橋面防水粘結層性能對比研究

詹桂超

（佛山市交通運輸工程質量監督站，廣東佛山 528041）

橋面防水粘結層性能對比研究

詹桂超

（佛山市交通運輸工程質量監督站，廣東佛山 528041）

分別對SBR改性乳化瀝青、SBS改性瀝青、日本TAF防水粘層油等3種不同粘結層材料進行基本性能對比研究，通過成型“水泥板+防水粘結層+瀝青砼”復合試件進行室內剪切試驗、拉拔試驗，模擬行車荷載對城市高架橋鋪裝結構的破壞，探索不同粘結劑用量、不同溫度及凍融對防水粘結層的影響，確定各防水粘結劑最佳用量。

橋梁；橋面；防水粘結層；抗剪強度；抗拉強度；凍融循環

在橋面鋪裝結構中，防水粘結層起承上啟下的作用，決定橋面鋪裝是否具有良好的路用性能。大量工程經驗表明，城市高架橋的鋪裝結構破壞很大原因來自于瀝青砼與水泥橋面之間防水粘結層的損壞。中國對橋面鋪裝粘結層的研究才起步，對其各方面的研究仍不完善，防水粘結層的使用主要依靠工程師的使用經驗，缺乏科學理論依據。該文針對目前常用的日本TAF環氧粘層油、SBS改性瀝青及SBR改性乳化瀝青3種防水粘結層材料進行基本性能質量檢驗和室內模擬試驗分析，研究其路用性能，為防水粘結層的使用提供科學依據。

1　防水粘結劑基本性能分析

目前，中國對橋面鋪裝粘結層的評價方法尚無具體規范，各單位采用的評價方法也不盡相同。下面主要對防水粘結劑的高溫耐熱性、低溫柔韌性、耐酸堿性、不透水性等基本性能進行分析研究。

1.1高溫耐熱性

為保證防水粘結層在鋪筑瀝青砼時受到高溫作用不至于流淌而影響其路用性能，防水粘結層需擁有良好的高溫耐熱性。

將粘結層涂刷于制好的水泥板上，室溫下平放7d，分別在160℃下加熱30min及在180℃下加熱2h，觀察水泥板表面的粘結層是否有流淌、粘手、軟化、氣泡等現象，試驗結果如表1所示。從表1來看，SBR改性乳化瀝青高溫耐熱性能不及其他粘結劑，其他兩種粘結劑的高溫性能都非常好。

表1　防水粘結層材料高溫耐熱性試驗結果

1.2低溫柔韌性

為提高橋面鋪裝層的低溫抗裂性，防止低溫收縮導致鋪裝上下層脫離，防水粘結層需具備一定的低溫柔韌性。

在牛皮紙上涂抹防水粘結層，室溫下放置7d后，剪切成25mm×120mm試件分別放置于-20、-10、-5℃環境中冰凍2h，并將試件用金屬棒在2 ～3s內彎曲至180°，觀察有無裂紋出現，試驗結果如表2所示。

由表2可知：3種防水粘結劑的低溫柔韌性均符合要求，其中SBR改性乳化瀝青的最好。

表2　防水粘結層材料低溫柔韌性試驗結果

1.3耐酸堿性

由于外界環境的不確定性，防水粘結層在使用期間可能會遇到酸堿性物質致使其原有性能發生破壞，因而需對防水粘結層進行耐酸堿性檢測。

在水泥板上涂抹防水粘結層并在室溫下放置7 d，然后分別浸泡在配置好的2%氫氧化鈉溶液和2%硫酸溶液中15d，觀察是否有剝落、坑槽、氣泡等現象，試驗結果如表3所示。

表3　防水粘結層材料耐酸堿性試驗結果

由表3可知：各防水粘結劑的耐酸堿性良好，符合使用要求，其中SBR改性乳化瀝青及5%SBS改性瀝青的耐酸堿性稍好于日本TAF環氧粘層油。

1.4不透水性

良好的防水性是防水粘結層的主要性能之一，而且由于在防水粘結層上鋪筑瀝青混合料可能導致防水粘結層破壞，要求防水粘結劑在具有一定抗破損能力的基礎上具有良好的防水性能。

采用“水泥砼+防水粘結層+瀝青砼”的室內模擬試件，使用路面滲水儀檢測在57cm水柱下經過30min后另一面是否滲水。試驗結果表明：3種防水粘結層均無滲水情況發生，均表現出優良的不透水性。

2　路用性能檢測

對已發生破壞的橋面鋪裝進行分析，發現防水粘結層破壞的主要原因是其粘結強度不足。因此，采用直剪試驗和拉拔試驗測定防水粘結層的抗剪強度與抗拉強度，評價其粘結性能。

城市高架橋多為水泥砼橋體上鋪裝瀝青砼橋面，故在水泥砼板上涂抹防水粘結層并鋪設瀝青混合料成型復合試件進行室內試驗，瀝青砼選用AC -13型。

2.1剪切試驗

為模擬汽車行駛時對路面的剪切作用，進行直剪試驗，剪切速率為50mm/min。溫度對防水粘結層有巨大影響，不同溫度下其抗剪強度差別較大，而且不同材料的溫度敏感性也不盡相同。同時防水粘結層的厚度對其抗剪強度也有較大影響。因此，對不同粘結層厚度、不同溫度下的防水粘結層進行抗剪強度分析，粘結層厚度選用0.5、1.0、1.5、2.0 mm，考慮到夏季高溫環境的不利影響，溫度選擇25 和60℃。25和60℃下不同粘結層厚度防水粘結層剪切試驗結果如表4所示。

