四平市東豐路、紫氣大路鋼橋面防水粘結層應用研究

楊宗林

本文以四平市東豐路、紫氣大路上跨鐵路立交橋鋼橋面鋪裝工程為背景，通過比較兩種防水粘結層材料的粘結性能、抗剪切性能以及防腐蝕性能，最后選擇了性能優良的甲基丙烯樹脂防水體系作為兩座橋的防水粘結層材料，為類似工程提供一定的參考價值。

一、概況

四平市東豐路和紫氣大路跨鐵路立交橋鋼橋面鋪裝工程位于我國東北區域，冬季嚴寒、夏季較為炎熱，使用條件比較特殊。基于我國鋼橋面鋪裝應用情況，設計采用澆注式瀝青混凝土鋪裝體系：3.5cm 高彈體改性瀝青SMA10（上層）+粘層（改性乳化瀝青）+3.5cm澆注式瀝青混凝土GA10（下層）+防水粘結層。基于鋼橋面鋪裝防水粘結層的重要性，本文擬定兩種防水粘結層進行實驗研究。

二、鋼橋面鋪裝防水粘結層比較研究

1.防水粘結層材料選擇

結合本項目特性，擬采用兩種不同的防水粘結層進行試驗對比。對鋼板噴砂除銹，清潔度達到Sa2.5 級，粗糙度滿足50 ～100μm 的要求后，即可施工防水粘結層，兩種防水粘結層的構成如下所示。

（1）第一種防水粘結層（見表1）

表1 第一種防水粘結層構成

第一種防水粘結層是由幾種不同材料組成的防水體系，包括環氧富鋅漆防腐層、環氧樹脂防水層、溶劑型瀝青防水粘結劑粘結層及橡膠瀝青砂膠緩沖層，各層材料作用為：

①環氧富鋅漆能夠和鋼板通過微弱的化學物理反應，性能致密的粘結，從橫向水平面、或縱向環氧富鋅漆與鋼板的連接處，都能夠將（鹽）水（氣）隔之以外。

②環氧樹脂作為一種液態體系材料，在固化反應過程中收縮率小，其固化物的粘結性、耐熱性、耐腐蝕性和憎水性等性能優良，是一種鋼橋面板理想的防腐材料。針對韌性差的缺點，通過大量的試驗研究工作，成功地對環氧樹脂進行增韌改性，使得環氧樹脂具有良好地適應鋼橋面板的變形能力，因而，采用環氧樹脂作為防水層。為了提高防水層與上層結構之間的剪切強度，在環氧樹脂上面撒布碎石。

③改性瀝青砂膠作為彈性中間層，顯著降低橋面鋪裝層的彎拉應力，降低上層瀝青混凝土溫度對環氧防水層和鋼橋面板的影響，可以阻止水份的下滲，有一定的防水作用，能提高防水層與瀝青混凝土鋪裝層的粘結力。為了增強環氧樹脂類材料與瀝青類材料之間的粘結效果，在鋪筑瀝青砂膠之前，施工二階反應型防水粘結材料。

該結構層與空隙率接近0 的GA10 共同組成的防水結構體系，在保證施工質量的情況下，防腐、防水、粘結效果良好。

（2）第二種防水粘結層（見表2）

表2 第二種防水粘結層構成

第二種防水粘結層是基于甲基丙烯酸樹脂的防水體系，該體系包括防腐層、防水層及粘結層，各層材料作用為：

①丙烯酸防腐漆一方面它起到了隔絕水分與空氣的作用，保護鋼板免受腐蝕；另一方面提供MMA 反應性樹脂防水層附著界面，起到良好的過渡作用。

②防水層材料為三組分材料，材料按比例混合發生交聯反應，反應后材料既能與鋼橋面形成強有力的附著力，還能為鋼橋面提供有效的防護，反應后材料力學性能優越，防水、耐腐蝕及抗老化性能良好。

③粘結層丙烯酸酯類材料，既與防水層材料性質相似、具有良好的相容性，又與瀝青鋪裝層親和力強，起到良好的承上啟下作用。

表3 粘結強度（防水粘結層）試驗結果(23℃)

表4 粘結強度（組合件）試驗結果(23℃)

