水泥混凝土橋面鋪裝防水粘結層研究

張 青 吳維平

(江西贛粵高速公路股份有限公司，江西 南昌 330025)

1 概述

橋面鋪裝作為世界性難題一直未被徹底解決，特別是混凝土橋面鋪裝層常見的早期損壞現象，如車轍、推移、開裂、坑槽、脫離等，這些損壞已成為影響高速公路使用功能發揮以及誘發交通事故的一大病害[1]。根據結構分析可知粘結層對橋面鋪裝結構的應力、應變影響很明顯，對橋面鋪裝的使用耐久性，起到至關重要的作用[2]。

本文為了進一步推廣防水粘結層的應用，針對目前常用的SBS改性瀝青+碎石、改性乳化瀝青、水性環氧瀝青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。

2 實驗

2.1 原材料

本文選用SBS改性瀝青、改性乳化瀝青、水性環氧瀝青性能指標見表1～表3。

表1 SBS改性瀝青性能指標

表2 改性乳化瀝青性能指標

2.2 實驗方法

本文擬從界面拉拔試驗、劈裂試驗以及防滲透性能試驗三個方面來評價粘結層材料的綜合性能。

表3 水性環氧瀝青性能指標

2.2.1 拉拔試驗

1)利用總厚度為10 cm的車轍試模，在室內成型水泥混凝土板，水泥混凝土板厚度5 cm，待水泥板形成強度后，在表面撒布SBS改性瀝青+碎石、改性乳化瀝青以及水性環氧瀝青三種防水粘結層材料；

2)在粘結層上鋪筑5 cm厚的AC-13C混合料；

3)將成型好的復合車轍板進行室內鉆芯不取出，芯樣直徑為100 mm，每個車轍板取芯數量為5個～6個；

4)將拉拔頭用環氧樹脂粘結在芯樣表面上，待樹脂固化后，按照一定速率施加豎向拉力F直至粘層破壞，拉拔儀將自動記錄過程中的拉拔力峰值。

2.2.2 劈裂試驗

為進一步驗證三種材料的劈裂強度及凍融之后的劈裂強度，對鋪裝結構進行了劈裂試驗，具體試驗過程如下：

1)利用總厚度為10 cm的車轍試模，在室內成型水泥混凝土板，水泥混凝土板厚度5 cm，待水泥板形成強度后，在表面撒布SBS改性瀝青+碎石、改性乳化瀝青以及水性環氧瀝青三種防水粘結層材料；

2)在粘結層上鋪筑5 cm厚的AC-13C混合料；

3)將成型好的復合車轍板進行室內取芯，芯樣直徑100 mm，每塊板取芯數量為5個～6個，分為條件(進行凍融循環)與非條件兩組；

4)將條件組芯樣試件進行凍融條件下的模擬，真空飽水后放入恒溫冰箱-18 ℃保持16 h，再將試件置于60 ℃±0.5 ℃水浴中保溫24 h；

5)將所有芯樣試件在25 ℃±0.5 ℃水浴中保溫2 h后進行劈裂試驗。

2.2.3 滲水試驗

橋面防水粘結層在滿足以上性能的同時，必須還要滿足防水性能的要求，所以須進行防水滲透試驗。試驗先按照粘結層的施工過程，在預制的水泥混凝土板上涂抹粘結層材料，待破乳、水分蒸發充分后在粘結層上進行0.5 m靜水壓試驗，在96 h內觀察記錄水位情況，以此來檢驗粘結層材料的防水滲透性能。

綜上，本文采用的防水粘結層性能評價指標體系見表4，分別從粘結效果、水穩定性、防滲透性能三個方面對不同粘結層材料的性能進行評估。

表4 本項目建立的防水粘結層材料性能評價指標體系

3 實驗結果

3.1 粘結強度

通過測試三種粘結材料的層間拉拔強度，對比優選出拉拔性能較好的粘層材料。

三種粘層材料的拉拔強度試驗結果如圖1所示，從圖1中可知，水性環氧瀝青拉拔強度最高，改性乳化瀝青次之，SBS+碎石強度最低。水性環氧瀝青的拉拔強度較SBS+碎石提高25.9%，因此，在拉拔強度來看，水性環氧瀝青作為橋面防水粘結層材料使用具有更好的粘結效果。

3.2 水穩定性

為進一步驗證三種材料的劈裂強度及凍融之后的劈裂強度，對鋪裝結構進行了劈裂試驗。

表5 凍融劈裂試驗結果

劈裂試驗結果如表5和圖2所示，從劈裂試驗結果可知，采用水性環氧瀝青作為防水粘結層的劈裂強度最高，其TSR值也最高，而其他兩種材料的劈裂強度稍低于水性環氧瀝青，但TSR遠遠低于水性環氧瀝青。說明水性環氧瀝青具有很好的防水以及抗凍融效果，因此采用此種材料作為橋面防水粘結層，將有利于提高橋面鋪裝結構的抗水損害能力以及使用壽命。

3.3 防滲透性能

從滲透試驗結果來看，改性乳化瀝青和水性環氧瀝青在經過96 h之后，沒有發生滲水現象，滲水系數為0 mL/min，說明這兩種材料的防滲效果好；而SBS改性瀝青+碎石在不到30 min內，水分完全滲透，滲水系數接近20 mL/min，這主要是因為SBS改性瀝青+碎石表面不夠致密，從而導致水分容易從空隙中滲透，在實際使用過程中可能導致水泥混凝土面板的侵蝕，影響整體結構的耐久性。因此，從滲水試驗可知，水性環氧瀝青材料與改性乳化瀝青具有更好的防滲透性能。

4 結語

本文通過對SBS改性瀝青+碎石、改性乳化瀝青以及水性環氧瀝青等三種典型防水粘結層材料的粘結強度、水穩定性、防滲透性能進行系統研究，通過對三種材料關鍵性能的試驗評價，得出以下結論：

1)通過拉拔試驗、劈裂試驗、滲水試驗，以拉拔強度、劈裂強度、TSR和滲水系數為指標，建立了防水粘結層材料性能評價指標體系；

2)拉拔試驗與劈裂試驗結果表明，水性環氧瀝青的拉拔強度最高，較SBS改性瀝青+碎石可提高25.9%，并且劈裂強度也要高于另外兩種粘結層材料，表明水性環氧瀝青具有更好的粘結效果；

3)凍融劈裂前后芯樣的TSR大小表明，水性環氧瀝青的TSR值比另外兩種材料提高10%以上，并且表面密實不滲水，因而具有更好的水穩定性和防滲透性能；

4)從拉拔強度、劈裂強度、TSR以及滲水試驗結果可知，水性環氧瀝青各項性能均優于其他兩種材料，因此推薦水性環氧瀝青作為橋面防水粘結層材料。