基于兩種防水材料的橋面防水粘結層性能研究

魯 立

(河南省公路工程局集團有限公司 鄭州市 450052)

橋梁建設過程中，防水是橋面鋪裝設計、施工過程中不可忽視的環節，良好的防水性對于提高橋面使用壽命具有十分重要的意義。尤其對于一些大跨徑鋼橋而言，橋面防水性能也決定著橋梁主體的耐久性。合理的鋪裝防水體系能有效防止鋼橋面板受到雨水侵蝕，同時也能實現鋪裝層與橋面板的有效粘結[1-3]。因此，選取兩種不同材料的防水體系結構，對其澆注GA-10混凝土后的性能進行試驗分析，以此來評定兩種防水體系在橋面鋪裝防水層中的使用效果，為其工程應用提供參考。

1 鋪裝層防水體系結構

橋面鋪裝中，單一的防水層無法達到真正防水以及保護橋梁結構的作用，因此，在防水層設計過程中,通常將鋪裝下層也納入橋面防水體系結構中，兩者組成的整體防水體系能達到良好的防水效果[2-3]。具體結構如圖1所示。

圖1 橋面防水體系結構示意圖

本次研究選取的兩種類型防水體系如下所示：

1.1 甲基丙烯酸甲酯樹脂材料(MMA)+GA-10防水體系

甲基丙烯酸甲酯樹脂(Methyl methacrylate resin)是一種無色流動性易燃液體。微溶于水，溶于乙醇和乙醚，易揮發。由于其獨特的強度、韌性，近年來廣泛應用于鋼橋面鋪裝的防水粘結層。具有與基底及鋪裝層粘結性能好、抗刺破能力強、抗氯離子滲入與耐腐蝕性強的特點[3-5]，而且能抵抗鋪裝層高達250℃的高溫，能在低溫下迅速固化。此類防水體系在英國等國家使用的比較多，有100多年的應用歷史。表1為甲基丙烯酸甲酯樹脂材料的技術指標。

MMA防水體系通常由三層組成，最底層為防腐層，在鋼板噴砂除銹或混凝土板噴砂打毛之后3h內使用，用于封閉混凝土、水泥砂漿及鋼材(包括電鍍鋼材)和其它金屬表面，加強防水膜和基體表面之間的黏合，具有抗腐蝕性，可以隔離鋼板與空氣接觸，防止表面被氧化或腐蝕[4-6]；中間層為甲基丙烯酸甲酯樹脂防水層，直接噴涂在底涂層上形成一層堅韌、柔性的無縫防水膜；最上層粘層是一種溶劑型涂層，直接刷涂、滾涂或無氣噴涂于防水膜上。固化后，形成一個整體封閉的體系，并與鋪裝下層GA瀝青混合料緊密粘接[5-6]。GA瀝青混凝土是一種幾乎無空隙(小于1%)，無需壓實便能達到其最終強度，且低溫性能、防水性能、耐久性能都較好的瀝青混合料[6-7]。在鋼橋面鋪裝中，此防水體系除了具有良好的性能外，還有很好的耐久性。其結構如表2所示。

本研究選用Eliminator甲基丙烯酸甲酯樹脂防水體系，它由英國Stirling Lloyd Polychcm公司研發，主要用于鋼橋面防水。與其它MMA類防水材料相比，Eliminator材料配方不同。Eliminator鋼橋面防水粘結體系在鋼橋面鋪裝、水泥混凝土橋面鋪裝、橋墩及其他結構、輕軌及高速鐵路、涵洞及隧道等工程得到廣泛的應用[4]，包括美國喬治華盛頓大橋、香港青馬大橋、重慶菜園壩大橋等，應用效果良好。本次采用的GA-10瀝青混凝土，相關技術指標如表3所示。

1.2 溶劑型粘結劑+GA-10防水體系

溶劑型粘結材料指的是根據相似相溶的原理和性能互補的原則，將瀝青、橡膠等多種高分子物質進行溶化而形成的粘結劑，將其涂抹在鋼板、水泥混凝土橋面板表面，揮發后形成一層堅韌、密實的網狀結構，同時防水膜部分熔化，與瀝青混凝土混為一體，從而實現了橋面與瀝青鋪裝層之間的有效粘結。采用此種材料，與傳統防水材料(如防水卷材、水溶性防水涂料、反應性防水材料等)相比，鋪裝瀝青混凝土之后的組合結構的粘接強度、抗剪性能明顯提高且粘接性能優良[8-9]。國內一些橋梁采用了此種鋪裝結構，如貴州省鎮勝公路北盤江大橋、南京長江四橋、大麗高速橋面等。

