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 236000；2.江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司 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、瀝青鋪裝層有機地形成一個整體，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)后達到一定的強度；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，材料中本身含有的高溫固化劑在高溫作用下，二次固化，達到更高的強度［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，對防水粘結(jié)材料性能的評價需要選擇合適的試驗方法及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。國外對防水粘結(jié)層研究比較早，如英國交通研究所（TRL）、美國材料試驗協(xié)會（ASTM）等機構(gòu)分別提出了防水粘結(jié)材料試驗方法，常用的防水粘結(jié)層力學(xué)性能室內(nèi)評價試驗主要包括剪切試驗及拉拔試驗。

室內(nèi)試驗采用有足夠強度的水泥混凝土試塊進行剪切和拉拔試驗，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，為保證測試結(jié)果的統(tǒng)一性，需將試塊進行高溫固化后再進行剪切和拉拔試驗。為綜合評定水性環(huán)氧瀝青的路用性能，室內(nèi)試驗通過對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)性能進行測試，剪切試驗和拉拔試驗采用中間只涂刷粘結(jié)材料的水泥混凝土復(fù)合件，附著力拉拔試驗采用模擬橋面防水粘結(jié)層結(jié)構(gòu)的水泥板試件進行測試。

2.1 水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)材料的抗剪強度測試

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，測試其剪切力［4］。室內(nèi)試驗采用東南大學(xué)研制的剪切與拉拔綜合測試儀對幾種橋面防水粘結(jié)材料的抗剪強度進行測試，測試結(jié)果見表1。

表1 不同橋面防水粘結(jié)材料的抗剪強度測試結(jié)果 MPa

由表1可見，幾種橋面防水粘結(jié)材料的抗剪強度測試結(jié)果差異較大，各材料的抗剪強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度明顯優(yōu)于其他材料，但由于其價格較高，無法大規(guī)模應(yīng)用；其次是水性環(huán)氧瀝青材料，SBS改性瀝青的抗剪強度最低。綜合來看，環(huán)氧樹脂防水粘結(jié)層高低溫抗剪強度均較為突出，SBS改性瀝青和橡膠瀝青常溫和高溫剪切強度較為接近，水性環(huán)氧瀝青常溫抗剪強度較優(yōu)，高溫抗剪強度也較高，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)材料的拉拔強度測試

粘結(jié)性能是防水粘結(jié)層的主要性能之一，通過粘結(jié)性試驗可以評價防水粘結(jié)層與混凝土面板的粘結(jié)能力。室內(nèi)試驗采用東南大學(xué)研制的剪切與拉拔綜合測試儀對幾種橋面防水粘結(jié)材料的拉拔強度進行測試，測試結(jié)果見表2。

表2 不同橋面防水粘結(jié)材料的拉拔強度測試結(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，這與抗剪強度的試驗結(jié)果是一致的。綜合來看，水性環(huán)氧瀝青常溫拉拔強度較優(yōu)，高溫拉拔強度也較高，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度測試

以往的室內(nèi)評價試驗通過采用復(fù)合件拉拔強度來評價粘結(jié)層粘結(jié)強度，此種試驗在界面構(gòu)造上雖與現(xiàn)場狀況比較類似，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)場性能驗評試驗實施難度較大，并且存在對橋面有損檢測造成的破壞。為此，采用如圖1所示的新型附著力拉拔試驗來測試防水粘結(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。該測試方法的儀器簡易，攜帶方便，試驗操作簡便，而且可以實時獲得檢測數(shù)據(jù)，及時反映橋面防水粘結(jié)層的實際狀況。為衡量不同防水粘結(jié)材料的耐久性，對老化前和老化后（180℃，老化1h）的附著力拉拔強度進行試驗測試，測試結(jié)果見表3。

圖1 附著力拉拔試驗（粘結(jié)強度試驗）

表3 不同橋面防水粘結(jié)材料的附著力拉拔強度測試結(jié)果

由表3可見，幾種橋面防水粘結(jié)材料附著力拉拔強度的變化規(guī)律與拉拔試驗的結(jié)果一致。但由于該試驗?zāi)M幾種材料的實際應(yīng)用結(jié)構(gòu)進行測試的，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)的附著力拉拔強度比拉拔試驗測試結(jié)果高，其他3種環(huán)氧材料的測試結(jié)果基本一致。從老化后的強度變化來看，純?yōu)r青類的防水粘結(jié)層抗老化性能較差，老化后強度比不及65%，而環(huán)氧類的防水粘結(jié)層的老化后強度比均在80%以上。因此，水性環(huán)氧瀝青的粘結(jié)強度較高，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)場采用人工刷涂方法通過試驗確定水性環(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。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上都具有明顯的優(yōu)勢，具有良好的性價比，適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。

為保證施工質(zhì)量控制要求，對水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層施工質(zhì)量進行現(xiàn)場檢測，采用附著力拉拔試驗方法對水性環(huán)氧瀝青材料的粘結(jié)性能進行測試。在路面溫度40℃左右時，水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的附著力拉拔強度達到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。在橋梁通車運營1年后，對試驗段的路面性能以及病害情況進行現(xiàn)場觀測，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，在常溫和高溫時的剪切和拉拔強度均優(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，在實際工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)工程具體情況選擇應(yīng)用。

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