擊試驗(yàn)過程

圖4 試驗(yàn)后環(huán)氧下封層的情況

4.2 試驗(yàn)結(jié)果分析

通過觀察抗熱沖擊試驗(yàn)中環(huán)氧下封層試件的變化情況可以發(fā)現(xiàn):試件在250℃導(dǎo)熱油沖擊作用下，表面沒有明顯的變化，沒有出現(xiàn)環(huán)氧下封層材料的翹曲和開裂，并且經(jīng)過熱沖擊30 min后試件依然沒有明顯的變化，由此可以判定環(huán)氧下封層材料完全具備抵御250℃熱沖擊的性能，可以抵抗瀝青混凝土施工溫度(高溫破壞)的性能，在攤鋪碾壓的時(shí)段內(nèi)可抵抗短期高溫的破壞。

5 結(jié)語

1)雙層環(huán)氧下封層由于使用了兩層粗細(xì)不同的碎石，小碎石彌補(bǔ)了大碎石的空隙，減小了環(huán)氧下封層碎石之間的間隙，提高了環(huán)氧下封層的密實(shí)度和粗糙度，所以雙層環(huán)氧下封層結(jié)構(gòu)的抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度要大于單層環(huán)氧下封層結(jié)構(gòu)。2)撒布小粒徑碎石的環(huán)氧面比較光滑，環(huán)氧下封層與瀝青混凝土鋪裝層聯(lián)接面積大，所以撒布小粒徑碎石的環(huán)氧下封層粘結(jié)強(qiáng)度要大于撒布大粒徑碎石的環(huán)氧下封層。3)撒布大粒徑碎石的環(huán)氧下封層能夠有效的提高試件抗剪面的接觸深度，可有效提高抗壓剪強(qiáng)度。所以，不同粒徑的環(huán)氧下封層，撒布大粒徑碎石試件的抗壓剪強(qiáng)度要大于撒布小粒徑碎石的試件，撒布小粒徑碎石的環(huán)氧下封層具有更好的使用保證性。4)試驗(yàn)結(jié)果表明雙層環(huán)氧樹脂較單層環(huán)氧樹脂具有更大的抗剪強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度，撒布碎石的最佳粒徑為，底層0.3 mm ～0.6 mm，上層 1.18 mm ～2.36 mm。5)環(huán)氧下封層材料完全具備抵御250℃熱沖擊的性能，在熱瀝青混凝土的施工過程中環(huán)氧下封層材料能夠保證材料的完整性。

［1］JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］JTG D50-2006，公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］JTJ 052-2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［4］馬 濤，黃曉明，居 浩.橋面防水粘結(jié)材料性能研究［J］.公路交通科技，2007，24(1):43-46.

［5］李星星，李宇峙，邵臘庚，等.耐高溫環(huán)氧樹脂膠粘劑在鋼橋面粘結(jié)層中的應(yīng)用試驗(yàn)研究［J］.公路，2007，1(1):161-164.

［6］孫恩杰.水泥混凝土橋面防水粘結(jié)材料的性能研究［J］.公路，2007，2(2):111-115.

［7］陳仕周，鄧學(xué)鈞，陳輝強(qiáng).上海盧浦大橋鋼橋面鋪裝防水體系的研究［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，34(3):393-397.