橋面鋪裝用環氧防水粘結層使用性能研究

馮 銓

(重慶市巴南區建設工程質量監督站，重慶 400067)

美國從20世紀60年代開始認識到橋面發生腐蝕破壞的嚴重性。1979年，美國國會報告指出:研究和合理設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，設置防水層的費用和效益比為1∶2.75，顯然經濟效益十分顯著。我國從20世紀80年代開始逐漸認識到橋面銹蝕的危害性，開始意識到橋面防水的重要性。根據對橋面防水材料使用條件的分析，認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力，更重要的是能抵抗汽車水平荷載和垂直應力的綜合作用，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。環氧下封層屬于熱固性柔性防水材料，它由一定比例的環氧樹脂與固化劑混合后發生復雜物理化學反應而得到。本文對環氧下封層材料的使用性能進行試驗研究，得出環氧下封層的合理結構形式。

1 試驗方法

1.1 試驗方案

通過如下試驗對防水粘結層的力學性能進行評價:1)壓剪試驗，為檢驗防水粘結層抵抗行車荷載水平力作用下產生在防水粘結層位置處的剪切應力的能力，采用壓剪試驗來評價防水粘結層的抗剪能力;2)拉拔試驗，橋面板與瀝青混凝土鋪裝層的粘結強度對鋪裝體的抗疲勞特性有很大影響，為了檢驗上下兩層間的粘結強度及對面層整體結構強度的影響，采用拉拔試驗確定防水粘結層與橋面板和瀝青混凝土鋪裝層之間的粘結力狀況。

1.2 試件的成型

采用表1結構成型試件，此結構為常用的橋面鋪裝結構，可以反映防水粘結層的實際工作狀況，模擬現場實際的施工環境和施工過程。

表1 防水粘結層試件結構

1.3 環氧下封層層數和材料用量

環氧下封層的層數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規范的基礎上，根據實際撒布效果而確定的，各方案具體用量見表2。

表2 環氧下封層材料用量

2 剪切試驗結果及分析

對于各方案，采用(25±2)℃的溫度進行剪切試驗，模擬常溫條件下防水粘結層的抗剪強度。試驗時，每組準備3個平行試件。各方案剪切試驗結果見表3，剪切試驗試件破壞界面圖見圖1。

表3 剪切試驗結果(25℃)

從表3及圖1可以看出:

1)從壓剪試驗結果來看，撒布同等粒徑的碎石，雙層環氧下封層的剪切強度要大于單層環氧下封層。分析其原因，單層環氧下封層碎石之間的間隙要大于雙層環氧，雙層環氧由于使用了兩層粗細不同的碎石，小碎石彌補了大碎石的空隙，提高了環氧下封層的密實度和粗糙度，由此提高了環氧下封層的抗剪能力。因此雙層環氧具有更好的使用保證性。2)不同粒徑的環氧下封層，撒布大粒徑碎石的抗剪強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，從而提高環氧下封層的抗剪強度。

圖1 剪切試驗試件破壞界面圖

3 拉拔試驗結果及分析

除了進行壓剪試驗，還進行拉拔試驗，以便較為全面地評價防水粘結層的層間粘結效果。拉拔試驗采用與剪切試驗相同的試件，試驗在常溫(25±2)℃下進行，試驗結果見表4，拉拔試驗試件破壞界面圖見圖2。

表4 拉拔試驗結果(25℃)

從表4及圖2可以看出:

1)從拉拔試驗結果來看，不同粒徑的環氧下封層，撒布小粒徑碎石的粘結強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氧樹脂的接觸面積，因而降低了整體的粘結強度。2)同等粒徑，雙層環氧下封層結構的粘結強度要大于單層環氧下封層，雙層環氧由于使用了兩層粗細不同的碎石，小碎石彌補了大碎石的空隙，提高了環氧下封層的密實度和粗糙度，與瀝青混凝土的聯接面積增大，由此提高了環氧下封層的粘結強度。

4 抗熱沖擊試驗

通過觀察環氧下封層防水材料在熱沖擊作用下材料是否出現翹曲、開裂等變形，檢驗環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，在攤鋪碾壓的時段內是否可抵抗短期溫度破壞。

圖2 拉拔試驗試件破壞界面圖

4.1 試驗方法

1)將導熱油在鍋中加熱，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)將準備好的試件，放入準備好的托盤中，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，試驗后環氧下封層的情況見圖4。

圖3 熱沖擊試驗過程

圖4 試驗后環氧下封層的情況

4.2 試驗結果分析

通過觀察抗熱沖擊試驗中環氧下封層試件的變化情況可以發現:試件在250℃導熱油沖擊作用下，表面沒有明顯的變化，沒有出現環氧下封層材料的翹曲和開裂，并且經過熱沖擊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，在攤鋪碾壓的時段內可抵抗短期高溫的破壞。

5 結語

1)雙層環氧下封層由于使用了兩層粗細不同的碎石，小碎石彌補了大碎石的空隙，減小了環氧下封層碎石之間的間隙，提高了環氧下封層的密實度和粗糙度，所以雙層環氧下封層結構的抗剪強度和粘結強度要大于單層環氧下封層結構。2)撒布小粒徑碎石的環氧面比較光滑，環氧下封層與瀝青混凝土鋪裝層聯接面積大，所以撒布小粒徑碎石的環氧下封層粘結強度要大于撒布大粒徑碎石的環氧下封層。3)撒布大粒徑碎石的環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度。所以，不同粒徑的環氧下封層，撒布大粒徑碎石試件的抗壓剪強度要大于撒布小粒徑碎石的試件，撒布小粒徑碎石的環氧下封層具有更好的使用保證性。4)試驗結果表明雙層環氧樹脂較單層環氧樹脂具有更大的抗剪強度和粘結強度，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規范［S］.

［2］JTG D50-2006，公路瀝青路面設計規范［S］.

［3］JTJ 052-2000，公路工程瀝青及瀝青混合料試驗規程［S］.

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

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

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

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