水性環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)材料的路用性能及應(yīng)用

張 凱 嚴(yán)以樓 錢海濤

（1.宏基路橋建筑材料有限公司 阜陽(yáng) 236000；2.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司 南京 210000； 3.江蘇省交通技師學(xué)院 鎮(zhèn)江 212006）

防水粘結(jié)層是水泥混凝土橋梁橋面鋪裝的重要組成部分，起到承上啟下的作用，是鋪裝體系中的關(guān)鍵層位之一。防水粘結(jié)材料的選擇與防水粘結(jié)層的性能密切相關(guān)，選擇優(yōu)質(zhì)的防水粘結(jié)層材料是提高橋面結(jié)構(gòu)耐久性的關(guān)鍵［1］。環(huán)氧類材料是一種高性能熱固性復(fù)合材料，用于橋面鋪裝防水粘結(jié)層，具有較強(qiáng)的粘結(jié)性能、防水性能、高溫性能等綜合路用性能，但油性環(huán)氧樹脂及環(huán)氧瀝青的價(jià)格較高，限制了其在水泥混凝土橋梁中的應(yīng)用［2］。水性環(huán)氧瀝青材料除了環(huán)氧樹脂類材料特有的力學(xué)性能和高溫性能優(yōu)異外，還具備優(yōu)良的施工性能、優(yōu)異的路用性能、卓越的耐久性能等特性，更適用于水泥混凝土橋梁的防水粘結(jié)層。

1 水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層材料特性

水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料是由水性環(huán)氧樹脂和乳化瀝青混合而成的一種新型熱固性防水粘結(jié)層材料。水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料常溫下為液態(tài)，具有良好的滲透性和常溫施工特性。與熱融性材料相比，其力學(xué)性能優(yōu)，而且耐久性好。水性環(huán)氧瀝青材料作為橋面防水粘結(jié)層，通過滲透浸入下承層的環(huán)氧樹脂和瀝青材料交聯(lián)固化后修復(fù)下承層的微裂縫，將橋面板、防水粘結(jié)層、瀝青鋪裝層有機(jī)地形成一個(gè)整體，從而形成防水和粘結(jié)性能良好的鋪裝體系。

水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料的組成特性決定了其粘結(jié)過程與普通防水材料的粘結(jié)過程不同。經(jīng)初步噴灑后，水性環(huán)氧瀝青材料在自然狀態(tài)下，材料中的水分揮發(fā)、破乳、初步凝結(jié)后達(dá)到一定的強(qiáng)度；當(dāng)瀝青上面層混合料鋪筑到水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層時(shí)，材料中本身含有的高溫固化劑在高溫作用下，二次固化，達(dá)到更高的強(qiáng)度［3］。固化后的水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層材料形成不可逆、不熔化的空間網(wǎng)絡(luò)體系。

2 水性環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)層路用性能

橋面防水粘結(jié)材料種類眾多，化學(xué)組成、技術(shù)性能等存在較大的差異，對(duì)防水粘結(jié)材料性能的評(píng)價(jià)需要選擇合適的試驗(yàn)方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)外對(duì)防水粘結(jié)層研究比較早，如英國(guó)交通研究所（TRL）、美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）等機(jī)構(gòu)分別提出了防水粘結(jié)材料試驗(yàn)方法，常用的防水粘結(jié)層力學(xué)性能室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)主要包括剪切試驗(yàn)及拉拔試驗(yàn)。

室內(nèi)試驗(yàn)采用有足夠強(qiáng)度的水泥混凝土試塊進(jìn)行剪切和拉拔試驗(yàn)，試塊規(guī)格為50mm×50 mm×30mm，涂抹防水粘結(jié)層材料前需清除試塊表面的浮漿，再將2試塊粘結(jié)成一個(gè)整體。由于水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料為熱固性材料，為保證測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)一性，需將試塊進(jìn)行高溫固化后再進(jìn)行剪切和拉拔試驗(yàn)。為綜合評(píng)定水性環(huán)氧瀝青的路用性能，室內(nèi)試驗(yàn)通過對(duì)SBS改性瀝青＋碎石、橡膠瀝青＋碎石、環(huán)氧樹脂、環(huán)氧瀝青（質(zhì)量比1∶7），以及水性環(huán)氧瀝青等幾種新型高效防水粘結(jié)材料的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)采用中間只涂刷粘結(jié)材料的水泥混凝土復(fù)合件，附著力拉拔試驗(yàn)采用模擬橋面防水粘結(jié)層結(jié)構(gòu)的水泥板試件進(jìn)行測(cè)試。

