楊宗林

本文以四平市東豐路、紫氣大路上跨鐵路立交橋鋼橋面鋪裝工程為背景，通過比較兩種防水粘結(jié)層材料的粘結(jié)性能、抗剪切性能以及防腐蝕性能，最后選擇了性能優(yōu)良的甲基丙烯樹脂防水體系作為兩座橋的防水粘結(jié)層材料，為類似工程提供一定的參考價(jià)值。

一、概況

四平市東豐路和紫氣大路跨鐵路立交橋鋼橋面鋪裝工程位于我國東北區(qū)域，冬季嚴(yán)寒、夏季較為炎熱，使用條件比較特殊?；谖覈摌蛎驿佈b應(yīng)用情況，設(shè)計(jì)采用澆注式瀝青混凝土鋪裝體系：3.5cm 高彈體改性瀝青SMA10（上層）+粘層（改性乳化瀝青）+3.5cm澆注式瀝青混凝土GA10（下層）+防水粘結(jié)層?；阡摌蛎驿佈b防水粘結(jié)層的重要性，本文擬定兩種防水粘結(jié)層進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

二、鋼橋面鋪裝防水粘結(jié)層比較研究

1.防水粘結(jié)層材料選擇

結(jié)合本項(xiàng)目特性，擬采用兩種不同的防水粘結(jié)層進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。對(duì)鋼板噴砂除銹，清潔度達(dá)到Sa2.5 級(jí)，粗糙度滿足50 ～100μm 的要求后，即可施工防水粘結(jié)層，兩種防水粘結(jié)層的構(gòu)成如下所示。

（1）第一種防水粘結(jié)層（見表1）

表1 第一種防水粘結(jié)層構(gòu)成

第一種防水粘結(jié)層是由幾種不同材料組成的防水體系，包括環(huán)氧富鋅漆防腐層、環(huán)氧樹脂防水層、溶劑型瀝青防水粘結(jié)劑粘結(jié)層及橡膠瀝青砂膠緩沖層，各層材料作用為：

①環(huán)氧富鋅漆能夠和鋼板通過微弱的化學(xué)物理反應(yīng)，性能致密的粘結(jié)，從橫向水平面、或縱向環(huán)氧富鋅漆與鋼板的連接處，都能夠?qū)ⅲ}）水（氣）隔之以外。

②環(huán)氧樹脂作為一種液態(tài)體系材料，在固化反應(yīng)過程中收縮率小，其固化物的粘結(jié)性、耐熱性、耐腐蝕性和憎水性等性能優(yōu)良，是一種鋼橋面板理想的防腐材料。針對(duì)韌性差的缺點(diǎn)，通過大量的試驗(yàn)研究工作，成功地對(duì)環(huán)氧樹脂進(jìn)行增韌改性，使得環(huán)氧樹脂具有良好地適應(yīng)鋼橋面板的變形能力，因而，采用環(huán)氧樹脂作為防水層。為了提高防水層與上層結(jié)構(gòu)之間的剪切強(qiáng)度，在環(huán)氧樹脂上面撒布碎石。

③改性瀝青砂膠作為彈性中間層，顯著降低橋面鋪裝層的彎拉應(yīng)力，降低上層瀝青混凝土溫度對(duì)環(huán)氧防水層和鋼橋面板的影響，可以阻止水份的下滲，有一定的防水作用，能提高防水層與瀝青混凝土鋪裝層的粘結(jié)力。為了增強(qiáng)環(huán)氧樹脂類材料與瀝青類材料之間的粘結(jié)效果，在鋪筑瀝青砂膠之前，施工二階反應(yīng)型防水粘結(jié)材料。

該結(jié)構(gòu)層與空隙率接近0 的GA10 共同組成的防水結(jié)構(gòu)體系，在保證施工質(zhì)量的情況下，防腐、防水、粘結(jié)效果良好。

（2）第二種防水粘結(jié)層（見表2）

表2 第二種防水粘結(jié)層構(gòu)成

第二種防水粘結(jié)層是基于甲基丙烯酸樹脂的防水體系，該體系包括防腐層、防水層及粘結(jié)層，各層材料作用為：

①丙烯酸防腐漆一方面它起到了隔絕水分與空氣的作用，保護(hù)鋼板免受腐蝕；另一方面提供MMA 反應(yīng)性樹脂防水層附著界面，起到良好的過渡作用。

②防水層材料為三組分材料，材料按比例混合發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)后材料既能與鋼橋面形成強(qiáng)有力的附著力，還能為鋼橋面提供有效的防護(hù)，反應(yīng)后材料力學(xué)性能優(yōu)越，防水、耐腐蝕及抗老化性能良好。

③粘結(jié)層丙烯酸酯類材料，既與防水層材料性質(zhì)相似、具有良好的相容性，又與瀝青鋪裝層親和力強(qiáng)，起到良好的承上啟下作用。

表3 粘結(jié)強(qiáng)度（防水粘結(jié)層）試驗(yàn)結(jié)果(23℃)

