毛濃平

(廣東省長大公路工程有限公司， 廣州　510000)

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溶劑型粘結(jié)劑在水泥混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層的應(yīng)用研究

毛濃平

(廣東省長大公路工程有限公司， 廣州510000)

摘要：以港珠澳大橋組合梁橋面鋪裝試驗段為例，選擇3種不同型號溶劑型粘結(jié)劑作為防水粘結(jié)材料，通過現(xiàn)場檢測試驗，研究溶劑型粘結(jié)劑在水泥混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層的應(yīng)用狀況。研究結(jié)果表明：對于同一種溶劑型粘結(jié)劑，人工涂抹施工粘結(jié)劑的拉拔強度高于噴涂機施工粘結(jié)劑的拉拔強度，不添加玻璃纖維粘結(jié)劑的拉拔強度高于添加玻璃纖維粘結(jié)劑的拉拔強度；GA10澆注式瀝青混合料施工后產(chǎn)生大量氣泡和鼓包，溶劑型粘結(jié)劑在GA10澆注式瀝青混合料+防水粘結(jié)層+水泥混凝土基面組成的防水結(jié)構(gòu)體系中應(yīng)嚴格控制施工。

關(guān)鍵詞：港珠澳大橋；溶劑型粘結(jié)劑；防水粘結(jié)層；拉拔強度；澆注式瀝青混合料

橋面防水粘結(jié)層為橋面板提供了一個防止水汽的無滲透性屏障。其將鋪裝層與橋面板粘結(jié)成一個整體，可充分發(fā)揮鋪裝層與橋面板的復(fù)合作用，改善橋面板與鋪裝層受力情況。一個整體性能好的防水粘結(jié)層必須能抵抗層間的剪切破壞及水損害，因此對橋面防水粘結(jié)層進行研究十分重要。本文以港珠澳大橋組合梁橋面鋪裝為例，選擇3種不同型號的溶劑型粘結(jié)劑作為防水粘結(jié)材料，通過現(xiàn)場檢測試驗，研究溶劑型粘結(jié)劑在水泥混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層的應(yīng)用狀況。

1工程概況[1]

1.1工程簡介

港珠澳大橋跨越珠江口伶仃洋海域，其東接香港特別行政區(qū)，西接廣東省珠海市和澳門特別行政區(qū)，是我國交通建設(shè)史上技術(shù)最復(fù)雜、環(huán)保要求最高、建設(shè)要求及技術(shù)標準最高的工程之一。

1.2氣候條件

港珠澳大橋地處高溫多雨的南亞熱帶海洋性氣候區(qū)，年平均氣溫23.0 ℃，最高月平均氣溫31.8 ℃，最低月平均氣溫12.1 ℃，極端最高氣溫38.9 ℃，極端最低氣溫-1.8 ℃。該地區(qū)年平均降雨量2 045.5 mm，年最小降雨量1 200.9 mm，年最大降雨量可達2 894.6 mm，日最大降水量可達620.3 mm；年平均降水天數(shù)139 d，大于10 mm的雨水天數(shù)可達43.8 d。年平均霧天僅為9.77 d，年平均相對濕度為89%。

分析港珠澳大橋所處地區(qū)的氣候特征可知，溫度和降雨量對防水粘結(jié)層施工及澆注式瀝青攤鋪施工作業(yè)影響極大，對工期保證、質(zhì)量控制形成極大挑戰(zhàn)，是影響橋面鋪裝的主要氣候因素。

1.3交通條件

本文根據(jù)華杰工程咨詢有限公司編制的《港珠澳大橋跨界交通需求分析再評估》[2]，對港珠澳大橋交通量進行預(yù)測，并計算出標準軸載，如表1所示。

表1　港珠澳大橋交通量分車型預(yù)測結(jié)果　輛/d

根據(jù)表1預(yù)測的交通流量，可計算出15年內(nèi)港珠澳大橋平均年交通量增長率約為6.6%。由于港珠澳大橋設(shè)計為雙向6車道，根據(jù)下式計算得到該橋15年內(nèi)每車道累計當量軸次Ne為：

0.35=1.02×107(軸次)

JTG D50—2006《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》中交通量等級劃分規(guī)定，當1個車道上BZZ-100累計標準軸次為3×106～1.2×107次時，屬于中等交通等級，因此港珠澳大橋的設(shè)計交通等級為中等。

2橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(組合梁試驗段)

2.1防水粘結(jié)層體系選擇[3]