2.1 水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度測(cè)試

抗剪性能是防水粘結(jié)層最為重要的技術(shù)性能之一。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JT／T 535－2004）要求將防水粘結(jié)材料分別粘結(jié)在瀝青混合料和水泥混凝土上，在60℃溫度下，壓力機(jī)夾具角度為30°～40°，并保持粘結(jié)面正應(yīng)力為0.15MPa，加載速度為10mm／min，測(cè)試其剪切力［4］。室內(nèi)試驗(yàn)采用東南大學(xué)研制的剪切與拉拔綜合測(cè)試儀對(duì)幾種橋面防水粘結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表1。

表1 不同橋面防水粘結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果 MPa

由表1可見，幾種橋面防水粘結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果差異較大，各材料的抗剪強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低。環(huán)氧樹脂材料不同溫度下的抗剪強(qiáng)度明顯優(yōu)于其他材料，但由于其價(jià)格較高，無法大規(guī)模應(yīng)用；其次是水性環(huán)氧瀝青材料，SBS改性瀝青的抗剪強(qiáng)度最低。綜合來看，環(huán)氧樹脂防水粘結(jié)層高低溫抗剪強(qiáng)度均較為突出，SBS改性瀝青和橡膠瀝青常溫和高溫剪切強(qiáng)度較為接近，水性環(huán)氧瀝青常溫抗剪強(qiáng)度較優(yōu)，高溫抗剪強(qiáng)度也較高，能夠滿足橋面防水粘結(jié)層材料的技術(shù)要求。

2.2 水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度測(cè)試

粘結(jié)性能是防水粘結(jié)層的主要性能之一，通過粘結(jié)性試驗(yàn)可以評(píng)價(jià)防水粘結(jié)層與混凝土面板的粘結(jié)能力。室內(nèi)試驗(yàn)采用東南大學(xué)研制的剪切與拉拔綜合測(cè)試儀對(duì)幾種橋面防水粘結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表2。

表2 不同橋面防水粘結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果 MPa

由表2可見，幾種橋面防水粘結(jié)材料的抗拉拔強(qiáng)度隨著溫度的升高而降低，不同溫度下，環(huán)氧樹脂材料的拉拔強(qiáng)度均最大，水性環(huán)氧瀝青材料其次，SBS改性瀝青最低，這與抗剪強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果是一致的。綜合來看，水性環(huán)氧瀝青常溫拉拔強(qiáng)度較優(yōu)，高溫拉拔強(qiáng)度也較高，明顯優(yōu)于當(dāng)前常用的SBS改性瀝青和橡膠瀝青材料。

2.3 水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料的附著力拉拔強(qiáng)度測(cè)試

以往的室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)通過采用復(fù)合件拉拔強(qiáng)度來評(píng)價(jià)粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度，此種試驗(yàn)在界面構(gòu)造上雖與現(xiàn)場(chǎng)狀況比較類似，但操作過程比較復(fù)雜，操作較困難［5］。另外，根據(jù)目前工程應(yīng)用情況可知，現(xiàn)場(chǎng)性能驗(yàn)評(píng)試驗(yàn)實(shí)施難度較大，并且存在對(duì)橋面有損檢測(cè)造成的破壞。為此，采用如圖1所示的新型附著力拉拔試驗(yàn)來測(cè)試防水粘結(jié)層與水泥混凝土面板以及粘結(jié)層與鋪裝層之間的粘結(jié)性能。該測(cè)試方法的儀器簡(jiǎn)易，攜帶方便，試驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，而且可以實(shí)時(shí)獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)反映橋面防水粘結(jié)層的實(shí)際狀況。為衡量不同防水粘結(jié)材料的耐久性，對(duì)老化前和老化后（180℃，老化1h）的附著力拉拔強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。

