水性環氧瀝青橋面防水粘結材料的路用性能及應用

張 凱 嚴以樓 錢海濤

（1.宏基路橋建筑材料有限公司 阜陽 236000；2.江蘇省交通規劃設計院股份有限公司 南京 210000； 3.江蘇省交通技師學院 鎮江 212006）

防水粘結層是水泥混凝土橋梁橋面鋪裝的重要組成部分，起到承上啟下的作用，是鋪裝體系中的關鍵層位之一。防水粘結材料的選擇與防水粘結層的性能密切相關，選擇優質的防水粘結層材料是提高橋面結構耐久性的關鍵［1］。環氧類材料是一種高性能熱固性復合材料，用于橋面鋪裝防水粘結層，具有較強的粘結性能、防水性能、高溫性能等綜合路用性能，但油性環氧樹脂及環氧瀝青的價格較高，限制了其在水泥混凝土橋梁中的應用［2］。水性環氧瀝青材料除了環氧樹脂類材料特有的力學性能和高溫性能優異外，還具備優良的施工性能、優異的路用性能、卓越的耐久性能等特性，更適用于水泥混凝土橋梁的防水粘結層。

1 水性環氧瀝青防水粘結層材料特性

水性環氧瀝青防水粘結材料是由水性環氧樹脂和乳化瀝青混合而成的一種新型熱固性防水粘結層材料。水性環氧瀝青防水粘結材料常溫下為液態，具有良好的滲透性和常溫施工特性。與熱融性材料相比，其力學性能優，而且耐久性好。水性環氧瀝青材料作為橋面防水粘結層，通過滲透浸入下承層的環氧樹脂和瀝青材料交聯固化后修復下承層的微裂縫，將橋面板、防水粘結層、瀝青鋪裝層有機地形成一個整體，從而形成防水和粘結性能良好的鋪裝體系。

水性環氧瀝青防水粘結材料的組成特性決定了其粘結過程與普通防水材料的粘結過程不同。經初步噴灑后，水性環氧瀝青材料在自然狀態下，材料中的水分揮發、破乳、初步凝結后達到一定的強度；當瀝青上面層混合料鋪筑到水性環氧瀝青防水粘結層時，材料中本身含有的高溫固化劑在高溫作用下，二次固化，達到更高的強度［3］。固化后的水性環氧瀝青防水粘結層材料形成不可逆、不熔化的空間網絡體系。

2 水性環氧瀝青橋面防水粘結層路用性能

橋面防水粘結材料種類眾多，化學組成、技術性能等存在較大的差異，對防水粘結材料性能的評價需要選擇合適的試驗方法及技術標準。國外對防水粘結層研究比較早，如英國交通研究所（TRL）、美國材料試驗協會（ASTM）等機構分別提出了防水粘結材料試驗方法，常用的防水粘結層力學性能室內評價試驗主要包括剪切試驗及拉拔試驗。

室內試驗采用有足夠強度的水泥混凝土試塊進行剪切和拉拔試驗，試塊規格為50mm×50 mm×30mm，涂抹防水粘結層材料前需清除試塊表面的浮漿，再將2試塊粘結成一個整體。由于水性環氧瀝青防水粘結材料為熱固性材料，為保證測試結果的統一性，需將試塊進行高溫固化后再進行剪切和拉拔試驗。為綜合評定水性環氧瀝青的路用性能，室內試驗通過對SBS改性瀝青＋碎石、橡膠瀝青＋碎石、環氧樹脂、環氧瀝青（質量比1∶7），以及水性環氧瀝青等幾種新型高效防水粘結材料的力學性能進行測試，剪切試驗和拉拔試驗采用中間只涂刷粘結材料的水泥混凝土復合件，附著力拉拔試驗采用模擬橋面防水粘結層結構的水泥板試件進行測試。

