新型環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)層的試驗(yàn)研究

蘇忍讓++安中進(jìn) +宋緒丁

摘 要：為防止或減少橋面鋪裝層病害，對(duì)環(huán)氧瀝青橋面鋪裝層進(jìn)行研究，對(duì)采用改性瀝青和環(huán)氧樹(shù)脂配制的A1、A2兩種粘結(jié)材料進(jìn)行試驗(yàn)，證明它們?cè)诓煌瑴囟认露季哂泻芎玫目辜粜阅芎涂估涡阅?；且?yīng)用于鋼橋橋面比應(yīng)用于水泥混凝土橋面具有更高的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；A1型環(huán)氧樹(shù)脂瀝青材料性能優(yōu)異，值得在實(shí)際工程中大力推廣。

關(guān)鍵詞：環(huán)氧瀝青；粘結(jié)層；抗剪性能；抗拉拔性能

中圖分類(lèi)號(hào)：U414.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Experimental Research on Waterproof Binding Course of Epoxy Asphalt Deck

SU Renrang1， AN Zhongjin1， SONG Xuding2

（1. CCCC Second Highway Engineering Co. Ltd.， Xian 710061， Shaanxi， China； 2. Key Laboratory of

Highway Construction Technology & Equipment of Ministry of Education，

Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China）

Abstract： Deck pavement with epoxy asphalt was studied in order to reduce diseases. A1 and A2 were made from modified asphalt and epoxy resin respectively for the test. The results show that both of them have good shear behavior and antipullout property under various temperatures； A1 shows good performance in actual projects and is worth popularizing.

Key words： epoxy asphalt； binding course； shear behavior； antipullout property

0 引 言

中國(guó)公路交通量日益上升，加上重載和超載普遍、環(huán)境因素、橋面鋪裝層材料選用不當(dāng)?shù)纫蛩兀沟脴蛎驿佈b層出現(xiàn)嚴(yán)重的早期損壞現(xiàn)象。尤其是水泥混凝土橋面鋪裝層被破壞后，其修復(fù)費(fèi)用往往要數(shù)倍于原來(lái)的投資，而且修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響車(chē)輛行駛的安全性、快捷性和舒適性[12]。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在橋面鋪裝損害中，有的病害是由于橋面瀝青鋪裝層性能差而引起的；有的是由于層間粘結(jié)失效導(dǎo)致的；還有的病害是由于橋面防水效果不佳而引起的。國(guó)外很早就開(kāi)始研究環(huán)氧樹(shù)脂改性石油瀝青，并在實(shí)體工程中進(jìn)行使用。將環(huán)氧瀝青混凝土應(yīng)用于橋面鋪裝工程的國(guó)家主要有美國(guó)、加拿大、荷蘭、澳大利亞等[34]。中國(guó)在環(huán)氧瀝青橋面鋪裝上的研究起步較晚，但是隨著基礎(chǔ)設(shè)施的大量建設(shè)，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展了符合中國(guó)氣候的環(huán)氧瀝青橋面鋪裝[56]。但是，關(guān)于環(huán)氧樹(shù)脂瀝青材料粘結(jié)性能研究的報(bào)道不多，因此，本文將環(huán)氧樹(shù)脂瀝青材料和其他路面瀝青材料（SBS瀝青和雨虹粘結(jié)材料），應(yīng)用于水泥混凝土橋面以及鋼橋面上，分別在高溫（50 ℃）和室溫（20 ℃）條件下，對(duì)不同瀝青材料的剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究和工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)條件

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中，A1粘結(jié)材料是改性瀝青和環(huán)氧樹(shù)脂按7.6∶1的比例配制的，A2粘結(jié)材料是改性瀝青和環(huán)氧樹(shù)脂按2.45∶1的比例配制的。SBS瀝青和雨虹粘結(jié)材料是市場(chǎng)購(gòu)置的粘結(jié)材料。