溶劑型粘結(jié)材料指采用溶劑對瀝青、橡膠等高分子物質(zhì)進行溶解而形成的一種粘結(jié)材料，若將此種材料涂刷在水泥混凝土基面，則溶劑揮發(fā)后會形成1層堅韌、密實的粘結(jié)膜，其可與瀝青鋪裝材料之間形成良好的粘結(jié)。與傳統(tǒng)防水材料(如防水卷材、水溶性防水涂料等)相比，此種材料鋪裝于瀝青混凝土后形成的組合結(jié)構(gòu)其粘結(jié)性能明顯提高，抗剪性能優(yōu)良。

2.2水泥混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)設(shè)計[4]

港珠澳大橋CB07標橋面鋪裝試驗段為K0+000～K0+300段，其設(shè)計組合梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層為4.5 cm SMA+3.5 cm GA+防水粘結(jié)層+水泥混凝土基面。其橋面鋪裝結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　組合梁橋面鋪裝結(jié)構(gòu)示意

澆注式瀝青混合料(GA)是空隙率小于1%的瀝青混合料，具有十分優(yōu)良的防水性能。因此，溶劑型粘結(jié)劑與GA組成的防水體系可有效阻止水分進入鋪裝下層及水泥混凝土基面之間，從而可防止出現(xiàn)因水分侵蝕水泥混凝土和界面而造成鋪裝層粘結(jié)力降低、脫層等病害。

3橋面鋪裝防水粘結(jié)層施工

3.1施工前準備[5]

施工前，先對水泥混凝土基面進行了表面清理，使其油污和雜質(zhì)清楚可見；然后對水泥混凝土基面進行了拋丸打砂處理。拋丸機采用DH-4800車載式拋丸機，拋丸速度為15 m/min。拋丸機磨料選擇S550鋼丸，組合梁磨料不含鋼砂，磨料保持干燥、清潔，不得含有油脂、鹽分。搭接寬度選擇為3～5 cm，并根據(jù)工程實際合理調(diào)節(jié)設(shè)備，以使搭接部分與整體拋丸處理后的效果一致，保證拋丸處理后的表面平整度符合設(shè)計要求。

3.2溶劑型粘結(jié)劑施工[5-7]

選擇日本A公司生產(chǎn)的Caticoat溶劑型粘結(jié)劑、重慶B公司生產(chǎn)的GS溶劑型粘結(jié)劑以及重慶C公司生產(chǎn)的AF溶劑型粘結(jié)劑這3種不同型號的溶劑型粘結(jié)劑作為防水粘結(jié)材料進行研究，加筋纖維選用玻璃纖維，并結(jié)合工程應(yīng)用現(xiàn)狀，確定7種施工工藝方案，如表2所示。

根據(jù)擬定的施工工藝方案，對溶劑型粘結(jié)劑進行施工，具體施工流程為：1) 將經(jīng)拋丸打砂處理過的水泥混凝土基面吹干，使其保持干燥；2) 涂抹第1層溶劑型粘結(jié)劑，并養(yǎng)護至少24 h；3) 灑布玻璃纖維，涂抹第2層溶劑型粘結(jié)劑，進行養(yǎng)護以達到實干狀態(tài)；4) 在25 ℃氣溫環(huán)境下進行現(xiàn)場拉拔試驗。

3.3現(xiàn)場拉拔試驗結(jié)果及分析[8-9]

橋面防水粘結(jié)材料對橋面板的附著力用現(xiàn)場拉拔強度來評價。溶劑型粘結(jié)劑檢測在溶劑型粘結(jié)劑固化后進行，現(xiàn)場隨機布點進行現(xiàn)場拉拔試驗，現(xiàn)場環(huán)境溫度為25 ℃。試驗時，采用AT-M型數(shù)顯式拉拔儀對施工后防水粘結(jié)層與基層的拉拔強度進行現(xiàn)場檢測，采用無溶劑型環(huán)氧膠將直徑為20 mm的拉拔頭粘結(jié)在防水粘結(jié)層表面，待膠水固化按照拉拔儀說明書操作方法進行檢測。試驗結(jié)果如表3和圖2所示。

