孟麗豐，王靜，戴文斌

（1.北京中交華安科技有限公司，北京100088；2.河南省濮新高速公路建設(shè)有限公司，河南 濮陽457300）

作為橋面板與瀝青鋪裝層中間的防水粘結(jié)層材料，粘結(jié)強(qiáng)度是極其重要的測試指標(biāo)。若防水粘結(jié)層材料性能不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的使用安全性和耐久性都會受到影響[1-3]。現(xiàn)階段對橋面鋪裝防水粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度測試最常用的測試方法有2類：（1）將防水粘結(jié)材料涂在70 mm×70 mm×20 mm的砂漿試塊上，用粘結(jié)劑將拉拔塊粘結(jié)在試塊上，使用拉力試驗機(jī)進(jìn)行測試，結(jié)果精確，是室內(nèi)測量的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法，但無法現(xiàn)場測試；（2）將拉拔塊粘結(jié)在噴灑完成的防水粘結(jié)層上，然后將拉拔塊與電子拉拔儀器固定，簡單方便，是現(xiàn)場常用的試驗方法，但儀器種類繁多，測試結(jié)果差別很大?；诖耍疚膹牟牧戏N類、儀器類型、測試控制方式等方面對混凝土橋面防水粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度的測試影響對比分析，選取測試準(zhǔn)確、迅速的粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場測試儀器。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

高粘乳化瀝青：SBS、SBR膠乳和基質(zhì)乳化瀝青配置而成；水性環(huán)氧乳化瀝青、基質(zhì)乳化瀝青：許昌金歐特瀝青股份有限公司；SBS改性瀝青、熱環(huán)氧瀝青、橡膠成品瀝青：河南萬里交通科技集團(tuán)股份有限公司；丙烯酸樹脂：雙組份，試驗時按1∶1配置，哥倆好化學(xué)有限公司。

1.2 測試儀器

電子拉拔儀、拉力試驗機(jī)、室內(nèi)測量粘結(jié)強(qiáng)度最常用儀器，本試驗以拉力試驗機(jī)為標(biāo)準(zhǔn)試驗儀器，所有試驗測試數(shù)據(jù)均與拉力試驗機(jī)試驗結(jié)果做比較；瀝青混合料試驗機(jī)（UTM-30），利用自行設(shè)計加工的試驗夾具，結(jié)合儀器自身特點，可進(jìn)行不同溫度下的粘結(jié)強(qiáng)度拉拔試驗。3種儀器如圖1所示。

圖1 測試所用的儀器

1.3 試件成型

1.3.1 室內(nèi)試驗

各類瀝青材料粘結(jié)強(qiáng)度試件成型步驟：（1）將防水粘結(jié)層材料均勻涂抹在70 mm×70 mm×20 mm的砂漿試塊上，室溫下養(yǎng)護(hù)24 h；（2）用丙烯酸樹脂將拉拔塊粘結(jié)在試塊上，使粘結(jié)材料與拉拔塊表面完全充滿丙烯酸樹脂，養(yǎng)護(hù)24 h，電子拉拔儀選用直徑50 mm的拉拔塊，拉力試驗機(jī)和瀝青混合料試驗機(jī)選用邊長40 mm的拉拔塊，試塊如圖2所示；（3）沿拉拔塊邊緣用刀切割至混凝土試塊。

圖2 成型試塊

丙烯酸樹脂試件成型步驟：（1）將一定量的丙烯酸樹脂材料混合均勻后涂布于拉拔塊上，然后將其直接粘結(jié)在砂漿試塊上，使拉拔塊與砂漿試塊之間完全充滿丙烯酸樹脂，養(yǎng)護(hù)24 h；（2）然后沿拉拔塊邊緣用刀切割至混凝土試塊。

1.3.2 現(xiàn)場試驗

試件成型步驟：（1）利用70 mm×70 mm×20 mm的砂漿試塊置于橋面板擬定測試的位置，噴灑防水粘結(jié)層材料時將其一同覆蓋，現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)24 h；（2）用丙烯酸樹脂將邊長40 mm的拉拔塊粘結(jié)在砂漿試塊上，在每個砂漿試塊正前方0.5 m位置粘結(jié)直徑100 mm的拉拔塊，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)24 h，然后沿拉拔塊邊緣用刀切割涂膜至混凝土板；（3）將粘結(jié)有拉拔塊的砂漿試塊移入室內(nèi)以最短時間利用拉力試驗機(jī)完成測試，橋面板上粘有拉拔塊利用選取的現(xiàn)場測試儀器測試。