2.1 水性環氧瀝青粘結材料的抗剪強度測試

抗剪性能是防水粘結層最為重要的技術性能之一。行業標準（JT／T 535－2004）要求將防水粘結材料分別粘結在瀝青混合料和水泥混凝土上，在60℃溫度下，壓力機夾具角度為30°～40°，并保持粘結面正應力為0.15MPa，加載速度為10mm／min，測試其剪切力［4］。室內試驗采用東南大學研制的剪切與拉拔綜合測試儀對幾種橋面防水粘結材料的抗剪強度進行測試，測試結果見表1。

表1 不同橋面防水粘結材料的抗剪強度測試結果 MPa

由表1可見，幾種橋面防水粘結材料的抗剪強度測試結果差異較大，各材料的抗剪強度隨著溫度的升高而降低。環氧樹脂材料不同溫度下的抗剪強度明顯優于其他材料，但由于其價格較高，無法大規模應用；其次是水性環氧瀝青材料，SBS改性瀝青的抗剪強度最低。綜合來看，環氧樹脂防水粘結層高低溫抗剪強度均較為突出，SBS改性瀝青和橡膠瀝青常溫和高溫剪切強度較為接近，水性環氧瀝青常溫抗剪強度較優，高溫抗剪強度也較高，能夠滿足橋面防水粘結層材料的技術要求。

2.2 水性環氧瀝青粘結材料的拉拔強度測試

粘結性能是防水粘結層的主要性能之一，通過粘結性試驗可以評價防水粘結層與混凝土面板的粘結能力。室內試驗采用東南大學研制的剪切與拉拔綜合測試儀對幾種橋面防水粘結材料的拉拔強度進行測試，測試結果見表2。

表2 不同橋面防水粘結材料的拉拔強度測試結果 MPa

由表2可見，幾種橋面防水粘結材料的抗拉拔強度隨著溫度的升高而降低，不同溫度下，環氧樹脂材料的拉拔強度均最大，水性環氧瀝青材料其次，SBS改性瀝青最低，這與抗剪強度的試驗結果是一致的。綜合來看，水性環氧瀝青常溫拉拔強度較優，高溫拉拔強度也較高，明顯優于當前常用的SBS改性瀝青和橡膠瀝青材料。

2.3 水性環氧瀝青粘結材料的附著力拉拔強度測試

以往的室內評價試驗通過采用復合件拉拔強度來評價粘結層粘結強度，此種試驗在界面構造上雖與現場狀況比較類似，但操作過程比較復雜，操作較困難［5］。另外，根據目前工程應用情況可知，現場性能驗評試驗實施難度較大，并且存在對橋面有損檢測造成的破壞。為此，采用如圖1所示的新型附著力拉拔試驗來測試防水粘結層與水泥混凝土面板以及粘結層與鋪裝層之間的粘結性能。該測試方法的儀器簡易，攜帶方便，試驗操作簡便，而且可以實時獲得檢測數據，及時反映橋面防水粘結層的實際狀況。為衡量不同防水粘結材料的耐久性，對老化前和老化后（180℃，老化1h）的附著力拉拔強度進行試驗測試，測試結果見表3。

圖1 附著力拉拔試驗（粘結強度試驗）

表3 不同橋面防水粘結材料的附著力拉拔強度測試結果

由表3可見，幾種橋面防水粘結材料附著力拉拔強度的變化規律與拉拔試驗的結果一致。但由于該試驗模擬幾種材料的實際應用結構進行測試的，SBS改性瀝青和橡膠瀝青常采用碎石封層結構，其他3種環氧類材料采用直接噴灑技術，SBS改性瀝青和橡膠瀝青＋碎石結構的附著力拉拔強度比拉拔試驗測試結果高，其他3種環氧材料的測試結果基本一致。從老化后的強度變化來看，純瀝青類的防水粘結層抗老化性能較差，老化后強度比不及65%，而環氧類的防水粘結層的老化后強度比均在80%以上。因此，水性環氧瀝青的粘結強度較高，而且抗老化性能較好，明顯優于當前常用的SBS改性瀝青和橡膠瀝青材料，能夠滿足橋面防水粘結層材料的技術要求。

