詹桂超

（佛山市交通運輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528041）

橋面防水粘結(jié)層性能對比研究

詹桂超

（佛山市交通運輸工程質(zhì)量監(jiān)督站，廣東佛山 528041）

分別對SBR改性乳化瀝青、SBS改性瀝青、日本TAF防水粘層油等3種不同粘結(jié)層材料進行基本性能對比研究，通過成型“水泥板+防水粘結(jié)層+瀝青砼”復(fù)合試件進行室內(nèi)剪切試驗、拉拔試驗，模擬行車荷載對城市高架橋鋪裝結(jié)構(gòu)的破壞，探索不同粘結(jié)劑用量、不同溫度及凍融對防水粘結(jié)層的影響，確定各防水粘結(jié)劑最佳用量。

橋梁；橋面；防水粘結(jié)層；抗剪強度；抗拉強度；凍融循環(huán)

在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中，防水粘結(jié)層起承上啟下的作用，決定橋面鋪裝是否具有良好的路用性能。大量工程經(jīng)驗表明，城市高架橋的鋪裝結(jié)構(gòu)破壞很大原因來自于瀝青砼與水泥橋面之間防水粘結(jié)層的損壞。中國對橋面鋪裝粘結(jié)層的研究才起步，對其各方面的研究仍不完善，防水粘結(jié)層的使用主要依靠工程師的使用經(jīng)驗，缺乏科學(xué)理論依據(jù)。該文針對目前常用的日本TAF環(huán)氧粘層油、SBS改性瀝青及SBR改性乳化瀝青3種防水粘結(jié)層材料進行基本性能質(zhì)量檢驗和室內(nèi)模擬試驗分析，研究其路用性能，為防水粘結(jié)層的使用提供科學(xué)依據(jù)。

1　防水粘結(jié)劑基本性能分析

目前，中國對橋面鋪裝粘結(jié)層的評價方法尚無具體規(guī)范，各單位采用的評價方法也不盡相同。下面主要對防水粘結(jié)劑的高溫耐熱性、低溫柔韌性、耐酸堿性、不透水性等基本性能進行分析研究。

1.1高溫耐熱性

為保證防水粘結(jié)層在鋪筑瀝青砼時受到高溫作用不至于流淌而影響其路用性能，防水粘結(jié)層需擁有良好的高溫耐熱性。

將粘結(jié)層涂刷于制好的水泥板上，室溫下平放7d，分別在160℃下加熱30min及在180℃下加熱2h，觀察水泥板表面的粘結(jié)層是否有流淌、粘手、軟化、氣泡等現(xiàn)象，試驗結(jié)果如表1所示。從表1來看，SBR改性乳化瀝青高溫耐熱性能不及其他粘結(jié)劑，其他兩種粘結(jié)劑的高溫性能都非常好。

表1　防水粘結(jié)層材料高溫耐熱性試驗結(jié)果

1.2低溫柔韌性

為提高橋面鋪裝層的低溫抗裂性，防止低溫收縮導(dǎo)致鋪裝上下層脫離，防水粘結(jié)層需具備一定的低溫柔韌性。

在牛皮紙上涂抹防水粘結(jié)層，室溫下放置7d后，剪切成25mm×120mm試件分別放置于-20、-10、-5℃環(huán)境中冰凍2h，并將試件用金屬棒在2 ～3s內(nèi)彎曲至180°，觀察有無裂紋出現(xiàn)，試驗結(jié)果如表2所示。

由表2可知：3種防水粘結(jié)劑的低溫柔韌性均符合要求，其中SBR改性乳化瀝青的最好。

表2　防水粘結(jié)層材料低溫柔韌性試驗結(jié)果

1.3耐酸堿性

由于外界環(huán)境的不確定性，防水粘結(jié)層在使用期間可能會遇到酸堿性物質(zhì)致使其原有性能發(fā)生破壞，因而需對防水粘結(jié)層進行耐酸堿性檢測。

在水泥板上涂抹防水粘結(jié)層并在室溫下放置7 d，然后分別浸泡在配置好的2%氫氧化鈉溶液和2%硫酸溶液中15d，觀察是否有剝落、坑槽、氣泡等現(xiàn)象，試驗結(jié)果如表3所示。

