混凝土橋面防水粘結層材料性能試驗研究

張耘 吳尚東

【摘要】混凝土橋面防水粘結材料的性能對橋面瀝青鋪裝層的使用壽命有重要影響。本文通過室內拉拔和剪切試驗對比了HLJ-2910環氧瀝青、橡膠瀝青、SBS改性瀝青以及SBS改性乳化瀝青4種防水粘結材料的粘結性能、抗水損壞性能以及抗老化性能，結果顯示：（1）HLJ-2910環氧瀝青粘結性能最優，其次是橡膠瀝青與SBS改性瀝青；SBS改性乳化瀝青在溫度較高時基本喪失粘結性能，認為不宜作為橋面防水粘結材料；（2）HLJ-2910環氧瀝青、橡膠瀝青以及SBS改性乳化瀝青抗水損壞性能較好，SBS改性瀝青較弱；（3）橡膠瀝青抗老化性能最優，SBS改性瀝青與SBS改性乳化瀝青次之。

【關鍵詞】混凝土橋面，防水粘結材料，粘結性能，水損性能，老化性能

【Abstract】Performance concrete bridge deck waterproofing adhesive material has an important influence on the service life of bridge asphalt pavement. By drawing and interior shear tests compared HLJ-2910 epoxy asphalt， rubber asphalt， SBS modified asphalt and SBS modified asphalt emulsion adhesive properties of four kinds of waterproof adhesive material， anti-water damage performance and anti-aging properties the results showed that： （1） HLJ-2910 epoxy asphalt bond optimal performance， followed by rubber asphalt and SBS modified bitumen； SBS modified asphalt emulsion at higher temperatures basic loss of bonding properties， considered not as a deck waterproof adhesive material； （2） HLJ-2910 epoxy asphalt， rubber asphalt and SBS modified asphalt emulsion resistant to water damage better performance， SBS modified asphalt is weak； （3） the best anti-aging properties of rubber asphalt， SBS modified asphalt and SBS modified asphalt emulsion followed.

【Key words】Concrete deck waterproof adhesive material；Adhesive properties；Water loss properties；Aging properties

1. 前言

（1）防水粘結層是橋面鋪裝的重要組成部分，調查表明，橋面瀝青鋪裝層間出現的早期剪切破壞、開裂、水損害等病害大多是由于防水粘結層的破壞所引發，可見，防水粘結層質量的好壞對橋面瀝青鋪裝層使用的耐久性有重要影響[1]。目前國內在混凝土橋面鋪裝時常用的防水粘結材料有SBS改性瀝青、改性乳化瀝青、橡膠瀝青以及環氧瀝青等材料，除此之外，也出現了一些專用的防水粘結材料[2，3]。上述材料在一定程度上改善了瀝青鋪裝層與混凝土橋面之間的粘結性能，對橋面鋪裝層使用質量的提升有重要意義。

2. 試驗原材料

研究選用橡膠瀝青、HLJ-2910環氧瀝青、SBS改性瀝青以及SBS改性乳化瀝青4種橋面防水粘結材料。其中橡膠瀝青由埃索70#基質瀝青與膠粉在試驗室現場制備，各材料基本性能檢測結果見表1～5，檢測結果均符合相關技術要求。

3.1粘結性能分析。

（1）調查發現，橋面鋪裝的變形類病害大都與防水粘結層粘結性能不足有關，因此，需在室內進行模擬試驗，提出防水粘結材料粘結性能的技術要求。本次研究采用室內拉拔試驗和剪切試驗評價防水粘結材料的粘結性能，拉拔試驗與剪切試驗過程如圖1所示。試驗時分別采用HLJ-2910型環氧瀝青、改性乳化瀝青、SBS改性瀝青以及橡膠瀝青防水粘結層材料把瀝青混凝土與水泥混凝土試件粘結成為復合試件，防水粘結材料的灑布量均為1.0Kg/m2。根據全年防水粘結層可能可能所處的正常溫度與極端溫度環境，試驗選擇20℃、40℃與60℃三個溫度，不同溫度下的試驗結果如表6與表7所示。

拉拔試驗結果可以看到：在較低溫度下（20℃與40℃），4種粘結材料的粘結強度大小排序為HLJ-2910環氧瀝青>橡膠瀝青>SBS改性瀝青>改性乳化瀝青；其中HLJ-2910環氧瀝青、橡膠瀝青以及SBS改性瀝青的粘結強度較高，改性乳化瀝青較低。分析認為這可能是由于噴灑的改性乳化瀝青有效瀝青含量較低造成，可見良好的抗剪性能必須保證有效粘結材料的噴灑量。在60℃較高溫度時，4種防水粘結材料的粘結強度均很低，其中改性乳化瀝青粘結強度甚至可以忽略不計，可見，4種材料均沒有高溫優勢，這可能是熱塑性材料本身的特點造成的。

粘結強度和剪切強度均為評價防水粘結材料粘結性能的指標，所以綜合本次拉拔試驗和剪切試驗結果，認為HLJ-2910環氧瀝青材料的粘結性能最優，其次是橡膠瀝青與SBS改性瀝青。由于改性乳化瀝青在溫度較高時喪失了粘結性能，所以不宜作為橋面防水粘結材料。

3.2抗水損害性能試驗分析。

（1）在橋面防水層的長期使用過程中，雨水難免會通過鋪裝層的空隙或裂縫下滲，滯留在防水層與鋪裝層之間。層間水的浸泡、沖刷、以及冬季的反復凍融作用會導致防水粘結層與鋪裝層及橋面板間的粘結強度下降，進而發生粘結層剝落、鋪裝層松散開裂等病害[1，4]。因此，橋面防水粘結層須具有一定的抗水損害性能。

