徐學(xué)召，張治濤，耿瑞聰

（山東省路橋集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南）

概述

由于橋隧建設(shè)的突飛猛進(jìn)，鋪筑于水泥混凝土基礎(chǔ)上的瀝青鋪裝越來越多，但是隨著交通的飛速發(fā)展，高溫重載交通環(huán)境逐漸增多，部分瀝青鋪裝出現(xiàn)了泛白、車轍、推移和坑槽等病害，影響了鋪裝的正常使用。從病害原因分析的角度來看，以上病害的發(fā)生與防水粘結(jié)層的破壞均有或多或少的關(guān)系。防水粘結(jié)層破壞后，瀝青鋪裝與水泥混凝土間的整體性降低，導(dǎo)致行車荷載無法完全向下傳遞，而且防水粘結(jié)層破壞后也會(huì)導(dǎo)致水進(jìn)入鋪裝內(nèi)部，在高溫天氣耦合作用下，鋪裝容易出現(xiàn)早期病害。因此，本文結(jié)合某大型工程，通過性能綜合比選的方式，開展鋪裝界面粘結(jié)性能研究工作。

1 力學(xué)分析

根據(jù)依托工程的鋪裝結(jié)構(gòu)建立力學(xué)分析模型，主要分析瀝青鋪裝與水泥混凝土層間受力情況，其中瀝青鋪裝層彈性模量取值范圍為1 500 MPa，泊松比為0.35，水泥混凝土彈性模量取值為31 000 MPa，泊松比為0.15，見圖1。

圖1 鋪裝結(jié)構(gòu)組合及有限元模型

力學(xué)分析結(jié)果見表1。

表1 有限元計(jì)算結(jié)果

由上述試驗(yàn)結(jié)果可知，依托項(xiàng)目上下鋪裝層間剪應(yīng)力及鋪裝下層與調(diào)平層間剪應(yīng)力均在縱向取得最大值，其中，上下鋪裝層間最大剪應(yīng)力為0.17 MPa，鋪裝下層與調(diào)平層間最大剪應(yīng)力為0.33 MPa，鋪裝下層與調(diào)平層間最大剪應(yīng)力大于上下鋪裝層間最大剪應(yīng)力。因此，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注鋪裝下層與調(diào)平層間界面粘結(jié)性能，避免由于該界面處粘結(jié)性能不足而出現(xiàn)剪切推移破壞。根據(jù)上述力學(xué)分析結(jié)果，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目鋪裝下層與調(diào)平層間界面抗剪強(qiáng)度應(yīng)不小于0.6 MPa。

2 防水粘結(jié)層性能研究

防水粘結(jié)層是連接鋪裝層與水泥混凝土基面的重要界面層，防水粘結(jié)層的性能將直接影響橋隧鋪裝層的使用耐久性。以往工程經(jīng)驗(yàn)表明，橋隧鋪裝病害的主要原因之一是由于防水粘結(jié)層材料自身性能不足或在施工及服役過程被破壞等原因造成粘結(jié)失效，進(jìn)而導(dǎo)致鋪裝層在行車荷載作用下發(fā)生剪切推移破壞。因此，防水粘結(jié)層材料需具備良好的施工和易性能、粘結(jié)和抗剪切性能、防水防滲性能、抗施工損傷性能、高/低溫性能、變形協(xié)調(diào)性能及耐久性能等[1]。

基于上述性能要求，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)階段國內(nèi)應(yīng)用較為成功的案例，本研究初步選定水性環(huán)氧瀝青（1#）、二階環(huán)氧樹脂（2#）及SBS 改性瀝青（3#）三種材料開展性能綜合比選研究。

2.1 施工和易性

本研究參照GB 1728《漆膜、膩?zhàn)幽じ稍飼r(shí)間測定法》[2]開展防水粘結(jié)層材料施工和易性研究，主要研究三種材料的25 ℃溫度下的表干時(shí)間與實(shí)干時(shí)間，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 防水粘結(jié)層材料干燥時(shí)間

由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，1#和2# 材料的表干時(shí)間和實(shí)干時(shí)間無明顯差距，3#材料為瀝青類材料，無需發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降溫后即可形成強(qiáng)度?？傮w而言，三種防水粘結(jié)層材料均具有較好的施工和易性。

2.2 粘結(jié)強(qiáng)度及剪切強(qiáng)度

本研究參照J(rèn)TG/T 3364-02-2019《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》[3]開展防水粘結(jié)層材料粘結(jié)強(qiáng)度及45°剪切強(qiáng)度性能研究，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 防水粘結(jié)層材料強(qiáng)度性能

從粘結(jié)性能試驗(yàn)結(jié)果來看，2#材料的粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果最高，表明2#材料在25 ℃時(shí)具有更好的粘結(jié)性能。

2.3 耐高溫性能

本研究參照J(rèn)C/T 408-2005《水乳型瀝青防水涂料》[4]，通過測定防水粘結(jié)層材料在110 ℃±2 ℃恒溫烘箱中放置5 h 后的狀態(tài)，研究三種材料的耐高溫性能，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 防水粘結(jié)層材料變形性能

