Eliminator防水體系在天津機(jī)場二期高架橋鋼橋面鋪裝應(yīng)用中的試驗(yàn)研究

王雪松，王 剛，趙業(yè)海

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

1 概述

天津機(jī)場二期高架橋項(xiàng)目中共有正交異性板鋼箱梁2聯(lián)，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(fù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)耐久性，優(yōu)化防水體系設(shè)計(jì)、施工過程中的相關(guān)控制參數(shù)。結(jié)合工程實(shí)際，在施工過程中對防水體系開展了優(yōu)化改進(jìn)及相關(guān)試驗(yàn)的研究。

2 Eliminator防水體系方案優(yōu)化及結(jié)果

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

有關(guān)Eliminator防水體系的文獻(xiàn)大多為一般性介紹，針對性較強(qiáng)的差異化研究資料相對缺乏。為確保防水體系的質(zhì)量能達(dá)到設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，調(diào)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(guān)試驗(yàn)，確定Eliminator防水體系調(diào)整優(yōu)化方案，最終實(shí)現(xiàn)確保防水體系工程質(zhì)量效果的目的。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 防水體系黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)

按原設(shè)計(jì)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(gè)點(diǎn)位進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，驗(yàn)證防水體系黏結(jié)層與基底鋼板的黏結(jié)強(qiáng)度是否滿足大于5.0 MPa的設(shè)計(jì)要求。

試驗(yàn)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(yàn)機(jī)測試其拉拔力，試驗(yàn)示意圖如圖1所示。試驗(yàn)加載速度為10 mm/min，黏結(jié)強(qiáng)度σ按式（1）計(jì)算：

式中：F為軸向拉拔力，N；S為拉頭截面面積,mm2。

圖1 黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)示意圖

拉拔試驗(yàn)測得的黏結(jié)強(qiáng)度結(jié)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(jié)強(qiáng)度均較小，合格率僅為60%。因此需要調(diào)整涂裝底漆方案，以滿足黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

表1 環(huán)氧富鋅底漆涂裝黏結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

為確保防水體系底膜黏結(jié)層與鋼橋面的黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，結(jié)合工程實(shí)際有針對性地開展三組對比試驗(yàn)，分析底漆類型、粗糙度等因素對防水體系底膜黏結(jié)強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)分組具體情況見表2。

表2 防水體系黏結(jié)層優(yōu)化試驗(yàn)分組表

三組優(yōu)化試驗(yàn)測得的黏結(jié)強(qiáng)度結(jié)果分別見表3～表 5。

表3 分組一試驗(yàn)的黏結(jié)強(qiáng)度結(jié)果

表4 分組二試驗(yàn)的黏結(jié)強(qiáng)度結(jié)果

表5 分組三試驗(yàn)的黏結(jié)強(qiáng)度結(jié)果

由表3～表5可知，分組一、分組二黏結(jié)強(qiáng)度的合格率為70%，黏結(jié)強(qiáng)度均有小于5.0 MPa的情況出現(xiàn)，無法滿足防水體系黏結(jié)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。分組三黏結(jié)強(qiáng)度為11～13 MPa，均大于5.0 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

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

2.2.2 時(shí)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(shí)連續(xù)攤鋪。因此分析時(shí)間對防水體系底膜黏結(jié)層強(qiáng)度的影響具有重要意義。

試驗(yàn)方案：將三組（每組試件數(shù)量為4個(gè)）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(jié)層刷涂在鋼板上，6℃溫度條件下分別養(yǎng)護(hù) 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(jié)層緊密連接并養(yǎng)護(hù)1 h后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 拉拔試驗(yàn)結(jié)果對比圖

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

試驗(yàn)結(jié)果表明：Eliminator防水黏結(jié)層強(qiáng)度形成的最佳時(shí)間在16 h左右，瀝青混凝土橋面鋪裝應(yīng)在最佳時(shí)間范圍內(nèi)完成，不會(huì)對Eliminator防水體系底膜黏結(jié)層的質(zhì)量造成不利影響，其黏結(jié)強(qiáng)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(yàn)

原設(shè)計(jì)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(jī)場高架橋橋面為斜、彎、不等寬，鋪裝層層間受力情況相對復(fù)雜，對瀝青混凝土鋪裝與防水體系頂面之間的抗剪黏結(jié)性能要求較高。由于 SMA瀝青混凝土粗粒料在攤鋪以及壓實(shí)過程中會(huì)產(chǎn)生對黏結(jié)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(fēng)險(xiǎn)，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(yàn)，分析黏結(jié)劑、瀝青混凝土鋪裝等因素對其剪切強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)具體分組情況見表6，每組試件數(shù)量為3個(gè)。

表6 防水體系與鋪裝層連接優(yōu)化試驗(yàn)分組表

試件采用車轍試樣成型機(jī)成型后，用萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)示意圖如圖3所示。試驗(yàn)加載速度為10 mm/min，試件剪應(yīng)力τ按式（2）計(jì)算：

圖3 剪切試驗(yàn)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(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 剪切試驗(yàn)結(jié)果圖

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

3 結(jié)語

通過以上試驗(yàn)研究，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）Eliminator防水體系底模黏結(jié)層在鋼梁表面粗糙度達(dá)到50～100 μm并采用Zed S94專用底漆時(shí)，黏結(jié)力能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（2）延遲一定時(shí)間施工瀝青混凝土橋面鋪裝對Eliminator防水體系底模黏結(jié)層強(qiáng)度的影響不大，實(shí)際施工可據(jù)此調(diào)整進(jìn)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(hù)完整性，與SMA10瀝青混凝土鋪裝的層間黏結(jié)效果較好。

綜上所述，在確保鋼梁表面粗糙度達(dá)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(yàn)效果達(dá)到預(yù)期并滿足設(shè)計(jì)要求。工程實(shí)踐證明其工程效果良好，對類似工程的設(shè)計(jì)、施工具有借鑒、指導(dǎo)意義。

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