3 水性環氧瀝青防水粘結層的應用效果分析

南京浦口新城某大橋作為連接浦口新城與過江隧道的重要通道，對橋梁的建設技術提出較高的要求，尤其橋面上下坡路段對橋面鋪裝體系中的防水粘結層要求較高，防水粘結層必須具有優異的防水粘結性能。因此，本工程橋面防水粘結層采用水性環氧瀝青防水粘結層材料，鋪筑面積達到6 000m2。

為提高防水粘結層與水泥混凝土橋面粘結力，在防水粘結層施工前需要清除水泥板表面低強度的水泥砂漿，按規定采用拋丸工藝或銑刨工藝清除水泥混凝土橋面水泥砂漿，并用空壓機清風吹凈浮灰。在灑布防水粘結層材料之前，先在施工現場采用人工刷涂方法通過試驗確定水性環氧瀝青粘結材料的用量，一般推薦為0.7～0.9kg／m2，本工程中采用0.9kg／m2的灑布量。本工程水性環氧瀝青防水粘結層的造價在22元／m2左右，略高于改性乳化瀝青12～13元／m2，略低于熱噴瀝青＋碎石類防水粘結層24～25元／m2，遠低于油性環氧35～40元／m2的造價。因此，水性環氧瀝青防水粘結層在材料性能和工程造價上都具有明顯的優勢，具有良好的性價比，適合大規模推廣應用。

為保證施工質量控制要求，對水性環氧瀝青防水粘結層施工質量進行現場檢測，采用附著力拉拔試驗方法對水性環氧瀝青材料的粘結性能進行測試。在路面溫度40℃左右時，水性環氧瀝青防水粘結層的附著力拉拔強度達到0.87MPa，大于技術要求的0.8MPa，表明水性環氧瀝青防水粘結層材料的基本力學性能和路用性能均達到防水粘結層技術指標要求。

水性環氧瀝青橋面鋪裝防水粘結層灑布后，防水粘結層成膜效果良好，采用常溫灑布后的防水粘結層表面均勻，無花白現象。在橋梁通車運營1年后，對試驗段的路面性能以及病害情況進行現場觀測，目前鋪裝橋面體系性能良好，沒有出現橋面鋪裝病害，表明水性環氧瀝青橋面鋪裝防水粘結層的粘結性能良好。

4 結語

水性環氧瀝青材料屬于反應型材料，與熱融性材料相比，能大幅度地提高力學性能和耐久性能。水性環氧瀝青防水粘結材料的各項力學性能幾乎介于熱噴瀝青＋碎石、環氧樹脂之間，其具有優良的低溫柔韌性和耐熱性，在常溫和高溫時的剪切和拉拔強度均優于常用的瀝青類材料，而且其耐久性較好。當然，橋面防水粘結材料種類眾多，化學組成、技術性能等存在較大的差異，不同種類的防水粘結層材料均有各自的優缺點，在實際工程應用中應根據工程具體情況選擇應用。

［1］ 吳立新，呂 巍，趙 陽.基于性能試驗的典型橋面防水粘結層應用探討［J］.北方交通，2014（6）：36－39.

［2］ 樊葉華，黃 衛.江陰大橋鋼橋面柔性防水粘結層特性分析［J］.公路交通科技，2007（6）：33－36.

［3］ 李宇霞，王紅軍.NKY水性環氧瀝青防水粘結層材料在水泥混凝土橋面上的應用研究［J］.公路交通科技：應用技術版，2007（6）：343－346.

［4］ 周少林，褚 峰，吳 邊，等.橋面鋪裝防水粘結材料力學性能試驗研究［J］.中外公路，2014，34（3）：272－275.

［5］ 劉 發.新型橋面防水粘結層界面強度評價方法研究［J］.現代交通技術，2013（2）：13－15.