2.試驗設計

對上述兩種防水粘結層，通過粘結強度試驗，抗剪強度試驗、鹽霧試驗對其應用性能進行評價和比較分析；在進行應用性能試驗前，應對兩種防水粘結層材料的物理性能進行檢測，各材料的物理性能應滿足《公路鋼橋面鋪裝設計與施工技術規范》（JTG/ T3364-02-2019）的相關要求。

（1）粘結強度試驗

①試驗一

試驗一的目的是檢測防水層與鋼板的粘結能力，因此，對鋼板進行噴砂后涂布防腐層及防水層，按照兩種防水層的鋪裝結構及材料用量要求，成型樣板，粘結拉頭，鉆芯，進行23℃的拉拔試驗，試驗結果如表3 所示。

由表3 可知，兩種防水粘結層與鋼板的粘結強度均大于5MPa 時，滿足使用要求，但第二種防水粘結層的粘結強度明顯優于第一層防水粘結層；第二種防水粘結層的破壞界面有防腐漆與鋼板間，有拉頭與第二層甲基丙烯酸樹脂間，甲基丙烯酸樹脂防水層內部破壞較少，說明材料自身強度大都高于測試值。

②試驗二

試驗二的目的是測試施工瀝青鋪裝下層后組合件的粘結能力，在對鋼板進行噴砂除銹后，按照兩種防水層的鋪裝結構及材料用量的要求，施涂完整的防水粘結層，并加鋪瀝青鋪裝下層（澆注式瀝青混凝土），成型樣板，粘結拉頭，鉆芯，進行23℃的拉拔試驗，試驗結果如表4 所示。

由表4可知，第一種組合件的粘結強度為1.12MPa，第二種組合件的粘結強度為2.25MPa，均可滿足要求；第二種防水粘結層的組合件粘結強度在23℃時均值為2.25，遠高于第一種防水粘結層；第二種防水粘結層的破壞界面多為澆注式瀝青混凝土破壞，可見，防水粘結層自身強度高于測試值。

（2）剪切性能試驗

抗剪切性能采用40°斜剪試驗進行評價，斜剪試驗是在正應力和剪應力同時變化的情況下對組合件進行剪切試驗，較符合車輛通過時對路面剪切破壞的實際應力狀態。在對鋼板進行噴砂除銹后，按照兩種防水層的鋪裝結構及材料用量的要求，施涂完整的防水粘結層，并加鋪瀝青鋪裝下層（澆注式瀝青混凝土），成型樣板，試驗溫度為23℃，采用萬能試驗機進行試驗，試驗結果見表5。

由表5 可知，兩種組合件的抗剪切強度值相當，組合件一由于環氧樹脂防水層上撒了碎石，碎石夾層提高了上下結構層之間的嵌合力，組合二與鋼板和澆注式瀝青混凝土的粘合性好，抵抗剪切破壞能力強。

（3）鹽霧試驗

項目所在地四平市冬季有降雪，市政清雪采取撒融雪劑。除了路表水及其他污染物，融雪劑的氯離子將進一步考驗鋼橋面鋪裝的防腐蝕性能，為了檢驗防水粘結層的防鹽腐能力，本次采用中性鹽霧試驗進行評價，試驗按照《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》（GB/T 1771-2007）進行，試驗溫度（35±2）℃，試驗溶液采用質量濃度為（50±5）g/L 的氯化鈉溶液，試驗溶液的pH 酸堿度調整致使試驗箱內收集的噴霧溶液的pH 值在6.5 ～7.2 之間。

樣板制作：試驗所用的鋼板底板按照《色漆和清漆 標準試板》（GB/T 9271-2008）的要求制作，再對鋼板分別進行涂裝，樣板一涂裝為環氧富鋅漆+雙層環氧樹脂；樣板二涂裝為丙烯酸防腐漆+雙層甲基丙烯酸樹脂防水層，樣板的背面和邊緣均涂覆與正面相同涂層，并分別對樣板正面進行劃線，用一種具有碳化鎢刀尖的劃線工具與樣板表面接觸，劃出一條均勻的、劃穿底材上所有涂層的不帶毛刺的交叉型亮線，劃線質量可借助低倍放大鏡觀察。