表2　溶劑型粘結(jié)劑防水粘結(jié)層施工工藝方案設(shè)計　g/m2

表3　7種施工工藝方案的防水粘結(jié)層現(xiàn)場拉拔試驗結(jié)果

圖2　7種施工工藝現(xiàn)場拉拔試驗結(jié)果

對比工藝1、2、3可以看出，在采用人工涂抹且不灑布玻璃纖維的條件下，3種溶劑型粘結(jié)劑的現(xiàn)場拉拔強度不同，拉拔強度排序為工藝2>工藝3>工藝1，3種工藝的現(xiàn)場拉拔強度合格率均為90%。說明在采用人工涂抹且不灑布纖維的條件下，GS溶劑型粘結(jié)劑與水泥混凝土基面的粘結(jié)性能最優(yōu)，AF溶劑型粘結(jié)劑次之，Caticoat溶劑型粘結(jié)劑較差。Caticoat溶劑型粘結(jié)劑的拉拔強度較為平均，均在0.95～1.24 MPa之間；GS溶劑型粘結(jié)劑拉拔強度起伏最大，在0.94～1.71 MPa之間；AF溶劑型粘結(jié)劑拉拔強度起伏較大，在0.96～1.63 MPa之間。3種粘結(jié)劑的拉拔斷裂面均在涂層之間，材料自身發(fā)生破壞。

對比工藝4、5可以看出，在采用人工涂抹且灑布玻璃纖維的條件下，工藝4的拉拔強度高于工藝5，2種工藝的現(xiàn)場拉拔強度合格率均為80%。說明在采用人工涂抹且灑布玻璃纖維的條件下，GS溶劑型粘結(jié)劑與水泥混凝土板面的粘結(jié)性能優(yōu)于AF溶劑型粘結(jié)劑。GS溶劑型粘結(jié)劑的拉拔強度起伏相對較大，在0.91～1.54 MPa之間；AF溶劑型粘結(jié)劑的拉拔強度起伏相對較小，在0.94～1.49 MPa之間；且2種粘結(jié)劑的拉拔強度離散程度均大。這是因為工藝4、5拉拔強度在有纖維點處偏低，無纖維點處偏高。

對比工藝6、7可以看出，在采用噴涂機且同時灑布粘結(jié)劑和玻璃纖維的條件下，工藝6的拉拔強度遠低于工藝7，工藝6的現(xiàn)場拉拔強度合格率僅為30%，而工藝7的現(xiàn)場拉拔強度合格率達到了80%。說明在采用噴涂機且同時灑布粘結(jié)劑和玻璃纖維的條件下，GS溶劑型粘結(jié)劑與水泥混凝土板面的粘結(jié)性能比AF溶劑型粘結(jié)劑差。

對比工藝2、4、6可以看出，采用GS溶劑型粘結(jié)劑時，施工方式和玻璃纖維對粘結(jié)劑與水泥混凝土板面的粘結(jié)性能影響較大，拉拔強度排序為工藝2>工藝4>工藝6。人工涂抹施工粘結(jié)劑的拉拔強度高于噴涂機施工粘結(jié)劑的拉拔強度，這是因為人工涂抹施工可以使粘結(jié)劑和玻璃纖維灑布均勻，故現(xiàn)場拉拔強度較高；而噴涂機施工卻不能使粘結(jié)劑和玻璃纖維灑布均勻，故現(xiàn)場拉拔強度較低。不添加玻璃纖維粘結(jié)劑的拉拔強度高于添加玻璃纖維粘結(jié)劑的拉拔強度，這是因為現(xiàn)場拉拔強度較高的點其斷裂發(fā)生在粘結(jié)劑與混凝土之間，拉拔強度較低的點其斷裂發(fā)生在玻璃纖維之間。

對比工藝3、5、7可以看出，采用AF溶劑型粘結(jié)劑時，施工方式和玻璃纖維對粘結(jié)劑與水泥混凝土板面的粘結(jié)性能影響較大，拉拔強度排序為工藝3>工藝5>工藝7。人工涂抹施工粘結(jié)劑的拉拔強度高于噴涂機施工粘結(jié)劑的拉拔強度，這是因為人工涂抹施工可以使粘結(jié)劑和玻璃纖維灑布均勻，故現(xiàn)場拉拔強度較高；而噴涂機施工不能使粘結(jié)劑和玻璃纖維灑布均勻，故現(xiàn)場拉拔強度較低。不添加玻璃纖維粘結(jié)劑的拉拔強度高于添加玻璃纖維粘結(jié)劑的拉拔強度，這是因為現(xiàn)場拉拔強度較高的點斷裂發(fā)生在粘結(jié)劑與混凝土之間，拉拔強度較低的點發(fā)生在玻璃纖維之間。

