泰州大橋環(huán)氧富鋅漆及防水粘結層耐高溫性能研究

丁志群

（江蘇省交通工程建設局，江蘇 南京 210005）

1 概述

隨著大跨徑鋼橋在國內的廣泛應用，鋼橋面鋪裝層的性能和使用壽命日益受到重視。目前國內已建成使用的大跨徑鋼箱梁橋面鋪裝層，絕大多數(shù)在沒有達到設計使用壽命時，就發(fā)生不同程度的推移和脫層等損壞現(xiàn)象［1-2］。調查顯示，鋼橋面與鋪裝層的粘結力不足是導致層間脫層破壞的主要原因之一。一旦出現(xiàn)脫層，鋪裝層將很快發(fā)生開裂破壞，進而發(fā)生鋼板防銹層的破壞，導致空氣和水分的侵入，使鋼橋面板表面發(fā)生銹蝕［3-4］。

環(huán)氧富鋅漆及防水粘結層是橋面鋪裝的重要組成部分，鋪設在鋼橋面板與鋪裝層之間，具有防銹、防水、粘結的功能。有關研究表明，高溫下防水粘結層極易發(fā)生破壞，造成防水粘結層失效，進而導致鋼橋面鋪裝破壞［5］。因此防水粘結層除了需要有很好的變形能力、層間結合力、防水防腐蝕性能，還要有良好的耐高溫能力。

泰州大橋鋼橋面采用“下層澆注式+上層環(huán)氧瀝青”的鋪裝結構，下層澆注式瀝青混合料的攤鋪溫度較高，一般會達到200 ℃，故鋼橋面的防腐底漆（即環(huán)氧富鋅漆）以及防水粘結層的耐高溫性能是鋼橋面鋪裝體系的薄弱環(huán)節(jié)。本文以泰州大橋鋼橋面鋪裝為對象，對鋼橋面環(huán)氧富鋅漆以及防水粘結層的耐高溫性能進行研究。

2 試驗方法與過程

2.1 平鋼板試件制作

平鋼板試件尺寸為29 cm×29 cm×1.6 cm，經(jīng)過噴砂除銹處理，使鋼板表面清潔度達到Sa2.5級，粗糙度達到Rz40~80 μm。

2.2 環(huán)氧富鋅漆耐高溫性能試驗

在處理后的鋼板試件表面噴涂環(huán)氧富鋅漆，控制膜厚在60~80 μm；隨后靜置至表面完全干燥，進行鋼板之間的拉拔強度測試。使用設備為Posit Test附著力試驗儀，根據(jù)GB/T 5210—2006試驗方法進行，具體步驟如下：

（1）23 ℃試驗溫度［6］下測試環(huán)氧富鋅漆與鋼板之間拉拔強度；

（2）將試件置入60 ℃烘箱保溫1 h后，在60 ℃下測試環(huán)氧富鋅漆與鋼板之間的拉拔強度；

（3）將試件置入220 ℃高溫爐中保溫2 h，然后關閉高溫爐并敞開爐門，隨爐冷卻至23 ℃（約24 h），測試高溫老化后環(huán)氧富鋅漆與鋼板間的拉拔強度；

（4）將試件置入60 ℃烘箱里保溫1 h后，并測試高溫老化后，60 ℃下環(huán)氧富鋅漆對鋼板的拉拔強度；

（5）同上（3）、（4）步驟，將試件置于250 ℃高溫爐中保溫老化2 h后，分別測試23 ℃和60 ℃條件下環(huán)氧富鋅漆與鋼板間的拉拔強度。

具體試驗流程如圖1所示：

圖1 環(huán)氧富鋅漆耐高溫性能試驗流程圖

2.3 防水粘結層耐高溫性能試驗條件

試驗所選擇的防水粘結層分別為美國Bif環(huán)氧瀝青防水粘結層和日本Hyper-primer環(huán)氧樹脂防水粘結層。按照泰州大橋設計要求，分別對處理過的平鋼板試件涂刷美國和日本的環(huán)氧類防水粘結層，涂布量為0.6~0.68 kg/m2，然后將涂刷過的試件按照2種工況處理：（1）23 ℃靜置1 h后，放入220 ℃高溫爐里，按照2%的坡度傾斜放置，每隔30 min觀察防水粘結層的外觀變化和流淌性，置于高溫爐內的老化時間共2 h ；（2）23 ℃養(yǎng)生24 h后，放入220 ℃高溫爐里，并按照2%的坡度傾斜放置，每隔30 min觀察防水粘結層外觀變化和流淌性，總共置于高溫爐里的老化時間為2 h。試件在220 ℃高溫老化2 h后，關閉高溫爐并敞開爐門，隨爐冷卻至23℃（約24h），隨后靜置1 h，測試23 ℃試驗溫度下防水粘結層對鋼板的拉拔強度。最后將試件置入60 ℃烘箱里保溫1 h，并測試60 ℃下防水粘結層對鋼板的拉拔強度。

3 試驗結果

3.1 環(huán)氧富鋅漆的耐高溫性能

不同溫度下環(huán)氧富鋅漆與鋼板的粘結強度試驗結果見表1。由表1可以看出，老化后抗拉拔強度比老化前均有下降，其中23 ℃試驗溫度下，250 ℃老化后的拉拔強度與220 ℃老化后的相比反而提高。其斷裂面顯示，250 ℃老化后，環(huán)氧富鋅漆上表層斷裂；無論老化前還是老化后，其斷裂面基本都在環(huán)氧富鋅漆自身。

