趙錫娟（江蘇東交工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，江蘇 南京 210002）

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單組份環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)層室內(nèi)剪切和拉拔性能分析

趙錫娟
（江蘇東交工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，江蘇 南京 210002）

對(duì)單組份環(huán)氧瀝青、雙組份環(huán)氧瀝青和SBS改性瀝青3種防水粘結(jié)層材料進(jìn)行室內(nèi)剪切和拉拔性能對(duì)比，同時(shí)考慮涂層厚度、界面處理和溫度的影響因素，得出3種防水粘結(jié)層材料的最佳涂層厚度均為1 mm，最優(yōu)的界面處理方式為拋丸，并得出抗剪強(qiáng)度/拉拔強(qiáng)度與試驗(yàn)溫度均具有很好的二次相關(guān)性。

防水粘結(jié)層材料；單組份環(huán)氧瀝青；抗剪切強(qiáng)度；拉拔強(qiáng)度

水泥混凝土橋面瀝青鋪裝最主要的病害是鋪裝層的剝落、松散和擁包等，究其原因，大都是由橋面鋪裝界面之間的抗剪強(qiáng)度或粘結(jié)強(qiáng)度不足引起的。單組分環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料是一種環(huán)氧瀝青高分子材料，主要有連續(xù)相的極性物質(zhì)和非連續(xù)相的環(huán)氧樹脂、瀝青等高分子材料，交聯(lián)后形成熱固性聚合物。采用“常溫冷施工，高溫?zé)峁袒钡南冗M(jìn)設(shè)計(jì)理念，使得單組分環(huán)氧瀝青材料具有良好的表面滲透性，對(duì)水泥混凝土表面裂紋有修復(fù)作用。同時(shí)，封堵了水泥混凝土表面的毛細(xì)孔，杜絕了“泛白”現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，單組份環(huán)氧瀝青可以常溫灑布，經(jīng)自然干燥養(yǎng)護(hù)，再利用瀝青鋪裝層施工時(shí)的溫度進(jìn)行二次反應(yīng)，粘結(jié)性好，簡(jiǎn)化施工工藝，易于保證施工質(zhì)量。

在室內(nèi)進(jìn)行模擬試驗(yàn)，比較單組分環(huán)氧瀝青、SBS改性瀝青和雙組份改性瀝青防水粘結(jié)層的剪切和拉拔性能，并考慮基面處理方式、施工溫度及涂層厚度對(duì)剪切和抗拉拔性能的影響。

1　剪切試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)設(shè)備與方法

為更好地模擬橋面結(jié)構(gòu)實(shí)際情況下的受力特性，本文采用自主開發(fā)的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)儀器，可以旋轉(zhuǎn)試件模具，改變剪切面與水平方向的夾角。為了全面評(píng)價(jià)橋面防水粘結(jié)層的抗剪切性能，考慮不同夾角、不同基面處理方式、不同溫度及不同涂層厚度的影響。

在標(biāo)準(zhǔn)車轍板模子中成型30 cm×30 cm×2.5 cm尺寸的C50水泥混凝土，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28 d，對(duì)基面進(jìn)行處理后，在上面涂刷防水粘結(jié)層材料，待干燥后，再按照標(biāo)準(zhǔn)車轍板試件成型方法在上面碾壓成型30 cm×30 cm×2.5 cm尺寸的AC-20瀝青混合料。待養(yǎng)護(hù)24 h后，切割成5 cm×5 cm×5 cm的立方體試件，然后放入剪切試驗(yàn)儀中進(jìn)行試驗(yàn)。

剪切強(qiáng)度計(jì)算按照式（1）計(jì)算：

式中：x為剪切強(qiáng)度；F為豎向壓力；i為剪切面與水平夾角；A為粘結(jié)面積。

每組試驗(yàn)選擇4個(gè)試件進(jìn)行，去除4個(gè)數(shù)據(jù)中偏離平均值最大的值，取3個(gè)試件的平均值作為測(cè)量值，精確到0.01 MPa。