1.2 試驗(yàn)條件

（1） 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)剪切和拉拔試驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)先預(yù)制厚度為5 cm的水泥混凝土層，然后按表面處理、涂刷防水粘結(jié)層、碾壓瀝青混凝土鋪裝的順序成型試件，再用Φ50 mm鉆芯機(jī)鉆孔取樣。剪切試驗(yàn)在加載剪切試驗(yàn)的裝置上進(jìn)行，圖1為加載剪切試驗(yàn)裝置的原理示意圖。防水粘結(jié)層受力面與加載方向的夾角α=40°，與剎車(chē)情況相似，為最不利情況，測(cè)試所能施加的最大破壞荷載為P，試驗(yàn)加載速度為50 mm·min-1[7]。

圖1 加載剪切試驗(yàn)裝置原理

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)拉拔試驗(yàn)用Φ50 mm鉆芯機(jī)鉆孔至水泥混凝土梁板后取出鉆頭，用快凝環(huán)氧樹(shù)脂將拉頭粘在瀝青混凝土表面，養(yǎng)護(hù)12 h后，將芯樣放于拉力試驗(yàn)儀中，以100～200 N·s-1的速度對(duì)拉桿進(jìn)行加力，直至芯樣被破壞，試驗(yàn)如圖2、3所示。

試驗(yàn)溫度采用室溫（20 ℃）和高溫（50 ℃）兩種。在進(jìn)行高溫試驗(yàn)前，將試樣放在50 ℃的保溫箱保溫1 h以上，以保證試樣溫度均勻。

（2） 現(xiàn)場(chǎng)剪切和拉拔試驗(yàn)。采用本課題組相關(guān)人員開(kāi)發(fā)出的層間剪切強(qiáng)度測(cè)試儀和層間抗拉強(qiáng)度測(cè)試儀各一臺(tái)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拉拔試驗(yàn)[8]。

2 試驗(yàn)結(jié)果及其分析

2.1 水泥混凝土防水粘結(jié)層剪切和拉拔試驗(yàn)

圖4為用量在0.8 kg·m-2時(shí)，水泥混凝土防水粘結(jié)層的剪切試驗(yàn)結(jié)果。20 ℃條件下，A1和A2材料抗剪強(qiáng)度均明顯優(yōu)于其他防水粘結(jié)材料。雨虹防水材料也有較好的抗剪強(qiáng)度，SBS瀝青的抗剪能力最差。當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，所有材料的抗剪強(qiáng)度都大大下降，SBS瀝青抗剪強(qiáng)度接近于0，A1和A2材料有很好的強(qiáng)度，雨虹材料強(qiáng)度也較好。當(dāng)用量增加到10 kg·m-2時(shí)，A1、A2材料抗剪強(qiáng)度變化不大，雨虹材料抗剪強(qiáng)度減小了很多，SBS瀝青抗剪強(qiáng)度較小。

由此可見(jiàn)，SBS瀝青在低溫狀態(tài)下有一定的抗剪強(qiáng)度，但很低；而在高溫下幾乎不具有抗剪強(qiáng)度。雨虹材料在高低溫狀態(tài)下都有較好的抗剪性能，但是用量變化對(duì)其抗剪強(qiáng)度影響較大。A1和A2材料不管在高低溫狀態(tài)還是不同用量下，都比其他防水粘結(jié)材料具有更好的抗剪性能。endprint

圖5為用量在0.8 kg·m-2時(shí)，水泥混凝土防水粘結(jié)層的拉拔試驗(yàn)結(jié)果。 20 ℃條件下， SBS瀝青的抗拉強(qiáng)度最低，雨虹防水材料次之，而A1與A2材料相比其他材料具有較好的抗拉強(qiáng)度。A1材料抗拉強(qiáng)度是SBS瀝青的5倍，是雨虹防水材料的4倍；A2材料的抗拉強(qiáng)度分別是SBS瀝青的7倍，雨虹防水材料的5倍。但當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時(shí)，所有材料的抗拉強(qiáng)度都大大下降，SBS瀝青和雨虹材料的強(qiáng)度幾乎為0，說(shuō)明SBS瀝青和雨虹材料在高溫狀態(tài)下不具有良好的抗拉性能；而A1和A2材料的強(qiáng)度分別為0.42 MPa和0.6 MPa。當(dāng)用量增加到1.0 kg·m-2時(shí)，A1、A2材料抗拉強(qiáng)度變化不大，雨虹材料抗剪強(qiáng)度減小了很多，SBS強(qiáng)度還是比較小。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，A1與A2材料相比其他防水粘結(jié)材料具有更好的高低溫抗拉拔性能。