圖1 附著力拉拔試驗(yàn)（粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)）

表3 不同橋面防水粘結(jié)材料的附著力拉拔強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

由表3可見，幾種橋面防水粘結(jié)材料附著力拉拔強(qiáng)度的變化規(guī)律與拉拔試驗(yàn)的結(jié)果一致。但由于該試驗(yàn)?zāi)M幾種材料的實(shí)際應(yīng)用結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試的，SBS改性瀝青和橡膠瀝青常采用碎石封層結(jié)構(gòu)，其他3種環(huán)氧類材料采用直接噴灑技術(shù)，SBS改性瀝青和橡膠瀝青＋碎石結(jié)構(gòu)的附著力拉拔強(qiáng)度比拉拔試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果高，其他3種環(huán)氧材料的測(cè)試結(jié)果基本一致。從老化后的強(qiáng)度變化來看，純?yōu)r青類的防水粘結(jié)層抗老化性能較差，老化后強(qiáng)度比不及65%，而環(huán)氧類的防水粘結(jié)層的老化后強(qiáng)度比均在80%以上。因此，水性環(huán)氧瀝青的粘結(jié)強(qiáng)度較高，而且抗老化性能較好，明顯優(yōu)于當(dāng)前常用的SBS改性瀝青和橡膠瀝青材料，能夠滿足橋面防水粘結(jié)層材料的技術(shù)要求。

3 水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的應(yīng)用效果分析

南京浦口新城某大橋作為連接浦口新城與過江隧道的重要通道，對(duì)橋梁的建設(shè)技術(shù)提出較高的要求，尤其橋面上下坡路段對(duì)橋面鋪裝體系中的防水粘結(jié)層要求較高，防水粘結(jié)層必須具有優(yōu)異的防水粘結(jié)性能。因此，本工程橋面防水粘結(jié)層采用水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層材料，鋪筑面積達(dá)到6 000m2。

為提高防水粘結(jié)層與水泥混凝土橋面粘結(jié)力，在防水粘結(jié)層施工前需要清除水泥板表面低強(qiáng)度的水泥砂漿，按規(guī)定采用拋丸工藝或銑刨工藝清除水泥混凝土橋面水泥砂漿，并用空壓機(jī)清風(fēng)吹凈浮灰。在灑布防水粘結(jié)層材料之前，先在施工現(xiàn)場(chǎng)采用人工刷涂方法通過試驗(yàn)確定水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料的用量，一般推薦為0.7～0.9kg／m2，本工程中采用0.9kg／m2的灑布量。本工程水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的造價(jià)在22元／m2左右，略高于改性乳化瀝青12～13元／m2，略低于熱噴瀝青＋碎石類防水粘結(jié)層24～25元／m2，遠(yuǎn)低于油性環(huán)氧35～40元／m2的造價(jià)。因此，水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層在材料性能和工程造價(jià)上都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有良好的性價(jià)比，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。

為保證施工質(zhì)量控制要求，對(duì)水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層施工質(zhì)量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，采用附著力拉拔試驗(yàn)方法對(duì)水性環(huán)氧瀝青材料的粘結(jié)性能進(jìn)行測(cè)試。在路面溫度40℃左右時(shí)，水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的附著力拉拔強(qiáng)度達(dá)到0.87MPa，大于技術(shù)要求的0.8MPa，表明水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層材料的基本力學(xué)性能和路用性能均達(dá)到防水粘結(jié)層技術(shù)指標(biāo)要求。

水性環(huán)氧瀝青橋面鋪裝防水粘結(jié)層灑布后，防水粘結(jié)層成膜效果良好，采用常溫灑布后的防水粘結(jié)層表面均勻，無花白現(xiàn)象。在橋梁通車運(yùn)營(yíng)1年后，對(duì)試驗(yàn)段的路面性能以及病害情況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，目前鋪裝橋面體系性能良好，沒有出現(xiàn)橋面鋪裝病害，表明水性環(huán)氧瀝青橋面鋪裝防水粘結(jié)層的粘結(jié)性能良好。

4 結(jié)語

水性環(huán)氧瀝青材料屬于反應(yīng)型材料，與熱融性材料相比，能大幅度地提高力學(xué)性能和耐久性能。水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料的各項(xiàng)力學(xué)性能幾乎介于熱噴瀝青＋碎石、環(huán)氧樹脂之間，其具有優(yōu)良的低溫柔韌性和耐熱性，在常溫和高溫時(shí)的剪切和拉拔強(qiáng)度均優(yōu)于常用的瀝青類材料，而且其耐久性較好。當(dāng)然，橋面防水粘結(jié)材料種類眾多，化學(xué)組成、技術(shù)性能等存在較大的差異，不同種類的防水粘結(jié)層材料均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工程具體情況選擇應(yīng)用。

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