以上檢測數(shù)據(jù)已排除或忽略現(xiàn)場施工和操作工藝的影響，因為在以后的施工中，這些影響也不可避免。

4橋面鋪裝澆注式瀝青混合料施工

4.1GA10澆注式瀝青混合料施工[3，10]

待按7種施工工藝方案鋪設(shè)的防水粘結(jié)層養(yǎng)護達到要求后，進行GA10澆注式瀝青混合料施工。

將瀝青拌和站攪拌完成的澆注式瀝青混合料放入專用拌和運輸車Cooker中升溫拌和、運輸。Cooker攪拌速度固定為3～7轉(zhuǎn)/min，且不允許空氣進入澆注式瀝青混合料中，以減少瀝青結(jié)合料的氧化；澆注式瀝青混合料在攪拌運輸車中攪拌45 min，混合料拌和溫度控制在220～240 ℃。用攤鋪機對澆注式瀝青混合料進行現(xiàn)場攤鋪施工。攤鋪過程中，需控制混合料施工時的溫度、攤鋪速度、攤鋪厚度、缺陷處理等。

4.2GA10混合料檢測結(jié)果及分析

4.2.1澆注式瀝青混合料性能檢測結(jié)果

對現(xiàn)場攤鋪的澆注式瀝青混合料進行現(xiàn)場檢測，檢測結(jié)果表明，GA10澆注式瀝青混合料各項性能指標均滿足設(shè)計文件要求。檢測結(jié)果如表4所示。

4.2.2澆注式瀝青混合料氣泡及原因分析

對按7種施工工藝方案鋪設(shè)的防水粘結(jié)層上攤鋪的GA10澆注式瀝青混合料進行切割，觀察GA10澆注式瀝青混合料底部表面情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，按7種施工工藝方案鋪設(shè)的防水粘結(jié)層在GA10澆注式瀝青混合料施工后均產(chǎn)生了不同程度的氣泡，部分方案防水粘結(jié)層施工后沒有達到對水泥混凝土基面的防水效果。對于GS溶劑型粘結(jié)劑，氣泡產(chǎn)生量排序為工藝2>工藝4、工藝6。對于AF溶劑型粘結(jié)劑，氣泡產(chǎn)生量排序為工藝3>工藝5、工藝7。

表4　GA10澆注式瀝青混合料性能檢測結(jié)果

為分析澆注式瀝青混合料氣泡產(chǎn)生原因，對GA10澆注式瀝青混合料進行了第2次試鋪。試鋪區(qū)域下承層處理方式為：A區(qū)域為薄鋼板區(qū)域，B區(qū)域為溶劑粘結(jié)劑長時間揮發(fā)區(qū)域，C區(qū)域為溶劑粘結(jié)劑短時間揮發(fā)區(qū)域，D區(qū)域為錫箔紙片區(qū)域，E區(qū)域為潑水區(qū)域，F(xiàn)區(qū)域為錫箔紙條區(qū)域以及未處理的區(qū)域。攤鋪結(jié)束后，觀察GA10澆注式瀝青混合料上部表面情況，在混合料未完全冷卻前，對各區(qū)域GA10澆注式瀝青混合料進行切割，觀察其下部表面情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，A、D、F區(qū)域上部表面無明顯鼓包，下部表面無明顯氣泡；B區(qū)域有少量氣泡，但可以接受；C區(qū)域表面有大面積鼓包，鼓包密集且單個鼓包面積較大，下部表面有大量氣泡；E區(qū)域和未處理區(qū)域表面有大面積鼓包，下部表面有大量氣泡。試鋪區(qū)域下承層劃分如圖3所示，GA10混合料內(nèi)部氣泡如圖4所示。

從第2次試鋪和試驗段施工效果可以看出，GA10澆注式瀝青混合料氣泡不是由水泥混凝土基面表面水所致，而是由水泥混凝土空隙中的殘留毛細水以及粘結(jié)劑自身沒有完全揮發(fā)掉的水分或氣體所致。GA10澆注式瀝青混合料澆筑溫度為220～240 ℃，在此高溫條件下，水泥混凝土中的毛細水發(fā)生揮發(fā)，如果防水粘結(jié)層的溶劑型粘結(jié)劑沒有全部揮發(fā)并形成有效封閉層，則水汽將沖破防水粘結(jié)層，在GA10澆注式瀝青混合料下表面形成大量氣孔，并在GA10澆注式瀝青混合料中形成大量氣泡，其不僅會降低防水粘結(jié)層與GA10澆注式瀝青混合料的粘結(jié)性能，也會降低GA10澆注式瀝青混合料的耐久性。因此，溶劑型粘結(jié)劑用于GA10澆注式瀝青混合料+防水粘結(jié)層+水泥混凝土基面組成的防水結(jié)構(gòu)體系中，溶劑型粘結(jié)劑施工一定要嚴格組織，可不撒布加筋纖維(其很容易形成夾層，影響粘結(jié)力)，并施工后要預(yù)留合理的時間供溶劑型粘結(jié)劑揮發(fā)并形成保護膜，且應(yīng)盡可能人工滾涂。