1.4 測試方法

為保證人為干擾降至最低，電子拉拔儀、拉力試驗機(jī)、瀝青混合料試驗機(jī)和較大測量行程的現(xiàn)場拉拔儀等所有儀器操作人員為同一人，粘結(jié)強(qiáng)度計算參照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗方法》。拉拔試驗后仔細(xì)觀察斷裂面產(chǎn)生的位置（即斷裂面的結(jié)構(gòu)層位及其所處的位置），斷裂面可能出現(xiàn)在拉頭處、鋪裝層內(nèi)、防水粘結(jié)層等部位，同時記錄斷裂面占整個試驗面積的比例，綜合判斷測試結(jié)果的可靠性。

根據(jù)GB/T 16777—2008，標(biāo)準(zhǔn)粘結(jié)強(qiáng)度試驗方法采用拉力試驗機(jī)以50 mm/min的位移控制進(jìn)行試驗。如圖3所示，砂漿試塊與拉拔塊表面均殘留有粘結(jié)材料，斷裂面出現(xiàn)在粘結(jié)材料內(nèi)部，同時砂漿試塊與瀝青之間以及拉拔塊與粘結(jié)劑之間等均未出現(xiàn)斷裂面時，可將檢測值作為粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度，每種粘結(jié)材料有效值不少于6個。

圖3 不同粘結(jié)材料拉拔塊測試結(jié)果

2 不同材料和儀器對比

2.1 采用丙烯酸樹脂作為粘結(jié)材料

丙烯酸樹脂是雙組份膠粘劑，使用方便，室溫固化快，可用于水泥混凝土、瀝青混凝土等同種或不同材料之間的粘結(jié)。粘結(jié)強(qiáng)度試驗中，常用作粘結(jié)拉拔塊和基體材料的粘結(jié)材料進(jìn)行拉拔試驗。選擇丙烯酸樹脂作為粘結(jié)材料用于電子拉拔儀、拉力試驗機(jī)和瀝青混合料試驗機(jī)3種不同儀器進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度試驗，結(jié)果表1所示。

表1 丙烯酸樹脂作為粘結(jié)材料時3種儀器測得的粘結(jié)強(qiáng)度

由表1可以看出，5種測試結(jié)果的平均絕對偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差均比較小，數(shù)據(jù)比較集中，穩(wěn)定性能好。使用拉力試驗機(jī)和瀝青混合料試驗機(jī)的4種測試結(jié)果較為一致，相同加載方式下，2臺試驗機(jī)的測試結(jié)果相對偏差分別為0.7%和1.9%，均在2%以內(nèi)；由于2種加載方式原理的差異，0.15MPa/s控制測試結(jié)果稍高于50 mm/min控制測試結(jié)果，相同試驗機(jī)下，2種加載方式相對偏差均＜6%。電子拉拔儀與拉力試驗機(jī)測試結(jié)果差別較大，但仍＜20%。由粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，對丙烯酸樹脂類的彈性模量較大的材料，電子拉拔儀、拉力試驗機(jī)和瀝青混合料試驗機(jī)均具有較高的測量精確度和穩(wěn)定性，電子拉拔儀測量精度稍差，但仍有較高的參考意義。

2.2 采用水性環(huán)氧乳化瀝青作為粘結(jié)材料

水性環(huán)氧乳化瀝青由基質(zhì)乳化瀝青、水性環(huán)氧樹脂和固化劑經(jīng)復(fù)雜的化學(xué)改性制得。環(huán)氧樹脂與固化劑發(fā)生固化反應(yīng)，生成不可逆的固化物，從根本上改變了瀝青的熱塑性，形成介于丙烯酸樹脂和高粘乳化瀝青之間的半柔性材料，采用水性環(huán)氧乳化瀝青作為粘結(jié)材料時粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果如表2所示。

表2 水性環(huán)氧乳化瀝青作為粘結(jié)材料時3種儀器測得的粘結(jié)強(qiáng)度

由表2可以看出，使用電子拉拔儀、拉力試驗機(jī)和瀝青混合料試驗機(jī)得出的粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果平均絕對偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差均在0.15%以下，數(shù)值具有較高的集中性，穩(wěn)定性較好。瀝青混合料試驗機(jī)與拉力試驗機(jī)測量結(jié)果相對偏差較小，分別為8.8%、6.7%，具有較高的精確度；0.15 MPa/s控制測試結(jié)果分別為0.62、0.68 MPa，稍高于50 mm/min控制的測試結(jié)果。電子拉拔儀的測試結(jié)果為0.36 MPa，相對偏差達(dá)到47.0%，精確度較差，但穩(wěn)定性較好，具有一定的參考價值。