由表4可知：在同一溫度下，3種防水粘結層材料的抗剪強度都隨著粘結層厚度的增加先上升后下降，并且不同粘結層材料都存在一個最佳粘結層厚度，SBR改性乳化瀝青、SBS改性瀝青及日本TAF環氧粘層油的最佳粘結層厚度分別為1.5、1.5和1.0mm。

表4　不同溫度下不同粘結層厚度防水粘結層的抗剪強度

圖1為25、60℃下不同防水粘結層在各自最佳厚度下的抗剪強度。從中可見：抗剪強度為SBR改性乳化瀝青＜5%SBS改性瀝青＜日本TAF粘層油；隨著溫度的升高，粘結層的抗剪強度大幅度下降，60℃下的抗剪強度僅為25℃的30%左右。

圖1　不同溫度下各防水粘結層最佳厚度時的抗剪強度對比

2.2拉拔試驗

橋梁在汽車荷載作用下會產生振動，如果防水粘結層與上下層的粘結強度不足，會影響橋面受力，降低鋪裝的整體疲勞壽命。下面采用拉拔試驗確定防水粘結層與上下結構的粘結強度，研究鋪裝層之間的粘結受力情況。

試件按照“水泥板+防水粘結層+瀝青砼”成型，并用鉆芯機鉆取直徑為100mm芯樣，上下表面用AB膠粘結拉頭，待AB膠完全固化后以150N/s的拉拔速度進行拉拔試驗，直至芯樣發生破壞。分別在25、60℃下對防水粘結層最佳厚度時的試樣進行拉拔試驗，試驗結果如表5和圖2所示。

表5　不同溫度下各防水粘結層最佳厚度時的層間抗拉強度

圖2　不同溫度下各防水粘結層最佳厚度時的層間抗拉強度

由表5和圖2可知：3種防水粘結層材料在相同溫度下的拉拔強度相差較大，為SBR改性乳化瀝青＜5%SBS改性瀝青＜日本TAF粘層油，且都隨著溫度變化有較大改變，高溫不利環境下的拉拔強度僅為常溫下的20%左右。因此，在高溫環境下應對車流量及行車荷載進行管制，降低重載交通。

3　凍融對防水粘結層的影響

在中國大部分地區，尤其是北方城市，春、秋天降雨量較大而冬天氣溫較低。如果雨水沒有及時從橋面排除，在冬季氣溫較低時，水分會在橋面鋪裝結構內部凍結，待春季氣溫回升后形成凍融，加上雨季的侵蝕，會降低防水粘結層的抗剪、抗拉強度，進而降低鋪裝結構的疲勞壽命。

通過室內模擬試驗分析防水粘結層經過凍融循環后抗剪、抗拉強度的變化。25℃下水浴6h，然后-18℃下冰凍24h為一個凍融循環，經過4個凍融循環后，在25℃烘箱中保溫6h后進行剪切試驗和拉拔試驗，分析凍融循環對防水粘結層抗剪、拉拔強度的影響。剪切試驗結果如表6、圖3所示，拉拔試驗結果如表7、圖4所示。

表6　凍融對層間抗剪強度的影響

圖3　凍融對層間抗剪強度的影響

表7　凍融對層間抗拉強度的影響

圖4　凍融對層間抗拉強度的影響

由表6和圖3可知：凍融循環對橋面鋪裝結構層間抗剪強度有明顯影響，凍融前后3種防水粘結層材料的抗剪強度都有一定程度降低，凍融后SBR改性乳化瀝青粘結層的抗剪強度與殘留抗剪強度比較低，其次為SBS改性瀝青粘結層，最后為日本TAF環氧粘層油。

由表7和圖4可知：凍融循環對橋面鋪裝結構層間抗拉強度的影響與對抗剪強度的影響相同，凍融后SBR改性乳化瀝青粘結層的抗拉強度與殘留抗壓強度比相對較低，其次為SBS改性瀝青粘結層，最后為日本TAF環氧粘層油。

4　結論

（1）SBR改性乳化瀝青、SBS改性瀝青、日本TAF環氧粘層油3種防水粘結層材料均符合滲水要求，不透水性能良好。

（2）不同防水粘結層都存在一個最佳撒鋪厚度，SBR改性乳化瀝青和SBS改性瀝青均為1.5 mm，日本TAF環氧粘層油為1.0mm。

（3）溫度對防水粘結層的抗剪、抗拉強度影響很大，隨著溫度的升高而降低，其中SBR改性乳化瀝青防水粘結層的抗剪、抗拉強度相對較差，其次為SBS改性瀝青粘結層，日本TAF環氧粘層油最高。

（4）凍融后防水粘結層的抗剪、抗拉強度有一定程度降低，SBR改性乳化瀝青防水粘結層較低，其次為SBS改性瀝青粘結層，日本TAF環氧粘層油最高。凍融對3種防水粘結層的影響差別不大。

（5）根據試驗結果，綜合考慮價格因素，SBR改性乳化瀝青作為防水粘結層性能相對較差，SBS改性瀝青防水粘結層性價比最高；日本TAF防水粘層油的價格較高，一般城市高架橋不推薦使用，但其各項性能都很好，且凍融對其影響較小，建議在交通量、荷載較大地段及北方凍融較嚴重地區使用。

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2016-03-15