濕度對隧道瀝青路面防水層力學性能影響★

劉義虎 高 博 賀淑龍

1 概述

隧道路面防水粘結層作為瀝青材料面層和水泥混凝土襯砌層之間的過渡層，它不僅通過粘結作用把瀝青鋪裝面層和水泥混凝土襯砌層聯結在一起，使其共同承受行車荷載，協同工作，同時它也作為一個應力、應變過渡層，可以降低分散部分應力集中，可有效防止由于瀝青鋪裝與水泥混凝土襯砌層間粘附力過小而造成瀝青鋪裝層推移、壅包。

另外，這層材料還具有防水效果，能夠防止隧道底部水泥混凝土襯砌的毛細水滲透到隧道鋪裝結構造成的破壞，因此常被稱為防水粘結層，防水粘結層是保證隧道路面鋪裝整體具備良好的使用性能和耐久性能的關鍵，已得到了廣泛的運用和研究。

目前隧道路面常用防水粘結層有:熱融瀝青、溶劑粘結劑、稀漿封層、水性瀝青基材料、乳化瀝青、環氧樹脂、防水卷材等，本文選擇了其中較常用的四種:熱融瀝青、溶劑粘結劑、稀漿封層、水性瀝青基材料，對比其力學性能和不同濕度環境下對防水粘結層力學性能的影響，為實際工程提供參考。

2 常用防水粘結層介紹

1)防水材料一:熱融瀝青(撒碎石)。

熱融瀝青具有良好的隨從變形性能以及愈合能力，在使用過程中，始終能保持與瀝青混凝土的粘結效果和完整性。熱融瀝青灑布后通常在表面撒布預拌碎石，再鋪筑鋪裝下層，具有較好的整體防水效果和抗剪強度。

采用熱融瀝青(撒碎石)，防水層材料的變性能力好，不易開裂，抗滲性能一般，建設成本比較低;缺點是熱融瀝青流動性較弱，施工性能不是很好，其密水性和與混凝土板的結合力較弱。

2)防水材料二:水性瀝青基防水材料。

水性瀝青基防水材料是道橋專用防水材料。該涂料不含溶劑，具有優異的耐熱性、粘結性和抗剪性能，同時具有與石油瀝青制品良好的親和性，防水性能持久可靠。

水性瀝青基防水材料是水性材料，可以在有水分存在的位置形成很好的粘結效果，特別適宜用于隧道路面等含水位置。

3)防水材料三:溶劑型粘結劑。

GS溶劑型粘結劑是一種新型橋面專用防水材料，其是將瀝青與多種高分子樹脂及助劑經特殊工藝溶解于特定的溶劑中而形成的一種單組分溶劑型防水粘結劑，除具有優異的防水性能外，還可有效地處理混凝土板或鋼板與瀝青混凝土之間的層間粘結問題，粘結強度可靠。

防水材料三的粘結性能優良，抗滲透性能優良，施工簡便，但價格稍貴，在隧道不通風的環境下施工，要注意通風，確保溶劑揮發。

4)防水材料四:稀漿封層。

稀漿封層技術是以級配碎石材料為骨料，以滿足技術要求的乳化瀝青或改性乳化瀝青材料為結合料，加入適量的水、填料和必要的外加劑于專用稀漿封層機具內，在行駛過程中按設計比例配制成具有一定技術性能的稀漿混合料，經破乳、凝結、固化三個階段后稀漿混合料形成滿足功能要求的封層。

通常隧道內部濕度大，而稀漿封層可用于濕度較大的環境。另外，稀漿封層還可以填充和治愈基面裂縫，提高隧道路面的密實性和抗水能力，缺點是其粘結效果不是很好。

隧道內是一個相對封閉、空間狹小的管狀環境。隧道內沒有隧道外的日曬雨淋等氣候變化，空氣濕度大，環境比較潮濕。空氣的濕度對于路面材料的性能有一定的影響，隧道內潮濕的環境導致隧道水泥混凝土路面表面的濕度大于一般路面，這種潮濕的基面必然影響隧道路面鋪裝層間粘結效果。因此，本文分析了水泥混凝土表面濕度對防水粘結層使用性能的影響。

3 試驗及結果分析

3.1 試驗方法

選擇熱融高彈瀝青、水性瀝青基防水材料、溶劑型粘結劑、稀漿封層四種粘結層材料，通過15℃下拉拔試驗來研究不同濕度對各種防水層材料的粘結效果的影響。本研究采用MOIST 200微波濕度測試系統進行濕度測量。

試件成型步驟如下:

先對水泥混凝土板噴砂處理，形成干燥、潔凈、粗糙的界面;將水泥混凝土板放在濕度養護箱里養護，通過調整不同的濕度養護條件，養護出具有不同濕度的水泥混凝土試件;測量養護后水泥混凝土塊表面的準確濕度，然后迅速在水泥混凝土塊上成型防水粘結層，并按要求養生;在其上成型AC20瀝青混合料;采用鉆芯機鉆芯，自然環境下風干;將拉頭底部涂布一層環氧樹脂，并粘附在其中一個需測試試件的底面上，待環氧樹脂完全固化后，進行試驗。

四種防水材料在試驗中的用量見表1。

試驗溫度控制在15℃，采用萬能試驗機進行拉拔測試，拉伸速率為10 mm/min。

3.2 試驗結果分析

在干燥試件上成型防水層和瀝青混合料，進行拉拔試驗，試驗結果見表2。

表1 防水粘結層材料用量

表2 粘結強度(組合結構)試驗結果

從組合結構試件的粘結強度的大小來比較為:防水結構三＞防水結構二＞防水結構四＞防水結構一，防水結構三粘結強度最高，具有相當好的粘結效果。

不同濕度下，防水層粘結強度試驗結果見表3。防水粘結層粘結強度受濕度影響變化規律圖見圖1。

表3 不同濕度粘結強度試驗結果

由表3和圖1可以看出，水性瀝青基防水材料和溶劑型粘結劑的粘結強度受基面濕度大小影響不明顯，熱融瀝青材料與稀漿封層的粘結強度隨基面濕度的減小而增大，而且從破壞界面可以看出，水性瀝青基防水材料和溶劑型粘結劑與混凝土板的層間界面粘結效果基本未受基面濕度大小變化的影響，熱融瀝青材料與稀漿封層材料層間界面粘結效果隨濕度的減小而提高。這主要是因為水性瀝青基防水材料和溶劑型粘結劑滲透性較強，其噴涂到水泥混凝土板上后，就迅速滲透到水泥混凝土表層的微孔中并完成固化，形成了與水泥混凝土相互貫穿的致密結構，也就是說其粘結強度形成的過程是貫穿、與混凝土固結，再形成強度，而熱融瀝青與稀漿封層對水泥混凝土的滲透性較弱，所以當混凝土表面有水存在的情況下，其與混凝土的界面粘結效果就會受影響，粘結強度就會降低。

4 結語

熱融瀝青、溶劑粘結劑、稀漿封層、水性瀝青基材料四種防水粘結材料的粘結強度試驗表明，水性瀝青基材料和溶劑型粘結劑與上下界面的粘結效果較好，明顯優于熱融瀝青和稀漿封層。研究混凝土板表面濕度對四種防水粘結材料的粘結性能的影響，發現水性瀝青基防水材料、溶劑型粘結劑的粘結強度受混凝土板表面濕度的影響不大;而熱融瀝青和稀漿封層間粘結強度受水泥混凝土板基面濕度影響較大。

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