溶劑型粘結材料通過物理過程可以實現與鋼板的有效粘接，該材料會隨著溫度的升高而出現軟化或融化，又會隨著溫度的降低出現凝固。整個過程具有一定的可逆性，這可以使上層混合料與下臥層之間達到更有效的結合，粘結效果良好[2,10]。兩層溶劑型粘站劑與GA-10組成的防水體系在使用條件較好、澆注式瀝青混合料不透水的情況下，性價比最優。其結構如表4所示。

本研究選取了重慶市某公司生產的GS型溶劑型粘結劑，它是一種新型溶劑型橋面專用防水粘接材料，其特點是除具有優異的防水性能外，還可有效地處理混凝土、鋼板與瀝青混凝土等之間的層間粘接問題，在行車荷載作用下，路面不易出現推移、脫落、變形等病害[3,11]。表5為溶劑型粘結劑相應的技術要求。

2 防水粘結材料與橋面板強度試驗及結果

對于防水粘結材料的實際路用性能，通常采用粘結強度試驗來評價防水層與橋面板之間的粘結能力，即測試橋面板與粘結層之間的拉拔強度值來反映防水粘結層的性能優劣[8]。為了測試兩種防水粘結材料的粘結性能，將Eliminator防水材料與GS溶劑型粘結劑材料分別涂抹在噴砂除銹達到Sa2.5要求的10cm×10cm×5cm鋼板上，待兩種材料完全固化后進行拉拔試驗，環境溫度為25℃左右。具體試驗結果如表6所示。

以上試驗結果表明，2種防水粘結材料與鋼板之間平均拉拔強度值分別為5.27MPa、2.12MPa，均大于相應技術要求5.0MPa與2.0MPa，但在整體性能上，Eliminator防水材料比GS溶劑型粘結劑材料拉拔強度值要高，說明Eliminator防水材料比GS溶劑型粘結劑材料能更好與剛橋面板界面之間粘結，能較好防止鋪裝防水層與橋面板脫離[9]。

3 組合結構強度試驗及結果

防水層與鋪裝材料組合而成的組合結構其整體性能決定橋面鋪裝層的路用性能，組合結構的粘結強度以及抗剪能力的好壞影響著橋面鋪裝層整體的抗剪切變形性能，尤其是高溫條件下，組合材料的粘結強度與抗剪切強度影響鋪裝層的使用壽命[10-11]。組合結構的粘結強度與剪切強度試驗方法詳見《公路鋼橋面鋪裝設計與施工技術規范》。

3.1 組合結構粘結強度性能試驗

組合結構的粘結強度同樣采用拉拔試驗來測定[12]。在防水粘結層涂抹完后，待其固化24h，再攤鋪GA-10澆注式瀝青混合料，在試件完全冷卻成型后進行組合構件的粘結強度試驗，同樣采用25℃拉拔試驗的方法評價其粘結性能。具體試驗結果如表7所示。

由以上結果可知，Eliminator防水材料與鋪裝下層粘結強度平均值分別為1.06MPa、1.23MPa，均大于1.0MPa，同時從試件破壞形式上看，GS溶劑型粘結劑破壞界面在粘結劑內部，而Eliminator防水材料破壞界面有部分在粘結劑與鋼板接觸界面，因此總體上看，GS溶劑型粘結劑較Eliminator防水材料與GA-10瀝青混合料粘結性更好，能保證鋪裝層整體有效粘結。

3.2 組合結構剪切強度性能試驗

由于防水粘結材料溫度敏感性較強，溫度對其抗水平推移能力影響較大[2]，故本次試驗采用25℃與55℃兩種溫度條件來模擬橋面實際溫度，具體試驗結果如表8、表9所示。

從試驗數據上看，在25℃時的組合結構剪切強度，Eliminator防水材料強度值明顯高于GS溶劑型粘結劑材料，而且在破壞形式上，兩者在25℃的破壞界面均在粘結材料內部，說明兩種防水材料抗剪切性能優良；在55℃試驗組中，Eliminator防水材料強度值高于GS溶劑型粘結劑材料，防水粘結材料受到高溫作用后，與25℃時的組合結構強度值相比，兩者強度值明顯降低。因此兩種防水粘結材料溫感性較強，但兩者性能均能滿足相應要求，在受到水平剪切力作用下抗破壞能力較強[13]。

4 結論

對兩種不同材料的防水體系進行相關研究，主要得到了以下結論：

(1)Eliminator防水材料與GS溶劑型粘結劑材料兩者均能滿足橋面鋪裝防水粘結層所需性能要求，Eliminator防水材料整體性能優于GS溶劑型粘結劑。

(2)在受到溫度變化時，Eliminator防水材料、GS溶劑型粘結劑材料與GA-10混凝土之間粘結性能受影響較大，在55℃時，組合結構剪切強度值下降明顯，但兩種材料防水體系均能抵抗橋面鋪裝防水層發生的剝落、推移破壞，能與鋪裝層保持較好協同性。