2.3 采用高粘乳化瀝青作為粘結(jié)材料

高粘乳化瀝青以水性SBS乳液、水性SBR乳液、水性EVA乳液等多種高分子膠乳按一定比例與基質(zhì)乳化瀝青經(jīng)過復(fù)配、混合等步驟制得。其高粘特性有效提高了瀝青的粘附性，使瀝青抵抗水損壞和載荷破壞的能力大大提高，是常用的水性防水粘結(jié)層材料。選擇高粘乳化瀝青作為粘結(jié)層材料進(jìn)行不同儀器的粘結(jié)強(qiáng)度測試，結(jié)果如表3所示。

表3 高粘乳化瀝青作為粘結(jié)材料時3種儀器測得的粘結(jié)強(qiáng)度

由表3可以看出，使用拉力試驗機(jī)和瀝青混合料試驗機(jī)得出的粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果相對偏差分別為6.5%、2.8%，較為一致；平均絕對偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差均在0.1%以內(nèi)，測得的數(shù)據(jù)離散性較小，穩(wěn)定性較好。而使用電子拉拔儀時，在相同加載方式下得到的測試結(jié)果為0.33 MPa，與拉力試驗機(jī)測試結(jié)果的相對偏差達(dá)到69.2%；并且平均絕對偏差和標(biāo)準(zhǔn)偏差較大，數(shù)據(jù)的精確度和穩(wěn)定性較差。

3 試驗分析

試驗測試所用粘結(jié)材料依次為丙烯酸樹脂、水性環(huán)氧瀝青和高粘乳化瀝青，對于3種材料粘結(jié)強(qiáng)度的測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同測試方式下對比3種材料粘結(jié)強(qiáng)度

由圖4可知，3種材料不同儀器不同方法測試對比發(fā)現(xiàn)：瀝青混合料試驗機(jī)和拉力試驗機(jī)2種儀器在0.15 MPa/s力控制和50 mm/min位移控制2種測試方法下，4種測試結(jié)果基本一致，具有較高的精確性和穩(wěn)定性。對于電子拉拔儀，測試結(jié)果與其他2種儀器在相同測試方法下具有較大的差異，對3種材料的測試結(jié)果可靠性依次是丙烯酸樹脂＞水性環(huán)氧瀝青＞高粘乳化瀝青。

3.1 測試過程分析

粘結(jié)強(qiáng)度測試過程是應(yīng)力隨著位移不斷變化的過程（如圖5所示），經(jīng)歷起始、波動、平穩(wěn)上升和下降階段，平穩(wěn)上升和下降階段之間的峰值就是測試得到的粘結(jié)強(qiáng)度。開始測試前，試驗機(jī)與粘結(jié)強(qiáng)度試件處于松弛狀態(tài)，起始階段位于開始測試至試件開始受力的作用之前，整個過程幾乎不受力的作用，該階段位移大小主要受到測試方法、儀器和材料厚度的影響，與測試材料本身性能無關(guān)。試驗測試開始受到力的作用后，由于粘結(jié)材料噴灑不均勻、拉拔塊歪斜和粘結(jié)材料種類等因素，作用力開始出現(xiàn)一段波動，隨后逐漸平穩(wěn)上升，上升階段至峰值位移的大小與材料種類有關(guān)。下降階段已經(jīng)經(jīng)過測試峰值，測試已經(jīng)結(jié)束，對試驗測試無任何影響。粘結(jié)強(qiáng)度測試過程中，拉拔儀需要經(jīng)過的行程為起始、波動和平穩(wěn)上升3個階段的總位移。測試過程中波動和平穩(wěn)上升階段主要受材料影響。

圖5 粘結(jié)強(qiáng)度測試過程

3.2 電子拉拔儀誤差分析

經(jīng)分析，3種粘結(jié)材料的彈性模量逐漸降低，可塑性依次增強(qiáng)，粘結(jié)材料具有更高的變形能力。測試過程的波動和平穩(wěn)上升階段受材料影響位移變大，如圖6所示，柔性材料達(dá)到最大粘結(jié)強(qiáng)度時需要更大的位移，要求測試儀器需要具有更大的移動行程，丙烯酸樹脂、水性環(huán)氧瀝青、高粘乳化瀝青3種不同材料最大力值時對應(yīng)的平均位移分別為0.38、0.61、2.82 mm，差別較大。電子拉拔儀因其構(gòu)造，測量行程較短，無法達(dá)到高粘乳化瀝青最大力時所需的位移，如圖7所示，對彈性模量較小的高粘乳化瀝青等柔性材料粘結(jié)強(qiáng)度測量精度有限。

圖6 不同材料測試過程比較

圖7 電子拉拔儀測試高粘乳化瀝青狀態(tài)

