楊明，吳俊江，梁雪嬌，李豪

（1.河南省交通基本建設(shè)質(zhì)量檢測(cè)站，河南 鄭州 450000；2.河南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 前言

防水材料作用于橋面板與瀝青鋪裝層中間，不僅起到防水的作用，更重要的是將2種結(jié)構(gòu)層連接形成整體[1-2]，防止運(yùn)行的車(chē)輛發(fā)動(dòng)或急停時(shí)，瀝青混凝土鋪裝層和橋面板之間發(fā)生層間相對(duì)滑移，引起鋪裝層發(fā)生推移等病害[3]。因此，施工前必須對(duì)防水材料粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行精確測(cè)試。

水性防水材料因其避免加熱、施工簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。水性材料最常用的粘結(jié)強(qiáng)度檢測(cè)方法是附著力粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，根據(jù)GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》，將防水粘結(jié)材料涂在70mm×70mm的砂漿試塊上，室溫下養(yǎng)護(hù)5 d，40℃環(huán)境養(yǎng)護(hù)2 d，用粘結(jié)劑將拉拔塊粘結(jié)在試塊上，使用拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。該方法養(yǎng)護(hù)時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法在較短時(shí)間內(nèi)測(cè)得粘結(jié)強(qiáng)度。鑒于此，本研究通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)，定性分析材料類(lèi)型、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等因素對(duì)防水材料粘結(jié)性能的影響。在不影響測(cè)試結(jié)果精確度的情況下，對(duì)附著力粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試方法進(jìn)行優(yōu)化。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

SBS改性乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青、水性環(huán)氧乳化瀝青，技術(shù)指標(biāo)分別如表1、表2所示；丙烯酸酯：哥倆好化學(xué)有限公司；α-氰基丙烯酸酯膠：東莞樂(lè)秦膠業(yè)有限公司。

表1 SBS、SBR改性乳化瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)

表2 水性環(huán)氧乳化瀝青的基本技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 附著力粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試方法

（1）按照GB/T 16777—2008中試驗(yàn)方法在橋面板或70mm×70 mm砂漿試塊成型面上，按規(guī)定的涂刷遍數(shù)和噴灑量，涂上混合后攪拌均勻的防水材料，如圖1所示。

圖1 附著力粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試試件

（2）按規(guī)定時(shí)間完成養(yǎng)護(hù)，將養(yǎng)護(hù)后的試件用粘結(jié)劑將拉拔塊和涂料面粘結(jié)在一起，在（23±2）℃養(yǎng)護(hù)規(guī)定時(shí)間。

（3）沿拉拔塊邊緣一圈用刀切割至混凝土試塊，使試驗(yàn)面積A為40 mm×40 mm。

（4）將粘有拉拔塊的試件安裝在試驗(yàn)機(jī)上，保持試件表面垂直方向的中線(xiàn)與試驗(yàn)機(jī)夾具的中心在一條直線(xiàn)上，以50 mm/min的速度拉伸至試件破壞，試驗(yàn)溫度為（23±2）℃。

（5）記錄試件最大拉力F，根據(jù)式（1）計(jì)算粘結(jié)強(qiáng)度P。

1.2.2 固含量測(cè)試方法

（1）稱(chēng)取一定面積的牛皮紙質(zhì)量m1，按照與試件相同噴灑量涂抹膜水性防水材料m0。

（2）平整置于桌面上，在室溫條件下瀝青和牛皮紙質(zhì)量m2不再發(fā)生變化時(shí)養(yǎng)護(hù)完成，稱(chēng)取瀝青和牛皮紙質(zhì)量m2。

（3）根據(jù)式（2）計(jì)算瀝青固含量w：

2 附著力粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試方法優(yōu)化

2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)構(gòu)造深度和瀝青噴灑量對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響試驗(yàn)，SBS改性乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青和水性環(huán)氧乳化瀝青在構(gòu)造深度均為0.8 mm，噴灑量分別為1.0、1.0、0.8 kg/m2時(shí)復(fù)合件拉拔強(qiáng)度達(dá)到最大。因此，上述構(gòu)造深度和瀝青噴灑量設(shè)定為附著力粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試方法優(yōu)化試驗(yàn)的砂漿試塊構(gòu)造深度和防水材料噴灑量。