表3　防水粘結(jié)層材料耐酸堿性試驗結(jié)果

由表3可知：各防水粘結(jié)劑的耐酸堿性良好，符合使用要求，其中SBR改性乳化瀝青及5%SBS改性瀝青的耐酸堿性稍好于日本TAF環(huán)氧粘層油。

1.4不透水性

良好的防水性是防水粘結(jié)層的主要性能之一，而且由于在防水粘結(jié)層上鋪筑瀝青混合料可能導(dǎo)致防水粘結(jié)層破壞，要求防水粘結(jié)劑在具有一定抗破損能力的基礎(chǔ)上具有良好的防水性能。

采用“水泥砼+防水粘結(jié)層+瀝青砼”的室內(nèi)模擬試件，使用路面滲水儀檢測在57cm水柱下經(jīng)過30min后另一面是否滲水。試驗結(jié)果表明：3種防水粘結(jié)層均無滲水情況發(fā)生，均表現(xiàn)出優(yōu)良的不透水性。

2　路用性能檢測

對已發(fā)生破壞的橋面鋪裝進行分析，發(fā)現(xiàn)防水粘結(jié)層破壞的主要原因是其粘結(jié)強度不足。因此，采用直剪試驗和拉拔試驗測定防水粘結(jié)層的抗剪強度與抗拉強度，評價其粘結(jié)性能。

城市高架橋多為水泥砼橋體上鋪裝瀝青砼橋面，故在水泥砼板上涂抹防水粘結(jié)層并鋪設(shè)瀝青混合料成型復(fù)合試件進行室內(nèi)試驗，瀝青砼選用AC -13型。

2.1剪切試驗

為模擬汽車行駛時對路面的剪切作用，進行直剪試驗，剪切速率為50mm/min。溫度對防水粘結(jié)層有巨大影響，不同溫度下其抗剪強度差別較大，而且不同材料的溫度敏感性也不盡相同。同時防水粘結(jié)層的厚度對其抗剪強度也有較大影響。因此，對不同粘結(jié)層厚度、不同溫度下的防水粘結(jié)層進行抗剪強度分析，粘結(jié)層厚度選用0.5、1.0、1.5、2.0 mm，考慮到夏季高溫環(huán)境的不利影響，溫度選擇25 和60℃。25和60℃下不同粘結(jié)層厚度防水粘結(jié)層剪切試驗結(jié)果如表4所示。

由表4可知：在同一溫度下，3種防水粘結(jié)層材料的抗剪強度都隨著粘結(jié)層厚度的增加先上升后下降，并且不同粘結(jié)層材料都存在一個最佳粘結(jié)層厚度，SBR改性乳化瀝青、SBS改性瀝青及日本TAF環(huán)氧粘層油的最佳粘結(jié)層厚度分別為1.5、1.5和1.0mm。

表4　不同溫度下不同粘結(jié)層厚度防水粘結(jié)層的抗剪強度

圖1為25、60℃下不同防水粘結(jié)層在各自最佳厚度下的抗剪強度。從中可見：抗剪強度為SBR改性乳化瀝青＜5%SBS改性瀝青＜日本TAF粘層油；隨著溫度的升高，粘結(jié)層的抗剪強度大幅度下降，60℃下的抗剪強度僅為25℃的30%左右。

圖1　不同溫度下各防水粘結(jié)層最佳厚度時的抗剪強度對比

2.2拉拔試驗

橋梁在汽車荷載作用下會產(chǎn)生振動，如果防水粘結(jié)層與上下層的粘結(jié)強度不足，會影響橋面受力，降低鋪裝的整體疲勞壽命。下面采用拉拔試驗確定防水粘結(jié)層與上下結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度，研究鋪裝層之間的粘結(jié)受力情況。

試件按照“水泥板+防水粘結(jié)層+瀝青砼”成型，并用鉆芯機鉆取直徑為100mm芯樣，上下表面用AB膠粘結(jié)拉頭，待AB膠完全固化后以150N/s的拉拔速度進行拉拔試驗，直至芯樣發(fā)生破壞。分別在25、60℃下對防水粘結(jié)層最佳厚度時的試樣進行拉拔試驗，試驗結(jié)果如表5和圖2所示。