1.2涂層厚度

為更好地指導(dǎo)防水粘結(jié)層的現(xiàn)場(chǎng)施工，在室內(nèi)需確定防水粘結(jié)層材料的灑布量。3種材料在0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm及2.0 mm不同涂層厚度下的抗剪強(qiáng)度［1］（相同的界面處理方式、剪切夾角45°、試驗(yàn)溫度25 ℃）試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　不同涂層厚度下抗剪強(qiáng)度結(jié)果 MPa

從表1可看出，3種材料的抗剪強(qiáng)度均隨涂層厚度的增加先增大后減小，且在涂層厚度為1 mm左右時(shí)抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大；在相同涂層厚度條件下，3種材料的抗剪強(qiáng)度大小順序?yàn)椋簡(jiǎn)谓M份環(huán)氧瀝青＞雙組份環(huán)氧瀝青＞SBS改性瀝青。單組份環(huán)氧瀝青主要由連續(xù)相的極性物質(zhì)和不連續(xù)相的高分子材料組成，滲透性好，能修復(fù)水泥混凝土板的裂紋；采用的是W/O結(jié)構(gòu)劑型，與水泥混凝土板具有很好的粘結(jié)性。所以單組分環(huán)氧瀝青保證了層間穩(wěn)定性，表現(xiàn)出優(yōu)良的抗剪性能。

1.3剪切夾角

對(duì)3種防水粘結(jié)材料采用相同的界面處理方式（光滑）、相同的涂層厚度（1 mm）、25 ℃下進(jìn)行不同夾角下的剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2可以看出，相同夾角下，3種粘結(jié)材料的抗剪切強(qiáng)度大小變化規(guī)律為：?jiǎn)谓M份環(huán)氧瀝青＞雙組份環(huán)氧瀝青＞SBS改性瀝青；3種粘結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度均隨夾角的增大而減小，主要是由于隨著夾角的增大，瀝青混合料和混凝土間的粘結(jié)力越容易被破壞。

表2　不同夾角下25 ℃時(shí)的抗剪強(qiáng)度 MPa

1.4界面處理

對(duì)水泥混凝土板采用光滑、拋丸及嵌石3種界面處理方式。（1）光滑：僅除去混凝土表面的浮漿，對(duì)混凝土表面不進(jìn)行任何處理；（2）拋丸：用連接在電機(jī)上的砂輪進(jìn)行打磨，然后除去水泥砂漿，以模擬現(xiàn)場(chǎng)的拋丸處理工藝；（3）嵌石：在混凝土表面涂抹好防水粘結(jié)材料后，撒布碎石，以模擬橋面灑布防水粘結(jié)材料后撒布碎石的工藝。在試驗(yàn)溫度25 ℃，夾角45°，涂層厚度為1 mm條件下進(jìn)行剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　不同處理方式下抗剪強(qiáng)度結(jié)果 MPa

從表3的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可看出，采用拋丸處理方式3種材料的抗剪強(qiáng)度最大，其次是嵌石方式，最后是光滑處理方式；且相同處理方式下，單組分環(huán)氧瀝青的抗剪強(qiáng)度最大，其次是雙組份環(huán)氧瀝青，最后是SBS改性瀝青。

1.5試驗(yàn)溫度

在室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工溫度進(jìn)行0 ℃、25 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃下的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)（在45°夾角下采用相同的界面處理方式和涂層厚度），試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，可根據(jù)室內(nèi)對(duì)防水粘結(jié)層強(qiáng)度隨溫度變化趨勢(shì)的擬合結(jié)果，作為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果溫度折算的依據(jù)［2］。3種粘結(jié)材料抗剪強(qiáng)度隨溫度變化曲線見(jiàn)圖1。

從表4看出，3種防水粘結(jié)層材料的抗剪強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，且與溫度具有很好的二次多項(xiàng)式相關(guān)關(guān)系，單組分環(huán)氧瀝青的抗剪強(qiáng)度與溫度的相關(guān)關(guān)系最好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.997 2，3種防水粘結(jié)材料的相關(guān)性系數(shù)大小順序?yàn)閱谓M份環(huán)氧瀝青＞雙組份環(huán)氧瀝青＞SBS改性瀝青。