按照GB/T 16777—2008中附著力粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法，選擇養(yǎng)護(hù)溫度、涂刷遍數(shù)、瀝青養(yǎng)護(hù)時(shí)間、粘結(jié)劑類(lèi)型和養(yǎng)護(hù)時(shí)間作為考察因素，判別附著力粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果變化情況。

2.2 養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

SBS改性乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青和水性環(huán)氧乳化瀝青成型試件的養(yǎng)護(hù)條件分別設(shè)定為：（a）室溫下養(yǎng)護(hù)5 d，40℃環(huán)境養(yǎng)護(hù)2 d；（b）室溫下養(yǎng)護(hù)7 d。試件涂抹防水材料均為1遍完成，試件養(yǎng)護(hù)完成后如圖2所示，粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 防水材料不同養(yǎng)護(hù)條件下的粘結(jié)強(qiáng)度

圖2 2種養(yǎng)護(hù)溫度試件對(duì)比

由圖2可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)40℃養(yǎng)護(hù)的試塊，涂刷的水性材料試塊產(chǎn)生大量氣泡，這是由于砂漿試塊在成型養(yǎng)護(hù)過(guò)程中內(nèi)部水分未能完全揮發(fā)干凈，水性瀝青材料在試塊表面形成致密的薄膜；40℃條件下，內(nèi)部水分揮發(fā)，在瀝青表面形成薄膜氣泡。

由表3可見(jiàn)，2種養(yǎng)護(hù)條件下，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試誤差均在5%左右，瀝青材料在室溫下養(yǎng)護(hù)7 d，內(nèi)部水已基本揮發(fā)干凈，40℃下的高溫養(yǎng)護(hù)已無(wú)較大意義。水性環(huán)氧乳化瀝青在2種養(yǎng)護(hù)條件下的粘結(jié)強(qiáng)度分別為1.32、1.57 MPa，經(jīng)過(guò)40℃養(yǎng)護(hù)測(cè)試結(jié)果降低18.9%，這是由于砂漿試塊水分揮發(fā)產(chǎn)生的氣泡使瀝青層與試塊表面分離，有效粘附面積降低。

2.3 涂刷遍數(shù)對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由圖2得知，2種試件表面除氣泡外，還分布有數(shù)量不等的小孔，產(chǎn)生的原因是：砂漿試塊表面分布有微孔，涂刷的瀝青在表面形成無(wú)支撐的薄膜，水分揮發(fā)，薄膜產(chǎn)生塌陷，如圖3所示。為減少這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，對(duì)3種水性瀝青材料試件成型過(guò)程中分別進(jìn)行2遍和3遍涂刷，每遍相隔時(shí)間為6h，試件成型后進(jìn)行室溫下養(yǎng)護(hù)7 d，試件如圖4所示。并與1遍涂刷完成的試件粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行比較，結(jié)果如表4所示。

圖3 涂膜小孔形成原理

圖4 試件成型不同涂刷遍數(shù)對(duì)比

表4 防水材料不同涂刷遍數(shù)下的粘結(jié)強(qiáng)度

由圖4可見(jiàn)：

（1）水分揮發(fā)導(dǎo)致的水性材料薄膜塌陷現(xiàn)象隨著涂刷次數(shù)增加得到明顯好轉(zhuǎn)，這是由于瀝青材料在試塊小孔周?chē)虒?dǎo)致材料薄膜塌陷產(chǎn)生的小孔小于砂漿試塊本身小孔，再次涂刷材料導(dǎo)致小孔進(jìn)一步減小，直至消失。