表1 環(huán)氧富鋅漆與鋼板的拉拔強度試驗結果

需要指出的是，環(huán)氧富鋅漆老化后對鋼板的粘結強度雖未出現(xiàn)明顯下降，但已經(jīng)出現(xiàn)顏色明顯變淡的現(xiàn)象。

3.2 防水粘結層耐高溫性能

（1）美國環(huán)氧瀝青粘結層

圖2為美國環(huán)氧瀝青在2%的坡度， 220 ℃高溫下經(jīng)過不同時間的外觀變化，可以看出剛涂布好，表面色澤未出現(xiàn)明顯變化；30 min后，出現(xiàn)了比較明顯的流淌；90 min后，環(huán)氧瀝青基本已經(jīng)成表干狀態(tài)，不再具有流淌性。

圖2 美國環(huán)氧瀝青防水粘結層在220 ℃、2%坡度下不同時間的狀態(tài)

表2為220 ℃老化前后環(huán)氧富鋅漆鋼板組合件的拉拔強度試驗結果，可以看出：①環(huán)氧瀝青在老化后，無論是23 ℃、60℃，其粘結強度損失較大，其中23 ℃強度損失率達到80%，60 ℃損失率達到50%以上；②無論老化前，還是老化后，相同溫度下的拉拔斷裂面都一致，見圖3。

表2 美國環(huán)氧瀝青粘結層在不同條件下的拉拔強度試驗結果

圖3 美國環(huán)氧瀝青老化120 min后拉拔試驗

（2）日本環(huán)氧樹脂粘結層

日本環(huán)氧樹脂原為透明色，23 ℃養(yǎng)生1 d后，基本指干。220 ℃高溫老化過程中，很快出現(xiàn)流淌，不均勻變色、鼓包等現(xiàn)象，見圖4。主要特點如下：①220 ℃高溫環(huán)境下，很快泛黃并伴有不均勻變色的特征；②在60 min后出現(xiàn)表干狀態(tài)，基本不再具有流動性；③120 min后，出現(xiàn)黑黃不均的外觀，表面伴有微細條紋、局部脫皮和鼓包現(xiàn)象，但其材質已經(jīng)變硬，有一定的強度。

圖4 日本環(huán)氧樹脂防水粘結層在2%坡度、220℃下不同時間的狀態(tài)

日本環(huán)氧樹脂粘結層雖然在老化過程中出現(xiàn)較明顯的不均勻變色和鼓包現(xiàn)象（圖5），但其強度相比美國環(huán)氧瀝青防水粘結層沒有明顯的劣勢，尤其是其老化后23 ℃拉拔強度達到3.09 MPa，比美國環(huán)氧瀝青的還要大（表3）。

表3 220 ℃日本環(huán)氧樹脂老化2 h后在不同溫度下的拉拔強度試驗結果

圖5 日本環(huán)氧樹脂防水粘結層老化后拉拔試驗

4 粘結層對比分析

（1）美國環(huán)氧類防水粘結層靜置1 h，日本環(huán)氧類防水粘結層養(yǎng)生1 d。

從以上結果看，日本環(huán)氧類粘結層在老化后雖出現(xiàn)明顯不均勻變色等異常現(xiàn)象，但其粘結強度試驗結果相對美國環(huán)氧瀝青卻未出現(xiàn)明顯的相對劣化，故本文對美國、日本的環(huán)氧類粘結層進行了進一步試驗分析。

本文對老化后的美國、日本環(huán)氧類防水粘結層試件，分別進行60 ℃養(yǎng)生1 h和24 h的拉拔試驗，結果見表4。美國環(huán)氧瀝青在養(yǎng)生24 h的時間后，其強度有所增長，而日本環(huán)氧樹脂其強度已經(jīng)沒有明顯變化。

表4 美國、日本環(huán)氧類防水粘結層拉拔強度試驗結果

（2）美國環(huán)氧類防水粘結層養(yǎng)生1 d，日本環(huán)氧類防水粘結層靜置1 h。

將美國環(huán)氧類防水粘結層和日本環(huán)氧類防水粘結層的養(yǎng)生時間進行調整，即日本環(huán)氧類防水粘結層涂布后靜置1 h，美國環(huán)氧類防水粘結層涂布后23 ℃養(yǎng)生1 d，隨后置入220 ℃高溫爐里老化2 h，爐冷卻后，測試其在23 ℃試驗溫度和60 ℃下與鋼板間的拉拔強度，試驗結果見表5。

表5 美國、日本環(huán)氧類防水粘結層在高溫老化后防水粘結層拉拔強度

5 結論

（1）防水粘結層有著“承上啟下”的作用，防水體系的破壞會直接引起橋面鋪裝層的整體破壞，應充分認識防水體系設計的重要性，根據(jù)實際情況選擇出適合的防水材料；

（2）環(huán)氧富鋅漆在220 ℃老化前后，強度損失不大，但其顏色出現(xiàn)明顯變化；

（3）美國環(huán)氧瀝青防水粘結層在2%坡度、220 ℃條件下，出現(xiàn)明顯流淌，約90 min后，失去流動性；在220℃老化后，強度損失較大，其中23 ℃溫度下強度損失率達到80%，60 ℃損失率達到50%以上；

（4）日本環(huán)氧樹脂防水粘結層在2%坡度、220 ℃條件下，出現(xiàn)明顯流淌、顏色泛黃泛黑、不均勻變色，出現(xiàn)微細條紋、局部脫皮和鼓包的現(xiàn)象，約60 min后，失去流動性；

（5）日本環(huán)氧樹脂防水粘結層的拉拔強度試驗結果顯示，其老化后強度相對美國環(huán)氧瀝青沒有劣勢。

［1］ 任艷，劉細軍.不同鋼橋面鋪裝粘結層材料性能研究［J］.城市道橋與防洪，2014（6）：286-288.

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［6］GB/T 30598—2014道路與橋梁鋪裝用環(huán)氧瀝青材料通用技術條件［S］.