開始試驗：養護期結束后的樣板投入試驗箱內進行暴露試驗，樣板應表面朝上放在樣板支架上，樣板之間及樣板與箱體之間均不允許接觸，且被測樣板不應層疊放置，避免液滴從上層樣板濺落到下層樣板上而影響試驗結果。樣板在試板架上的排列應以有規律的間隔時間（24h）改變，例如，前排與中排及后排進行交換。

試驗結果觀察：本次鹽霧試驗周期采用480h，按照《色漆和清漆耐中性鹽霧性能的測定》（GB/T 1771-2007）的要求處理取出的樣板，觀察樣板的損壞情況，觀察表面是否有起泡、生銹及從劃線處銹蝕的蔓延程度，發現樣板一與樣板二均可以有效地抵抗鹽霧腐蝕環境，表面無氣泡、生銹，劃線處也幾乎無銹蝕蔓延。

表5 剪切強度試驗結果(23℃)

圖1 樣板二鹽霧試驗前

圖2 樣板二鹽霧試驗后

根據以上試驗結果，從耐久性的角度考慮，東豐路及紫氣大路上跨鐵路立交橋主跨鋼橋面決定采用性能更優良的甲基丙烯樹脂防水體系作為防水粘結層材料。

三、工程應用情況

東豐路及紫氣大路鐵路立交橋采用了甲基丙烯樹脂防水體系作為防水粘結層，其施工工序為鋼橋面噴砂除銹→滾涂丙烯酸防腐底漆→噴涂第一層甲基丙烯樹脂防水層→噴涂第二層甲基丙烯樹脂防水層→滾涂丙烯酸樹脂粘結層。

1.噴砂除銹

在防水粘結層施工前，需對鋼橋面進行噴砂除銹，既可從去除表面銹跡，又能提高防水粘結層與鋼橋面的附著力。東豐路、紫氣大路上跨鐵路立交橋鋼橋面噴砂除銹的要求為清潔度Sa2.5 級以上，粗糙度為50 ～100μm。

2.丙烯酸防腐底漆施工

鋼橋面噴砂除銹3h 內需完成防腐底漆的施工，以確保防腐效果，丙烯酸防腐底漆的施工工藝為人工滾涂，材料用量不低于150g/m2。防腐底漆的干燥時間視現場環境而定，溫度10℃的固化時間約為60min，防腐底漆固化后需要檢測其與鋼橋面的附著力（要求≥5.0MPa），如圖3 所示。

圖3 底漆與鋼橋面的附著力測試

3.防水層施工

待丙烯酸防腐底漆固化后，噴涂甲基丙烯酸樹脂防水層，分兩層施工，兩層甲基丙烯酸樹脂防水層為相同材料，但顏色不同，不同的顏色便于觀察防水層是否有漏噴。

甲基丙烯酸樹脂防水層采用雙組份無氣噴涂機噴涂施工，每層濕膜厚度不小于1.2mm，干膜總厚度不小于2 mm，總用量2500 ～3500g/m2，待首涂層固化后，直接噴涂下一層，間隔時間取決于溫度，常溫下的間隔時間約為30min，兩層施工間隔不宜超過3h。

圖4 單層濕膜厚度檢測情況

4.丙烯酸樹脂粘結層施工

甲基丙烯酸樹脂防水層噴涂結束并完全固化后，立即施工丙烯酸粘結劑，間隔時間不宜超過1h。丙烯酸粘結劑與防腐底漆一樣采用滾涂方式施工，材料用量不得低于150g/m2。

丙烯酸樹脂粘結劑在常溫下的固化時間約為20min，固化后可立即施工鋪裝下層澆注式瀝青混凝土，也可擱置作為施工車輛的行駛界面，但不得破壞粘結層。

四、結語

四平市東豐路及紫氣大路上跨鐵路立交橋已分別于2019 年7 月20 日和9 月26 日竣工通車，對緩解四平市的交通壓力起到重要作用。

兩座橋采用的甲基丙烯樹脂防水體系，大多與澆注式瀝青混凝土組合使用，目前在我國應用廣泛，以優良的使用性能為鋼橋面提供長久的保護。為進一步評價甲基丙烯樹脂防水體系的實際應用效果，筆者將持續觀測兩座橋橋面鋪裝的使用情況。