表4　不同試驗(yàn)溫度下3種材料的抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

圖1　3種粘結(jié)材料抗剪強(qiáng)度隨溫度變化曲線

相同試驗(yàn)溫度下單組份環(huán)氧瀝青的抗剪強(qiáng)度最大，其次是雙組份環(huán)氧瀝青，最后是SBS改性瀝青。還可以看出單組份環(huán)氧瀝青的抗剪強(qiáng)度隨溫度變化的斜率較小，即單組份環(huán)氧瀝青的抗剪強(qiáng)度隨溫度變化與另外兩種材料相比不敏感。

2　拉拔試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)設(shè)備與方法

拉拔試驗(yàn)采用拉拔式附著力測(cè)試儀。該拉拔儀器能保證試件在規(guī)定溫度下按規(guī)定的拉伸速度進(jìn)行拉伸，并且拉伸時(shí)無(wú)明顯振動(dòng)和偏心。

拉頭采用不銹鋼或黃銅制作，其尺寸可為邊長(zhǎng)40 mm的正方形，拉拔強(qiáng)度直接顯示在屏幕上，直接讀取即可。

對(duì)于同一批試件，平行試驗(yàn)不得少于5個(gè)。單個(gè)試件的試驗(yàn)結(jié)果，其允許誤差不超過(guò)平均值的20%，超過(guò)此誤差范圍的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)舍棄，最后取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

具體試驗(yàn)過(guò)程如下［3］：

（1）將拉頭底部涂布一層環(huán)氧樹脂或AB膠，粘附在需測(cè)試試件的表面。

（2）待環(huán)氧樹脂或AB膠完全固化后，用削刀沿拉頭四周削切直至露出混凝土板，然后將試件放入規(guī)定溫度的環(huán)境箱內(nèi)4 h，養(yǎng)護(hù)完成后進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2涂層厚度

室內(nèi)對(duì)防水粘結(jié)層采用0.5 mm、1 mm、1.5 mm 和2 mm4種涂層厚度（試驗(yàn)溫度25 ℃，采用相同的界面處理方式），進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5　3種防水粘結(jié)材料在不同厚度下拉拔試驗(yàn)結(jié)果（25 ℃） MPa

從試驗(yàn)結(jié)果知，3種防水粘結(jié)層材料的拉拔強(qiáng)度隨涂層厚度的增加先增大后減小，且在涂層厚度為1 mm左右時(shí)拉拔強(qiáng)度達(dá)到最大，均＞1.2 MPa，滿足水性環(huán)氧瀝青對(duì)附著力拉拔強(qiáng)度的要求，故最佳的涂層厚度在1 mm左右，與剪切試驗(yàn)得到的結(jié)論一致；在相同涂層厚度下，3種材料的拉拔強(qiáng)度大小順序?yàn)椋簡(jiǎn)谓M份環(huán)氧瀝青＞雙組份環(huán)氧瀝青＞SBS改性瀝青。單組份環(huán)氧瀝青由于其連續(xù)相和非連續(xù)相的材料組成及W/O結(jié)構(gòu)劑型，使其表現(xiàn)出了很好的粘結(jié)性。

2.3界面處理

對(duì)混凝土采用光滑、拋丸及嵌石3種界面處理方式，在試驗(yàn)溫度25 ℃，涂層厚度為1 mm下進(jìn)行拉拔試驗(yàn)［4］，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6　不同基面處理下的拉拔結(jié)果 MPa

從表6拉拔試驗(yàn)結(jié)果可知，采用拋丸處理方式時(shí)拉拔強(qiáng)度最大，其次是嵌石方式，最后是光滑處理方式，說(shuō)明在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中對(duì)水泥混凝土板采用拋丸處理方式能使防水粘結(jié)層與水泥混凝土板達(dá)到很好的粘結(jié)效果；在相同處理方式下，拉拔強(qiáng)度大小順序?yàn)椋簡(jiǎn)谓M份環(huán)氧瀝青＞雙組份環(huán)氧瀝青＞SBS改性瀝青，與剪切試驗(yàn)得到的結(jié)果規(guī)律一致。

2.4試驗(yàn)溫度

在室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工溫度進(jìn)行0 ℃、20 ℃、35 ℃、50 ℃和60 ℃下的拉拔試驗(yàn)（采用相同的界面處理方式和涂層厚度），試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7，拉拔強(qiáng)度隨溫度的變化規(guī)律見(jiàn)圖2。