表4 粘結(jié)強(qiáng)度（組合件）試驗(yàn)結(jié)果(23℃)

2.試驗(yàn)設(shè)計(jì)

對(duì)上述兩種防水粘結(jié)層，通過粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)、鹽霧試驗(yàn)對(duì)其應(yīng)用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)和比較分析；在進(jìn)行應(yīng)用性能試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)兩種防水粘結(jié)層材料的物理性能進(jìn)行檢測，各材料的物理性能應(yīng)滿足《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/ T3364-02-2019）的相關(guān)要求。

（1）粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)

①試驗(yàn)一

試驗(yàn)一的目的是檢測防水層與鋼板的粘結(jié)能力，因此，對(duì)鋼板進(jìn)行噴砂后涂布防腐層及防水層，按照兩種防水層的鋪裝結(jié)構(gòu)及材料用量要求，成型樣板，粘結(jié)拉頭，鉆芯，進(jìn)行23℃的拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。

由表3 可知，兩種防水粘結(jié)層與鋼板的粘結(jié)強(qiáng)度均大于5MPa 時(shí)，滿足使用要求，但第二種防水粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度明顯優(yōu)于第一層防水粘結(jié)層；第二種防水粘結(jié)層的破壞界面有防腐漆與鋼板間，有拉頭與第二層甲基丙烯酸樹脂間，甲基丙烯酸樹脂防水層內(nèi)部破壞較少，說明材料自身強(qiáng)度大都高于測試值。

②試驗(yàn)二

試驗(yàn)二的目的是測試施工瀝青鋪裝下層后組合件的粘結(jié)能力，在對(duì)鋼板進(jìn)行噴砂除銹后，按照兩種防水層的鋪裝結(jié)構(gòu)及材料用量的要求，施涂完整的防水粘結(jié)層，并加鋪瀝青鋪裝下層（澆注式瀝青混凝土），成型樣板，粘結(jié)拉頭，鉆芯，進(jìn)行23℃的拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。

由表4可知，第一種組合件的粘結(jié)強(qiáng)度為1.12MPa，第二種組合件的粘結(jié)強(qiáng)度為2.25MPa，均可滿足要求；第二種防水粘結(jié)層的組合件粘結(jié)強(qiáng)度在23℃時(shí)均值為2.25，遠(yuǎn)高于第一種防水粘結(jié)層；第二種防水粘結(jié)層的破壞界面多為澆注式瀝青混凝土破壞，可見，防水粘結(jié)層自身強(qiáng)度高于測試值。

（2）剪切性能試驗(yàn)

抗剪切性能采用40°斜剪試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，斜剪試驗(yàn)是在正應(yīng)力和剪應(yīng)力同時(shí)變化的情況下對(duì)組合件進(jìn)行剪切試驗(yàn)，較符合車輛通過時(shí)對(duì)路面剪切破壞的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)。在對(duì)鋼板進(jìn)行噴砂除銹后，按照兩種防水層的鋪裝結(jié)構(gòu)及材料用量的要求，施涂完整的防水粘結(jié)層，并加鋪瀝青鋪裝下層（澆注式瀝青混凝土），成型樣板，試驗(yàn)溫度為23℃，采用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5 可知，兩種組合件的抗剪切強(qiáng)度值相當(dāng)，組合件一由于環(huán)氧樹脂防水層上撒了碎石，碎石夾層提高了上下結(jié)構(gòu)層之間的嵌合力，組合二與鋼板和澆注式瀝青混凝土的粘合性好，抵抗剪切破壞能力強(qiáng)。

（3）鹽霧試驗(yàn)

項(xiàng)目所在地四平市冬季有降雪，市政清雪采取撒融雪劑。除了路表水及其他污染物，融雪劑的氯離子將進(jìn)一步考驗(yàn)鋼橋面鋪裝的防腐蝕性能，為了檢驗(yàn)防水粘結(jié)層的防鹽腐能力，本次采用中性鹽霧試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，試驗(yàn)按照《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》（GB/T 1771-2007）進(jìn)行，試驗(yàn)溫度（35±2）℃，試驗(yàn)溶液采用質(zhì)量濃度為（50±5）g/L 的氯化鈉溶液，試驗(yàn)溶液的pH 酸堿度調(diào)整致使試驗(yàn)箱內(nèi)收集的噴霧溶液的pH 值在6.5 ～7.2 之間。

樣板制作：試驗(yàn)所用的鋼板底板按照《色漆和清漆 標(biāo)準(zhǔn)試板》（GB/T 9271-2008）的要求制作，再對(duì)鋼板分別進(jìn)行涂裝，樣板一涂裝為環(huán)氧富鋅漆+雙層環(huán)氧樹脂；樣板二涂裝為丙烯酸防腐漆+雙層甲基丙烯酸樹脂防水層，樣板的背面和邊緣均涂覆與正面相同涂層，并分別對(duì)樣板正面進(jìn)行劃線，用一種具有碳化鎢刀尖的劃線工具與樣板表面接觸，劃出一條均勻的、劃穿底材上所有涂層的不帶毛刺的交叉型亮線，劃線質(zhì)量可借助低倍放大鏡觀察。

