新型環氧瀝青橋面防水粘結層的試驗研究

蘇忍讓++安中進 +宋緒丁

摘 要：為防止或減少橋面鋪裝層病害，對環氧瀝青橋面鋪裝層進行研究，對采用改性瀝青和環氧樹脂配制的A1、A2兩種粘結材料進行試驗，證明它們在不同溫度下都具有很好的抗剪性能和抗拉拔性能；且應用于鋼橋橋面比應用于水泥混凝土橋面具有更高的抗剪強度和抗拉強度；A1型環氧樹脂瀝青材料性能優異，值得在實際工程中大力推廣。

關鍵詞：環氧瀝青；粘結層；抗剪性能；抗拉拔性能

中圖分類號：U414.03 文獻標志碼：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

中國公路交通量日益上升，加上重載和超載普遍、環境因素、橋面鋪裝層材料選用不當等因素，使得橋面鋪裝層出現嚴重的早期損壞現象。尤其是水泥混凝土橋面鋪裝層被破壞后，其修復費用往往要數倍于原來的投資，而且修復時間較長，嚴重影響車輛行駛的安全性、快捷性和舒適性[12]。調研發現，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失效導致的；還有的病害是由于橋面防水效果不佳而引起的。國外很早就開始研究環氧樹脂改性石油瀝青，并在實體工程中進行使用。將環氧瀝青混凝土應用于橋面鋪裝工程的國家主要有美國、加拿大、荷蘭、澳大利亞等[34]。中國在環氧瀝青橋面鋪裝上的研究起步較晚，但是隨著基礎設施的大量建設，積累了豐富的經驗，發展了符合中國氣候的環氧瀝青橋面鋪裝[56]。但是，關于環氧樹脂瀝青材料粘結性能研究的報道不多，因此，本文將環氧樹脂瀝青材料和其他路面瀝青材料（SBS瀝青和雨虹粘結材料），應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，對不同瀝青材料的剪切強度和抗拉強度進行對比試驗研究和工程現場檢測。

1 試驗材料及試驗條件

1.1 試驗材料

試驗中，A1粘結材料是改性瀝青和環氧樹脂按7.6∶1的比例配制的，A2粘結材料是改性瀝青和環氧樹脂按2.45∶1的比例配制的。SBS瀝青和雨虹粘結材料是市場購置的粘結材料。

1.2 試驗條件

（1） 實驗室內剪切和拉拔試驗。

實驗室內先預制厚度為5 cm的水泥混凝土層，然后按表面處理、涂刷防水粘結層、碾壓瀝青混凝土鋪裝的順序成型試件，再用Φ50 mm鉆芯機鉆孔取樣。剪切試驗在加載剪切試驗的裝置上進行，圖1為加載剪切試驗裝置的原理示意圖。防水粘結層受力面與加載方向的夾角α=40°，與剎車情況相似，為最不利情況，測試所能施加的最大破壞荷載為P，試驗加載速度為50 mm·min-1[7]。

圖1 加載剪切試驗裝置原理

實驗室內拉拔試驗用Φ50 mm鉆芯機鉆孔至水泥混凝土梁板后取出鉆頭，用快凝環氧樹脂將拉頭粘在瀝青混凝土表面，養護12 h后，將芯樣放于拉力試驗儀中，以100～200 N·s-1的速度對拉桿進行加力，直至芯樣被破壞，試驗如圖2、3所示。

試驗溫度采用室溫（20 ℃）和高溫（50 ℃）兩種。在進行高溫試驗前，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） 現場剪切和拉拔試驗。采用本課題組相關人員開發出的層間剪切強度測試儀和層間抗拉強度測試儀各一臺進行現場拉拔試驗[8]。

2 試驗結果及其分析

2.1 水泥混凝土防水粘結層剪切和拉拔試驗

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

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

圖5為用量在0.8 kg·m-2時，水泥混凝土防水粘結層的拉拔試驗結果。 20 ℃條件下， SBS瀝青的抗拉強度最低，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度。A1材料抗拉強度是SBS瀝青的5倍，是雨虹防水材料的4倍；A2材料的抗拉強度分別是SBS瀝青的7倍，雨虹防水材料的5倍。但當溫度達到50 ℃時，所有材料的抗拉強度都大大下降，SBS瀝青和雨虹材料的強度幾乎為0，說明SBS瀝青和雨虹材料在高溫狀態下不具有良好的抗拉性能；而A1和A2材料的強度分別為0.42 MPa和0.6 MPa。當用量增加到1.0 kg·m-2時，A1、A2材料抗拉強度變化不大，雨虹材料抗剪強度減小了很多，SBS強度還是比較小。

試驗數據表明，A1與A2材料相比其他防水粘結材料具有更好的高低溫抗拉拔性能。

2.2 橋面鋼板防水粘結層剪切和拉拔試驗

圖6為用量在0.8 kg·m-2時，橋面鋼板防水粘結層剪切試驗結果。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材料的剪切強度比20 ℃時都有所降低，但比同等條件下與水泥混凝土防水粘結層的剪切強度高。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，無粘結力，從工程實用性角度考慮，雨虹材料不適用于鋼板與鋪裝層之間的粘結。

2.3 工程現場實際檢測結果及分析

利用項目組開發的層間剪切儀和拉拔儀對以下兩個工程的施工現場進行了試驗檢測，圖8為現場檢測的情況。

（1） 蘇州某快速路高架橋部分均灑布A1型熱固性環氧瀝青粘結材料，基層為水泥混凝土橋面，下面層為AC25C瀝青混凝土，厚為6 cm，水泥橋面防水粘結層為環氧瀝青。通過現場檢測，在K4+486左幅處，橋面層間剪切力為7 733 N，剪切強度為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，水泥橋面防水粘結層為環氧瀝青。通過現場檢測，在K17+655左幅處，橋面層間剪切力為8 780 N，剪切強度為1.121 MPa；在K21+150右幅處，橋面層間剪切力為9 954 N，剪切強度為1.268 MPa。

由蘇州和鄭州兩個工程項目的現場檢測報告結果可以看出：A型熱固性環氧瀝青粘結材料在蘇州兩個點的剪切強度分別為0.985 MPa和1.048 MPa，一個點的拉拔強度為1.162 MPa；在鄭州兩個點的剪切強度分別為1.121 MPa和1.268 MPa。雖然監測點很少，但是同一個項目不同樁號的檢測結果都很接近；剪切強度和抗拉強度的檢測結果基本都達到了1 MPa，說明環氧瀝青作為防水粘結層材料在實際工程應用中的性能表現優異。

3 結 語

將環氧樹脂瀝青材料和其他路面瀝青材料（SBS瀝青和雨虹粘結材料）用于水泥混凝土橋面以及鋼橋面上，對其在高溫（50 ℃）和室溫（20 ℃）條件下的剪切強度和抗拉強度性能進行了對比試驗研究和工程現場檢測，結論如下。

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

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

（3） A1型環氧樹脂瀝青材料應用于兩個工程的實踐表明，新型環氧瀝青作為防水粘結層材料在實際工程應用中的性能表現優異，應大力推廣使用。

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[責任編輯：譚忠華]endprint