（2）3種水性材料在試件成型過(guò)程中分別按1遍、2遍和3遍涂刷材料，粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果基本接近，相對(duì)誤差均在4%～7%，并無(wú)較大差異。說(shuō)明涂刷遍數(shù)對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度并無(wú)決定性影響，即瀝青涂膜的小孔基本不影響粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果。一方面，由于孔較?。涣硪环矫?，多次涂刷雖然使瀝青材料覆蓋小孔，但瀝青材料靠周?chē)鸀r青材料支撐，并未與試塊直接接觸，無(wú)法提供有效接觸面積，如圖5所示，對(duì)瀝青和砂漿試塊有效接觸面積減小或增加并無(wú)較大影響。同時(shí)拉拔塊上的粘結(jié)劑無(wú)法穿過(guò)小孔直接粘結(jié)試塊，可完全忽略粘結(jié)劑粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)瀝青材料粘結(jié)強(qiáng)度的影響。

圖5 涂刷遍數(shù)對(duì)小孔影響

2.4 瀝青養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

SBS改性乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青和水性環(huán)氧乳化瀝青成型試件涂抹防水材料均為1遍完成，分別進(jìn)行室溫下1、3、5、7 d養(yǎng)護(hù)，粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表5所示。同時(shí)進(jìn)行每種水性材料下相同養(yǎng)護(hù)條件下的固含量分析，如表6所示。

表5 瀝青防水材料不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的粘結(jié)強(qiáng)度

表6 瀝青防水材料不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的固含量

由表5可見(jiàn)，隨著瀝青養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高，在養(yǎng)護(hù)3 d后粘結(jié)強(qiáng)度已基本達(dá)到平衡，后續(xù)養(yǎng)護(hù)對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度提高已無(wú)較大促進(jìn)作用；水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)強(qiáng)度逐漸提高，5～7 d達(dá)到平衡狀態(tài)。

原因可能是：SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青作為熱融性材料，其內(nèi)部凝聚力起到粘結(jié)強(qiáng)度作用，作為影響內(nèi)聚力的唯一因素——水分在3d時(shí)已基本揮發(fā)完畢（如表6所示），粘結(jié)強(qiáng)度不再發(fā)生變化；水性環(huán)氧乳化瀝青作為熱固性材料，粘結(jié)強(qiáng)度主要來(lái)源于環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑的固化結(jié)合反應(yīng)，固化作用是一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間的緩慢作用過(guò)程，水分揮發(fā)完畢時(shí)并未完全固化反應(yīng)。

2.5 粘結(jié)劑類(lèi)型和養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

試件成型采取涂刷1遍，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青采取室溫下養(yǎng)護(hù)3 d，水性環(huán)氧瀝青采取養(yǎng)護(hù)7 d的方法。養(yǎng)護(hù)完成后，分別使用丙烯酸樹(shù)脂和α-氰基丙烯酸酯膠2種粘結(jié)劑將拉拔塊粘結(jié)后，進(jìn)行2、4、6 h和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的24h養(yǎng)護(hù)，粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表7所示。

表7 粘結(jié)劑類(lèi)型及養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由表7可見(jiàn)，使用α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑，3種瀝青在不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下的粘結(jié)強(qiáng)度無(wú)較大變化，相差均在10%以?xún)?nèi)，結(jié)果較穩(wěn)定；隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，粘結(jié)強(qiáng)度并沒(méi)有呈現(xiàn)規(guī)律性提高，在2 h時(shí)α-氰基丙烯酸酯膠已經(jīng)穩(wěn)定。使用丙烯酸樹(shù)脂作為粘結(jié)劑，隨著粘結(jié)劑養(yǎng)護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)，粘結(jié)強(qiáng)度迅速提高，與標(biāo)準(zhǔn)24 h養(yǎng)護(hù)下粘結(jié)強(qiáng)度有較大差異，在6 h時(shí)丙烯酸樹(shù)脂成型的試件仍未穩(wěn)定。粘結(jié)成型的試塊在標(biāo)準(zhǔn)24 h養(yǎng)護(hù)條件下，3種瀝青使用α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑測(cè)試結(jié)果均高于丙烯酸樹(shù)脂作為粘結(jié)劑的試塊。原因是α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑是通過(guò)與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)作用，粘結(jié)劑處于瀝青層和拉拔塊之間，幾乎與水隔絕，反應(yīng)作用平穩(wěn)，產(chǎn)生熱量較少，能夠及時(shí)釋放出去，瀝青溫度未發(fā)生明顯變化。丙烯酸樹(shù)脂作為粘結(jié)劑是通過(guò)A、B雙種組分混合后發(fā)生作用，反應(yīng)極其迅速，5 min內(nèi)固化完成，短時(shí)間內(nèi)釋放的大量熱量使瀝青溫度急劇升高，被拉拔塊和粘結(jié)劑包裹的瀝青在較短時(shí)間內(nèi)很難將溫度降下來(lái)，作為感溫性材料，粘結(jié)強(qiáng)度迅速降低。并且由于高溫狀態(tài)下瀝青發(fā)生輕微流動(dòng)的緣故，24 h降至室溫后，粘結(jié)強(qiáng)度仍然略低于使用α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑。