表7　不同環(huán)境溫度下3種材料的拉拔結(jié)果

圖2　3種材料拉拔強(qiáng)度隨溫度變化的規(guī)律

從表7和圖2可以看出，3種防水粘結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度隨溫度的升高而降低，且3種材料與溫度具有很好的二次多項(xiàng)式相關(guān)關(guān)系，單組分環(huán)氧瀝青與溫度的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.997，3種防水粘結(jié)材料的相關(guān)性系數(shù)大小順序?yàn)椋簡(jiǎn)谓M份環(huán)氧瀝青＞雙組份環(huán)氧瀝青＞SBS改性瀝青。

在相同環(huán)境溫度下單組分環(huán)氧瀝青的拉拔強(qiáng)度最大，其次是雙組份環(huán)氧瀝青，最后是SBS改性瀝青。還可以看出單組份環(huán)氧瀝青的拉拔強(qiáng)度隨溫度變化的斜率較小，即單組份環(huán)氧瀝青的拉拔強(qiáng)度隨溫度變化不敏感。

3　結(jié)語(yǔ)

（1）采用自主開發(fā)的室內(nèi)剪切設(shè)備對(duì)3種防水粘結(jié)層材料進(jìn)行剪切試驗(yàn)，提出了剪切強(qiáng)度隨涂層厚度、剪切夾角、界面處理方式及環(huán)境溫度的變化規(guī)律，并得出剪切強(qiáng)度與試驗(yàn)溫度具有很好的二次相關(guān)性。

（2）提出了抗剪強(qiáng)度隨涂層厚度、剪切夾角及環(huán)境溫度的變化規(guī)律均是先增大后減小，且相同條件下單組份環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層材料的抗剪強(qiáng)度最大，其次是雙組份環(huán)氧瀝青，最后是SBS改性瀝青；提出了采用拋丸處理方式3種材料的抗剪強(qiáng)度最大，其次是嵌石方式，最后是光滑處理方式，且相同處理方式下，單組份環(huán)氧瀝青的抗剪強(qiáng)度最大。

（3）采用附著力拉拔試驗(yàn)對(duì)3種防水粘結(jié)層材料進(jìn)行室內(nèi)拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)，提出了拉拔強(qiáng)度隨涂層厚度、界面處理方式及試驗(yàn)溫度的變化規(guī)律與室內(nèi)剪切試驗(yàn)結(jié)果規(guī)律一致，并得出拉拔強(qiáng)度與試驗(yàn)溫度也具有很好的二次相關(guān)性；結(jié)合拉拔強(qiáng)度和和抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果得出3種防水粘結(jié)層材料的最佳涂層厚度為1 mm。

［1］紀(jì)倫，李云良，任俊達(dá)，等.橋面鋪面防水粘結(jié)層膠結(jié)材料灑布量的確定方法［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，46（4）：58-62.

［2］石龍海.溫度對(duì)瀝青混凝土橋面鋪裝抗剪強(qiáng)度的影響分析［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2011.

［3］JT/T 535—2004路橋用水性瀝青基防水涂料［S］.

［4］李小重，范要武，黃曉明.水泥混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層的分析與設(shè)計(jì)［J］.中外公路，2006（2）：151-155.

Analysis of Laboratory Shear and Drawing Performance of One-component Epoxy Asphalt Waterproof Cohesive Layer

Zhao Xijuan
（Jiangsu Dong Jiao Engineering Design Consulting Co.，LTD， Nanjing 210002， China）

This paper compared laboratory shear performance and drawing performance of one-component epoxy asphalt， twocomponent epoxy asphalt and SBS modified asphalt.Meanwhile，considering the influence of coating thickness， interface treatment and temperature factors， it concluded that the best coating thickness for three kinds of waterproof cohesive layer materials was 1 mm and the best interface treatment was blasting. And the shear strength and the intensity of drawing with test temperature had the very good quadratic correlation.

waterproof cohesive layer material； one-component epoxy asphalt； shear strength； intensity of drawing

U444，U443.33

A

1672-9889（2016）02-0029-04

江蘇省公路科技計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2012Y02G）

趙錫娟（1982-），女，山東菏澤人，工程師，主要從事道路材料科研方面的工作。

（2015-07-10）