另一重要原因是：電子拉拔儀支撐筒內(nèi)壁與使用的拉拔塊之間僅有＜1 mm間隙，并且支撐筒內(nèi)壁和拉拔塊極易殘留粘結(jié)材料，殘留的粘結(jié)材料進(jìn)一步降低了拉拔塊的可移動行程，如圖8所示。更重要的是殘留的粘結(jié)材料會對拉拔塊和支撐筒起到二次粘結(jié)作用，會在測試過程中對拉拔塊產(chǎn)生額外作用力，測試過程產(chǎn)生較大誤差。測試粘結(jié)性能使用的丙烯酸樹脂、水性環(huán)氧乳化瀝青和高粘乳化瀝青3種材料，二次粘結(jié)力依次增強(qiáng)，產(chǎn)生的測量誤差也依次增大。根據(jù)試驗分析，電子拉拔儀簡單方便，作為現(xiàn)場檢測常用的儀器，對剛性材料粘結(jié)強(qiáng)度測試具有較高的參考意義；對柔性材料測量誤差較大。由于防水粘結(jié)層材料絕大部分為彈性模量較低的柔性瀝青材料，無法作為防水粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場測試儀器。

圖8 電子拉拔儀結(jié)構(gòu)

瀝青混合料試驗機(jī)的量程為50mm，拉力試驗機(jī)量程超過500 mm，粘結(jié)強(qiáng)度測試過程完全不受量程影響；同時拉拔塊與支撐臂之間有很大空隙，杜絕了粘結(jié)材料二次粘結(jié)作用的干擾。因此，具有較高的測量精度。

4 現(xiàn)場測試儀器選取

根據(jù)上述分析，作為現(xiàn)場測試儀器，為保證粘結(jié)材料測試具有較高的精確度，應(yīng)選擇具有較大測量行程的現(xiàn)場拉拔儀，如圖9所示，同時拉拔塊與支撐之間具有足夠的間隙，杜絕了因拉拔儀測量行程不足和殘留粘結(jié)材料的二次粘結(jié)作用導(dǎo)致的測量誤差。依托實際工程，在施工現(xiàn)場不同防水粘結(jié)層材料噴灑后進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場測試，驗證選取測試儀器的可靠性，并與室內(nèi)拉力試驗機(jī)進(jìn)行不同粘結(jié)材料的試驗結(jié)果進(jìn)行對比，如圖10所示。

圖9 較大測量行程的現(xiàn)場拉拔儀

圖10 2種儀器下5種瀝青材料的粘結(jié)強(qiáng)度對比

由圖10可見，相同試驗條件下，對5種不同的防水粘結(jié)層材料粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果進(jìn)行對比，較大測量行程的現(xiàn)場拉拔儀與拉力試驗機(jī)測量結(jié)果保持相同的變化趨勢。誤差最大的高粘乳化瀝青材料粘結(jié)強(qiáng)度分別為1.02、0.94 MPa，相對誤差為8.5%，小于10%，具有極高的精確度。這是由于現(xiàn)場拉拔儀測量行程可以達(dá)到10cm以上，瀝青材料達(dá)到最大力時的位移只有3mm左右，加上瀝青材料和丙烯酸樹脂粘結(jié)劑厚度的影響，幾乎不超過1 cm，完全不受現(xiàn)場拉拔儀測量行程影響；同時拉拔塊與支撐之間很大的間隙杜絕了殘留瀝青二次粘結(jié)力的干擾。能保證準(zhǔn)確的測量結(jié)果，是較理想的防水粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場測試儀器。

5 結(jié)論

（1）使用瀝青混合料試驗機(jī)測得的粘結(jié)強(qiáng)度與拉力試驗機(jī)一致，且數(shù)據(jù)離散性較小，測試結(jié)果準(zhǔn)確性較高，穩(wěn)定性較好。

（2）電子拉拔儀因測量行程較短、支撐筒內(nèi)壁與拉拔塊之間間隙較小，粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果受材料本身性能影響很大，對彈性模量較大的丙烯酸樹脂材料，試驗數(shù)據(jù)與拉力試驗機(jī)一致，結(jié)果穩(wěn)定性較好；而對柔性瀝青材料無法提供更大的測量行程，并且殘留材料的二次粘結(jié)作用，試驗數(shù)據(jù)差異較大，無法作為防水粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場測試儀器。

（3）對不同的瀝青防水粘結(jié)層材料，選擇測量行程較大的現(xiàn)場拉拔儀，同時拉拔塊與支撐之間具有足夠的間隙，與拉力試驗機(jī)對比測試發(fā)現(xiàn)，能有效提高瀝青防水粘結(jié)層材料的測量精度，是較理想的防水粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場測試儀器。