由試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，所選三種防水粘結(jié)材料均具有良好的高溫穩(wěn)定性能，在110 ℃±2 ℃試驗(yàn)溫度下均無流淌、滑動(dòng)及滴落現(xiàn)象，能很好的抵抗瀝青混料攤鋪時(shí)帶來的熱沖擊。

2.4 防水性能

本研究參照GB T 16777-2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》[5]，測定三種材料的不透水性，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 防水粘結(jié)層材料不透水性

由試驗(yàn)結(jié)果可知，三種防水粘結(jié)層材料在原始狀態(tài)下（未攤鋪鋪裝上層）均具有較好的防水性能，可有效阻止面層水分下滲至鋪裝下層。

2.5 低溫性能

鋪裝層與混凝土基層間及上下鋪裝層間界面在荷載條件下，追隨混凝土基層發(fā)生協(xié)同變形。在冬季，溫度的降低使防水粘結(jié)材料的拉伸強(qiáng)度降低，柔韌性變差，收縮變形甚至發(fā)生脆裂。因此，防水粘結(jié)層材料不僅要保證在不同溫度使用條件下的界面強(qiáng)度，還應(yīng)具備在追隨混凝土基層發(fā)生撓曲變形后不發(fā)生斷裂破壞，保持完整性的能力。本研究參照GB/T 328.14-2007《建筑防水卷材試驗(yàn)方法 第14 部分 瀝青防水卷材 低溫柔性》[6]中相關(guān)試驗(yàn)方法，測定三種材料的低溫柔韌性，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 防水粘結(jié)層材料低溫柔性

表7 不同粘結(jié)層材料性能比選

由試驗(yàn)結(jié)果可知，3 種材料在-20 ℃下經(jīng)彎曲后仍然保持完好，未出現(xiàn)任何裂紋及斷裂，表現(xiàn)出較好的低溫柔韌性。

2.6 綜合性能比選

基于上述各項(xiàng)性能檢測結(jié)果，結(jié)合依托工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與服役環(huán)境特點(diǎn)，本項(xiàng)目應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注防水粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度、高溫性能、防水性能，根據(jù)不同指標(biāo)的重要程度分別賦予各指標(biāo)以相應(yīng)的權(quán)重，加權(quán)平均計(jì)算三種材料的綜合性能評(píng)分。

經(jīng)綜合計(jì)算三種材料的結(jié)強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度、低溫性能、防水性能等，1#材料綜合評(píng)分為94，2#材料綜合評(píng)分為98，3#材料評(píng)分為92。因此，推薦材料2#材料（即二階環(huán)氧）作為本項(xiàng)目的防水粘結(jié)層材料。

3 實(shí)體工程應(yīng)用

南京燕子磯長江隧道是南京市內(nèi)重要的過江通道之一，位于長江大橋和長江二橋之間，距離長江大橋7.4 km，距離長江二橋2.7 km，隧道長4 215 m。隧道路面鋪裝上面層為4 cm SBS 改性溫拌阻燃瀝青混凝土SMA-13，下面層為6 cm SBS 改性溫拌中粒式混凝土AC-20C。隧道進(jìn)出口段存在一定的光線明暗交替，車輛在隧道進(jìn)出口段易出現(xiàn)頻繁的制動(dòng)及加速。此外，隧道進(jìn)出口段往往存在較大縱坡。大縱坡及頻繁的速度變化，均對(duì)隧道鋪裝層及粘結(jié)層性能提出了更高的要求。

本項(xiàng)目左線出口段K1+000～K1+060 段采用原設(shè)計(jì)防水粘結(jié)層及本研究推薦的二階環(huán)氧作為防水粘結(jié)層，試驗(yàn)段總長度為60 m，總面積為240 m2，兩種方案各施工30 m，試驗(yàn)段檢測結(jié)果見表8。

表8 試驗(yàn)段拉拔強(qiáng)度檢測結(jié)果

試驗(yàn)段實(shí)施檢測結(jié)果表明，經(jīng)本研究綜合比選確定的二階環(huán)氧粘結(jié)層粘結(jié)強(qiáng)度顯著高于原設(shè)計(jì)粘層，其中防水粘結(jié)層與基面間粘結(jié)強(qiáng)度較原設(shè)計(jì)方案提升約95%，鋪裝下層與水泥混凝土基面間粘結(jié)前度較原設(shè)計(jì)方案提升約198%，二階環(huán)氧具有更加優(yōu)異的界面粘結(jié)性能。

4 結(jié)論

（1） 力學(xué)分析結(jié)果表明，依托項(xiàng)目上下鋪裝層間剪應(yīng)力及鋪裝下層與調(diào)平層間剪應(yīng)力均在縱向取得最大值，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目鋪裝下層與調(diào)平層間界面抗剪強(qiáng)度應(yīng)不小于0.6 MPa。

（2） 綜合選所選防水粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、高溫性能、低溫性能等各項(xiàng)性能，二階環(huán)氧綜合得分最高，推薦材料二階環(huán)氧作為本項(xiàng)目防水粘結(jié)層材料。

（3） 實(shí)體工程應(yīng)用效果表明，本研究優(yōu)選的防水粘結(jié)層材料較原設(shè)計(jì)方案具有顯著提升，可有效改善鋪裝層與混凝土基面間的界面粘結(jié)強(qiáng)度，降低鋪裝層發(fā)生剪切推移病害風(fēng)險(xiǎn)。