2.6 粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試優(yōu)化方法確定

為提高測(cè)試效率，試件成型可采取涂刷1遍，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青采取室溫下養(yǎng)護(hù)3 d，水性環(huán)氧瀝青采取養(yǎng)護(hù)7 d，拉拔塊粘結(jié)使用α-氰基丙烯酸酯膠，室溫養(yǎng)護(hù)2 h的方法。

3 粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試優(yōu)化方法驗(yàn)證

在室內(nèi)選擇不同改性乳化瀝青：不同噴灑量下進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)，其中一組嚴(yán)格按照GB/T 16777—2008中試驗(yàn)方法，3種瀝青分別按照1.2 kg/m2進(jìn)行3遍涂刷，室溫下養(yǎng)護(hù)120 h，40℃養(yǎng)護(hù)48 h，利用α-氰基丙烯酸酯膠粘結(jié)拉拔塊后養(yǎng)護(hù)24 h；另一組按照優(yōu)化方法，3種瀝青分別按照1.2 kg/m2進(jìn)行1遍涂抹，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青采取室溫下養(yǎng)護(hù)3 d，水性環(huán)氧瀝青采取養(yǎng)護(hù)7 d，利用α-氰基丙烯酸酯膠粘結(jié)拉拔塊后養(yǎng)護(hù)2 h。測(cè)試結(jié)果如表8所示。

表8 2種方法下防水材料的粘結(jié)強(qiáng)度

由表8可見(jiàn)，對(duì)于3種改性乳化瀝青，2種方法測(cè)試結(jié)果平均值基本一致，變異系數(shù)均＜15%，測(cè)試結(jié)果分布較為集中，具有極高的精確度。附著力粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)方法優(yōu)化以后在減少了大量養(yǎng)護(hù)時(shí)間和步驟的同時(shí)，仍具有極高的可信性。

4 結(jié)論

（1）40℃條件下，砂漿試塊水分揮發(fā)產(chǎn)生的氣泡使瀝青層與試塊表面分離，有效粘附面積降低，水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)下降；增加涂刷遍數(shù)會(huì)使小孔逐漸消失，但對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度并無(wú)決定性影響；SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青在養(yǎng)護(hù)3 d后粘結(jié)強(qiáng)度已基本達(dá)到平衡，水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)強(qiáng)度5～7 d方可達(dá)到平衡狀態(tài)。

（2）α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑瀝青溫度未發(fā)生明顯變化；丙烯酸樹(shù)脂作為粘結(jié)劑使瀝青溫度急劇升高，對(duì)瀝青粘結(jié)強(qiáng)度產(chǎn)生極大影響。

（3）為提高測(cè)試效率，試件成型可采取涂刷1遍，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青采取室溫下3 d養(yǎng)護(hù)，水性環(huán)氧瀝青采取7 d養(yǎng)護(hù)，拉拔塊粘結(jié)使用α-氰基丙烯酸酯膠，室溫養(yǎng)護(hù)2 h的方法。