（2）橋面防水粘結材料的抗水損害性能可通過凍融前后的拉拔試驗和剪切試驗進行評價。試驗時將成型好的試件放入恒溫冰箱中，在-18℃冰凍24h，然后取出在20℃恒溫水浴中解凍16h，進行20℃的剪切和拉拔試驗。4種防水粘結材料凍融循環后的剪切強度試驗結果如表8所示，拉拔強度試驗結果如表9所示，試驗后試件的破壞情況如圖2所示。

剪切試驗結果看到：SBS改性乳化瀝青和HLJ-2910環氧瀝青在經過凍融作用后的的抗剪強度稍大于SBS改性瀝青與HLJ-2910環氧瀝青。試驗過程中發現，4種材料剪切后的破壞面有所不同，SBS改性瀝青剪切后部分瀝青從水泥試塊上剝離，表明破壞面在瀝青與水泥塊之間，但剩余的部分仍有較高的粘結強度，可以連試塊一起被提起來。這說明如果能保證施工中橋面與改性瀝青之間的充分粘結（采取提高橋面清潔度、干燥度等措施），SBS改性瀝青仍然是一種較好的防水材料。

（4）橡膠瀝青試件凍融后具有較高的抗剪強度，從試驗過程中試件的破壞面來看，橡膠瀝青剪切破壞后仍與水泥試塊粘結牢固，破壞面發生在瀝青試塊上或瀝青試塊與橡膠瀝青之間。SBS改性乳化瀝青與HLJ-2910環氧瀝青凍融后抗剪強度最大，從其破壞面來看，此2種材料與橋面的粘結較好，部分試件并非由于層間剪切破壞，而是連水泥試塊表層一起脫落。

（5）從表9拉拔試驗結果看到，凍融后HLJ-2910環氧瀝青、橡膠瀝青以及改性乳化瀝青的粘結強度比較接近，SBS改性瀝青的粘結強度最弱，與剪切試驗規律類似。所以，綜合考慮，4種防水粘結材料中，HLJ-2910環氧瀝青、橡膠瀝青以及改性乳化瀝青抗水損壞性能較好，SBS改性瀝青抗水損壞性能較弱一些。

3.3抗老化性能試驗。

（1）在橋面防水粘結層漫長的使用年限內（一般在10年以上），受到空氣、溫度的影響難免會產生老化作用，為防止其在使用過程中因老化而喪失防水粘結作用，必須保證其抗老化性能。抗老化性能通過人工加速老化試驗進行評價，我國交通行業標準JT/T 536-537-2004中提出用氙弧燈照射30d的方法進行老化試驗，該方法試驗周期長，工程中不易操作。為此，本次采用薄膜加熱試驗來模擬材料的老化過程，通過老化后材料的粘結強度的變化情況來評價其抗老化性能。

（2）由于HLJ-2910環氧瀝青為雙組份，雙組份分別老化不能代表混合料后環氧瀝青的老化特征，所以本次僅進行了橡膠瀝青、SBS改性瀝青以及SBS改性乳化瀝青3種材料的老化試驗。老化溫度為160℃，時間為5h，老化后測定20℃拉拔強度，并與老化前的拉拔強度進行對比，試驗結果如表10所示。

（3）從表10試驗結果看到：經短期老化后，3種防水粘結材料中橡膠瀝青的粘結強度最大，SBS改性乳化瀝青與SBS改性瀝青相當。另外，相比老化前，3種材料老化后的粘結強度均有不同程度的降低；按照老化后殘留粘結強度評價，SBS改性瀝青粘結強度降低幅度最大，超過20%，橡膠瀝青降低幅度最小，僅12%左右，SBS改性乳化瀝青介于在兩者中間。可見，無論從老化前后的粘結強度大小還是從老化過程中粘結強度的減小情況來看，橡膠瀝青的抗老化性能最優，SBS改性瀝青與SBS改性乳化瀝青次之，這可能是由于橡膠粉改性劑與SBS改性劑的特點及所發生的物理化學反應不同所致。

4. 結論

本文采用室內試驗對比評價了幾種混凝土橋面防水粘結材料的性能，主要得到以下結論。

（1）幾種防水粘結材料中，HLJ-2910環氧瀝青的粘結性能最優，其次是橡膠瀝青與SBS改性瀝青；SBS改性乳化瀝青在溫度較高時基本喪失粘結性能，認為不宜作為橋面防水粘結材料。

（2）HLJ-2910環氧瀝青、橡膠瀝青以及SBS改性乳化瀝青抗水損壞性能較好，SBS改性瀝青抗水損壞性能較弱；無論從老化前后的粘結強度大小還是從老化過程中粘結強度的減小情況來看，橡膠瀝青的抗老化性能最優，SBS改性瀝青與SBS改性乳化瀝青次之。

參考文獻

[1]賈渝，張全庚.瀝青路面水損害的研究[J].石油瀝青，1999，13（l）：22～27.

[2]劉建鋒，熱噴SBS改性瀝青橋面防水粘結層在公路工程中應用[J].交通建設，2013，15（2）：89～92.

[3]王娟.水泥混凝土橋面瀝青混凝土鋪裝防水粘結層的性能研究[D].東南大學碩士學位論文，2004.

[4]張娟.水泥混凝土橋面防水粘結層性能研究[D].長安大學碩士學位論文，2008.

[5]王康.柔韌性環氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝技術研究[D].長安大學碩士學位論文，2012.