王雪松，王 剛，趙業(yè)海

（1.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津市 300074；2.中鐵一局集團天津建設工程有限公司，天津市 300250）

1 概述

天津機場二期高架橋項目中共有正交異性板鋼箱梁2聯，面積約5 430 m2。鋼箱梁位于彎、斜、變寬且下坡段，橋面鋪裝采用兩層5 cm改性瀝青混凝土，防水層采用雙層Eliminator防水體系。

該工程橋面受力情況相對復雜，對防水體系的性能要求較高。為避免鋼箱梁橋面鋪裝出現脫層、推移、開裂、坑洞等病害，提高橋面鋪裝的使用性能，確保橋梁結構耐久性，優(yōu)化防水體系設計、施工過程中的相關控制參數。結合工程實際，在施工過程中對防水體系開展了優(yōu)化改進及相關試驗的研究。

2 Eliminator防水體系方案優(yōu)化及結果

2.1 試驗目的

有關Eliminator防水體系的文獻大多為一般性介紹，針對性較強的差異化研究資料相對缺乏。為確保防水體系的質量能達到設計的相關要求，結合現場實際，調整優(yōu)化防水體系組成及接觸條件并有針對性地開展相關試驗，確定Eliminator防水體系調整優(yōu)化方案，最終實現確保防水體系工程質量效果的目的。

2.2 試驗結果及分析

2.2.1 防水體系黏結強度試驗

按原設計要求有代表性地在涂裝完環(huán)氧富鋅底漆的鋼箱梁頂面選取10個點位進行拉拔試驗，驗證防水體系黏結層與基底鋼板的黏結強度是否滿足大于5.0 MPa的設計要求。

試驗將配制好的環(huán)氧富鋅底漆涂布于處理好的鋼橋頂面，底漆完全固化后用專用膠將直徑50 mm的拉頭粘于其頂面。待專用膠完全固化后通過拉力試驗機測試其拉拔力，試驗示意圖如圖1所示。試驗加載速度為10 mm/min，黏結強度σ按式（1）計算：

式中：F為軸向拉拔力，N；S為拉頭截面面積,mm2。

圖1 黏結強度試驗示意圖

拉拔試驗測得的黏結強度結果見表1。

由表1可知，涂裝環(huán)氧富鋅底漆與鋼箱梁頂面的黏結強度均較小，合格率僅為60%。因此需要調整涂裝底漆方案，以滿足黏結強度達到設計要求。

表1 環(huán)氧富鋅底漆涂裝黏結強度試驗結果

為確保防水體系底膜黏結層與鋼橋面的黏結強度達到設計要求，結合工程實際有針對性地開展三組對比試驗，分析底漆類型、粗糙度等因素對防水體系底膜黏結強度的影響。試驗分組具體情況見表2。

表2 防水體系黏結層優(yōu)化試驗分組表

三組優(yōu)化試驗測得的黏結強度結果分別見表3～表 5。

表3 分組一試驗的黏結強度結果

表4 分組二試驗的黏結強度結果

表5 分組三試驗的黏結強度結果

由表3～表5可知，分組一、分組二黏結強度的合格率為70%，黏結強度均有小于5.0 MPa的情況出現，無法滿足防水體系黏結強度的設計要求。分組三黏結強度為11～13 MPa，均大于5.0 MPa，滿足設計要求。

試驗結果表明：環(huán)氧富鋅底漆與鋼箱梁表面黏結程度不高，而Zed S94底漆與鋼箱梁表面之間的黏結效果相對理想；鋼箱梁頂面粗糙度為40～60 μm時防水體系底膜的黏結強度不能完全滿足要求；采用噴砂除銹后粗糙度達到50～100 μm時，防水體系底膜與鋼箱梁頂面的黏結效果較好。因此為提高Eliminator防水體系底膜黏結層的黏結強度，需同時改善底漆類型及鋼橋面粗糙度。