2.2 橋面鋼板防水粘結(jié)層剪切和拉拔試驗(yàn)

圖6為用量在0.8 kg·m-2時(shí)，橋面鋼板防水粘結(jié)層剪切試驗(yàn)結(jié)果。20 ℃條件下， A1和A2材料的剪切性能都很高，A2材料的剪切強(qiáng)度更為突出，而SBS瀝青剪切性能很差。50 ℃條件下，A1和A2材料的剪切強(qiáng)度比20 ℃時(shí)都有所降低，但比同等條件下與水泥混凝土防水粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度高。SBS瀝青的剪切性能幾乎為0。雨虹材料涂于鋼板試件表面4 h后，無(wú)粘結(jié)力，從工程實(shí)用性角度考慮，雨虹材料不適用于鋼板與鋪裝層之間的粘結(jié)。

2.3 工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果及分析

利用項(xiàng)目組開(kāi)發(fā)的層間剪切儀和拉拔儀對(duì)以下兩個(gè)工程的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)，圖8為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的情況。

（1） 蘇州某快速路高架橋部分均灑布A1型熱固性環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料，基層為水泥混凝土橋面，下面層為AC25C瀝青混凝土，厚為6 cm，水泥橋面防水粘結(jié)層為環(huán)氧瀝青。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，在K4+486左幅處，橋面層間剪切力為7 733 N，剪切強(qiáng)度為0.985 MPa；在K4+466右幅處，橋面層間剪切力為8 227 N，剪切強(qiáng)度為1.048 MPa；在K4+442右幅處，橋面層間剪切力為9 122 N，剪切強(qiáng)度為1162 MPa。

（2） 鄭州某公鐵兩用橋工程水泥混凝土橋面部分均灑布A1型熱固性環(huán)氧瀝青，基層為水泥混凝土橋面，下面層為AC25C瀝青混凝土，厚為6 cm，水泥橋面防水粘結(jié)層為環(huán)氧瀝青。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，在K17+655左幅處，橋面層間剪切力為8 780 N，剪切強(qiáng)度為1.121 MPa；在K21+150右幅處，橋面層間剪切力為9 954 N，剪切強(qiáng)度為1.268 MPa。

由蘇州和鄭州兩個(gè)工程項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)報(bào)告結(jié)果可以看出：A型熱固性環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料在蘇州兩個(gè)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度分別為0.985 MPa和1.048 MPa，一個(gè)點(diǎn)的拉拔強(qiáng)度為1.162 MPa；在鄭州兩個(gè)點(diǎn)的剪切強(qiáng)度分別為1.121 MPa和1.268 MPa。雖然監(jiān)測(cè)點(diǎn)很少，但是同一個(gè)項(xiàng)目不同樁號(hào)的檢測(cè)結(jié)果都很接近；剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的檢測(cè)結(jié)果基本都達(dá)到了1 MPa，說(shuō)明環(huán)氧瀝青作為防水粘結(jié)層材料在實(shí)際工程應(yīng)用中的性能表現(xiàn)優(yōu)異。

3 結(jié) 語(yǔ)

將環(huán)氧樹(shù)脂瀝青材料和其他路面瀝青材料（SBS瀝青和雨虹粘結(jié)材料）用于水泥混凝土橋面以及鋼橋面上，對(duì)其在高溫（50 ℃）和室溫（20 ℃）條件下的剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究和工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，結(jié)論如下。

（1） A1和A2型環(huán)氧樹(shù)脂瀝青材料不管是在高低溫狀態(tài)和還是在不同用量下，都比其他防水粘結(jié)材料具有更好的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

（2） A1和A2型環(huán)氧樹(shù)脂瀝青材料應(yīng)用于鋼橋橋面比應(yīng)用于水泥混凝土橋面具有更高的抗剪強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。

（3） A1型環(huán)氧樹(shù)脂瀝青材料應(yīng)用于兩個(gè)工程的實(shí)踐表明，新型環(huán)氧瀝青作為防水粘結(jié)層材料在實(shí)際工程應(yīng)用中的性能表現(xiàn)優(yōu)異，應(yīng)大力推廣使用。

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[責(zé)任編輯：譚忠華]endprint