圖3　試鋪區(qū)域下承層劃分

圖4　GA10混合料底部表面和內(nèi)部的氣泡

5結(jié)束語

本文研究了3種不同類型溶劑型粘結(jié)劑在港珠澳大橋組合梁橋面鋪裝試驗段防水粘結(jié)層中的應(yīng)用狀況，并得到了以下結(jié)論。

1) 對于同一種溶劑型粘結(jié)劑，用人工涂抹施工粘結(jié)劑的拉拔強度高于用噴涂機施工粘結(jié)劑的拉拔強度，不添加玻璃纖維粘結(jié)劑的拉拔強度高于添加玻璃纖維粘結(jié)劑的拉拔強度。對于施工工藝相同的不同溶劑型粘結(jié)劑，其拉拔強度差異不大。其中，GS溶劑型粘結(jié)劑在人工涂抹不添纖維條件下其拉拔強度最大；在噴涂機同時灑布粘結(jié)劑和纖維條件下其拉拔強度最小。

2) GA10澆注式瀝青混合料在粘結(jié)劑未完全揮發(fā)情況下施工后會產(chǎn)生大量氣泡，對防水粘結(jié)層與GA10澆注式瀝青混合料下表面的粘結(jié)性能和GA10澆注式瀝青混合料的耐久性產(chǎn)生不利影響。溶劑型粘結(jié)劑用于GA10澆注式瀝青混合料+防水粘結(jié)層+水泥混凝土基面組成的防水結(jié)構(gòu)體系時應(yīng)嚴格組織施工，施工后要預(yù)留合理的時間供溶劑型粘結(jié)劑揮發(fā)以形成保護膜。

參 考 文 獻

[1]廣東省長大公路工程有限公司.港珠澳大橋主體工程橋梁工程CB07標第一階段試驗段總結(jié)報告[R].廣州：廣東省長大公路工程有限公司，2015.

[2]華杰工程咨詢有限公司.港珠澳大橋跨界交通需求分析再評估[R].廣州：華杰工程咨詢有限公司，2010.

[3]招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司.港珠澳大橋鋼橋面鋪裝專題研究報告[R].重慶：招商局重慶交通科研設(shè)計院有限公司，2013.

[4]中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司.港珠澳大橋主體工程組合梁橋面鋪裝設(shè)計圖[R].北京：中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司,2014.

[5]譚高偉，李維明，李強.涂層類橋面防水粘結(jié)層的施工與質(zhì)量控制[J].公路與汽運，2007(4)：163-165.

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[8]張娟.水泥混凝土橋面防水粘結(jié)層性能研究[D].西安：長安大學，2008.

[9]劉紅瓊.水泥砼橋橋面鋪裝防水粘結(jié)層性能研究[D].重慶：重慶交通大學，2008.

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Research on Application of Solvent-based Adhesives in Waterproof Bond Course of Cement Concrete Deck Pavement

MAO Nongping

Abstract:With the test section of combined beam deck pavement of Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge, this paper selects 3 different models of solvent-based adhesives as waterproof binding material to study application of solvent-based adhesives in waterproof bond course of cement concrete deck pavement through site detection test. The results of study show that for the same solvent-based adhesive, the pull strength of adhesive constructed by manual smearing is higher than that of adhesive constructed by coating machine, and the pull strength of adhesive without addition of glass fiber is higher than that of adhesive with addition of glass fiber; GA10 cast asphalt mixture produces a lot of bubbles and bumps after construction, and construction of solvent-based adhesives in waterproof structural system of GA10 cast asphalt mixture+waterproof bond course+cement concrete surface course shall be strictly controlled.

Keywords:Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge; solvent-based adhesive; waterproof bond course; pull strength; cast asphalt mixture

文章編號：1009-6477(2016)02-0011-06

中圖分類號：U416.216

文獻標識碼：A

作者簡介：毛濃平(1982-)，男，陜西省商洛市人，大專，工程師。

收稿日期：2015-09-17

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.02.003