2.2.2 時間對防水體系性能的影響

鋼橋面瀝青混凝土鋪裝施工過程中，由于受施工周期、工作面受限等因素的影響，很難做到及時連續(xù)攤鋪。因此分析時間對防水體系底膜黏結層強度的影響具有重要意義。

試驗方案：將三組（每組試件數量為4個）型式為Zed S94專用底漆+粗糙度50～100 μm（噴砂除銹）防水體系的底膜黏結層刷涂在鋼板上，6℃溫度條件下分別養(yǎng)護 0 h、8 h、16 h、24 h 后，在12℃的環(huán)境溫度下將鋼制拉拔頭與黏結層緊密連接并養(yǎng)護1 h后進行拉拔試驗。試驗結果如圖2所示。

圖2 拉拔試驗結果對比圖

由圖2可知，Eliminator防水體系底膜的養(yǎng)護時間小于16 h時，其黏結強度隨時間的增長而增大；養(yǎng)護時間大于16 h后，黏結強度略有降低，但均穩(wěn)定在10 MPa以上。

試驗結果表明：Eliminator防水黏結層強度形成的最佳時間在16 h左右，瀝青混凝土橋面鋪裝應在最佳時間范圍內完成，不會對Eliminator防水體系底膜黏結層的質量造成不利影響，其黏結強度可以得到保證。

2.2.3 防水體系與瀝青混凝土鋪裝層連接優(yōu)化試驗

原設計瀝青混凝土橋面鋪裝層為5 cm SMA10改性瀝青混凝土+改性乳化瀝青+5 cm SMA10改性瀝青混凝土，防水層與瀝青混凝土鋪裝層之間采用Tack Coat No.2膠黏劑粘貼。

由于機場高架橋橋面為斜、彎、不等寬，鋪裝層層間受力情況相對復雜，對瀝青混凝土鋪裝與防水體系頂面之間的抗剪黏結性能要求較高。由于 SMA瀝青混凝土粗粒料在攤鋪以及壓實過程中會產生對黏結層的熱沖擊和物理沖擊，厚度僅為2 mm的雙層Eliminator防水體系有被粗骨料破壞的風險，從而影響防水層體系基本功能的發(fā)揮。

為優(yōu)化防水體系與瀝青混凝土鋪裝的連接，開展三組對比剪切試驗，分析黏結劑、瀝青混凝土鋪裝等因素對其剪切強度的影響。試驗具體分組情況見表6，每組試件數量為3個。

表6 防水體系與鋪裝層連接優(yōu)化試驗分組表

試件采用車轍試樣成型機成型后，用萬能試驗機進行剪切試驗，試驗示意圖如圖3所示。試驗加載速度為10 mm/min，試件剪應力τ按式（2）計算：

圖3 剪切試驗示意圖

式中：P為所受到軸向壓力，N；A為剪切面與水平方向夾角，A=45°；Ss為剪切面面積，mm2。

剪切強度試驗結果如圖4所示。

圖4 剪切試驗結果圖

剪切試驗過程中，分組一防水黏結層的完整情況良好，剪切強度偏低。分組二防水黏結層被碎石刺破，防水層出現破損失效。分組三防水黏結層完整性良好，剪切強度較高。

3 結語

通過以上試驗研究，得出以下幾點結論：

（1）Eliminator防水體系底模黏結層在鋼梁表面粗糙度達到50～100 μm并采用Zed S94專用底漆時，黏結力能達到設計要求。

（2）延遲一定時間施工瀝青混凝土橋面鋪裝對Eliminator防水體系底模黏結層強度的影響不大，實際施工可據此調整進度安排。

（3）采用Eliminator雙層防水膜+Tack Coat No.2膠黏劑+改性瀝青碎石砂膠（4～7 mm）組成的防水體系具有較好的防護完整性，與SMA10瀝青混凝土鋪裝的層間黏結效果較好。

綜上所述，在確保鋼梁表面粗糙度達到50～100 μm并使用專用Zed S94底漆的前提下，采用Eliminator雙層防水膜+Tack Coat No.2膠黏劑+改性瀝青碎石砂膠（4～7 mm）的防水體系優(yōu)化方案是可行的，試驗效果達到預期并滿足設計要求。工程實踐證明其工程效果良好，對類似工程的設計、施工具有借鑒、指導意義。

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