開始試驗(yàn)：養(yǎng)護(hù)期結(jié)束后的樣板投入試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行暴露試驗(yàn)，樣板應(yīng)表面朝上放在樣板支架上，樣板之間及樣板與箱體之間均不允許接觸，且被測樣板不應(yīng)層疊放置，避免液滴從上層樣板濺落到下層樣板上而影響試驗(yàn)結(jié)果。樣板在試板架上的排列應(yīng)以有規(guī)律的間隔時(shí)間（24h）改變，例如，前排與中排及后排進(jìn)行交換。

試驗(yàn)結(jié)果觀察：本次鹽霧試驗(yàn)周期采用480h，按照《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》（GB/T 1771-2007）的要求處理取出的樣板，觀察樣板的損壞情況，觀察表面是否有起泡、生銹及從劃線處銹蝕的蔓延程度，發(fā)現(xiàn)樣板一與樣板二均可以有效地抵抗鹽霧腐蝕環(huán)境，表面無氣泡、生銹，劃線處也幾乎無銹蝕蔓延。

表5 剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果(23℃)

圖1 樣板二鹽霧試驗(yàn)前

圖2 樣板二鹽霧試驗(yàn)后

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，從耐久性的角度考慮，東豐路及紫氣大路上跨鐵路立交橋主跨鋼橋面決定采用性能更優(yōu)良的甲基丙烯樹脂防水體系作為防水粘結(jié)層材料。

三、工程應(yīng)用情況

東豐路及紫氣大路鐵路立交橋采用了甲基丙烯樹脂防水體系作為防水粘結(jié)層，其施工工序?yàn)殇摌蛎鎳娚俺P→滾涂丙烯酸防腐底漆→噴涂第一層甲基丙烯樹脂防水層→噴涂第二層甲基丙烯樹脂防水層→滾涂丙烯酸樹脂粘結(jié)層。

1.噴砂除銹

在防水粘結(jié)層施工前，需對(duì)鋼橋面進(jìn)行噴砂除銹，既可從去除表面銹跡，又能提高防水粘結(jié)層與鋼橋面的附著力。東豐路、紫氣大路上跨鐵路立交橋鋼橋面噴砂除銹的要求為清潔度Sa2.5 級(jí)以上，粗糙度為50 ～100μm。

2.丙烯酸防腐底漆施工

鋼橋面噴砂除銹3h 內(nèi)需完成防腐底漆的施工，以確保防腐效果，丙烯酸防腐底漆的施工工藝為人工滾涂，材料用量不低于150g/m2。防腐底漆的干燥時(shí)間視現(xiàn)場環(huán)境而定，溫度10℃的固化時(shí)間約為60min，防腐底漆固化后需要檢測其與鋼橋面的附著力（要求≥5.0MPa），如圖3 所示。

圖3 底漆與鋼橋面的附著力測試

3.防水層施工

待丙烯酸防腐底漆固化后，噴涂甲基丙烯酸樹脂防水層，分兩層施工，兩層甲基丙烯酸樹脂防水層為相同材料，但顏色不同，不同的顏色便于觀察防水層是否有漏噴。

甲基丙烯酸樹脂防水層采用雙組份無氣噴涂機(jī)噴涂施工，每層濕膜厚度不小于1.2mm，干膜總厚度不小于2 mm，總用量2500 ～3500g/m2，待首涂層固化后，直接噴涂下一層，間隔時(shí)間取決于溫度，常溫下的間隔時(shí)間約為30min，兩層施工間隔不宜超過3h。

圖4 單層濕膜厚度檢測情況

4.丙烯酸樹脂粘結(jié)層施工

甲基丙烯酸樹脂防水層噴涂結(jié)束并完全固化后，立即施工丙烯酸粘結(jié)劑，間隔時(shí)間不宜超過1h。丙烯酸粘結(jié)劑與防腐底漆一樣采用滾涂方式施工，材料用量不得低于150g/m2。

丙烯酸樹脂粘結(jié)劑在常溫下的固化時(shí)間約為20min，固化后可立即施工鋪裝下層澆注式瀝青混凝土，也可擱置作為施工車輛的行駛界面，但不得破壞粘結(jié)層。

四、結(jié)語

四平市東豐路及紫氣大路上跨鐵路立交橋已分別于2019 年7 月20 日和9 月26 日竣工通車，對(duì)緩解四平市的交通壓力起到重要作用。

兩座橋采用的甲基丙烯樹脂防水體系，大多與澆注式瀝青混凝土組合使用，目前在我國應(yīng)用廣泛，以優(yōu)良的使用性能為鋼橋面提供長久的保護(hù)。為進(jìn)一步評(píng)價(jià)甲基丙烯樹脂防水體系的實(shí)際應(yīng)用效果，筆者將持續(xù)觀測兩座橋橋面鋪裝的使用情況。