表5　不同溫度下各防水粘結(jié)層最佳厚度時的層間抗拉強度

圖2　不同溫度下各防水粘結(jié)層最佳厚度時的層間抗拉強度

由表5和圖2可知：3種防水粘結(jié)層材料在相同溫度下的拉拔強度相差較大，為SBR改性乳化瀝青＜5%SBS改性瀝青＜日本TAF粘層油，且都隨著溫度變化有較大改變，高溫不利環(huán)境下的拉拔強度僅為常溫下的20%左右。因此，在高溫環(huán)境下應(yīng)對車流量及行車荷載進行管制，降低重載交通。

3　凍融對防水粘結(jié)層的影響

在中國大部分地區(qū)，尤其是北方城市，春、秋天降雨量較大而冬天氣溫較低。如果雨水沒有及時從橋面排除，在冬季氣溫較低時，水分會在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部凍結(jié)，待春季氣溫回升后形成凍融，加上雨季的侵蝕，會降低防水粘結(jié)層的抗剪、抗拉強度，進而降低鋪裝結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

通過室內(nèi)模擬試驗分析防水粘結(jié)層經(jīng)過凍融循環(huán)后抗剪、抗拉強度的變化。25℃下水浴6h，然后-18℃下冰凍24h為一個凍融循環(huán)，經(jīng)過4個凍融循環(huán)后，在25℃烘箱中保溫6h后進行剪切試驗和拉拔試驗，分析凍融循環(huán)對防水粘結(jié)層抗剪、拉拔強度的影響。剪切試驗結(jié)果如表6、圖3所示，拉拔試驗結(jié)果如表7、圖4所示。

表6　凍融對層間抗剪強度的影響

圖3　凍融對層間抗剪強度的影響

表7　凍融對層間抗拉強度的影響

圖4　凍融對層間抗拉強度的影響

由表6和圖3可知：凍融循環(huán)對橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層間抗剪強度有明顯影響，凍融前后3種防水粘結(jié)層材料的抗剪強度都有一定程度降低，凍融后SBR改性乳化瀝青粘結(jié)層的抗剪強度與殘留抗剪強度比較低，其次為SBS改性瀝青粘結(jié)層，最后為日本TAF環(huán)氧粘層油。

由表7和圖4可知：凍融循環(huán)對橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層間抗拉強度的影響與對抗剪強度的影響相同，凍融后SBR改性乳化瀝青粘結(jié)層的抗拉強度與殘留抗壓強度比相對較低，其次為SBS改性瀝青粘結(jié)層，最后為日本TAF環(huán)氧粘層油。

4　結(jié)論

（1）SBR改性乳化瀝青、SBS改性瀝青、日本TAF環(huán)氧粘層油3種防水粘結(jié)層材料均符合滲水要求，不透水性能良好。

（2）不同防水粘結(jié)層都存在一個最佳撒鋪厚度，SBR改性乳化瀝青和SBS改性瀝青均為1.5 mm，日本TAF環(huán)氧粘層油為1.0mm。

（3）溫度對防水粘結(jié)層的抗剪、抗拉強度影響很大，隨著溫度的升高而降低，其中SBR改性乳化瀝青防水粘結(jié)層的抗剪、抗拉強度相對較差，其次為SBS改性瀝青粘結(jié)層，日本TAF環(huán)氧粘層油最高。

（4）凍融后防水粘結(jié)層的抗剪、抗拉強度有一定程度降低，SBR改性乳化瀝青防水粘結(jié)層較低，其次為SBS改性瀝青粘結(jié)層，日本TAF環(huán)氧粘層油最高。凍融對3種防水粘結(jié)層的影響差別不大。

（5）根據(jù)試驗結(jié)果，綜合考慮價格因素，SBR改性乳化瀝青作為防水粘結(jié)層性能相對較差，SBS改性瀝青防水粘結(jié)層性價比最高；日本TAF防水粘層油的價格較高，一般城市高架橋不推薦使用，但其各項性能都很好，且凍融對其影響較小，建議在交通量、荷載較大地段及北方凍融較嚴(yán)重地區(qū)使用。

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1671-2668（2016）04-0186-04

2016-03-15