復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访嬗酶咝阅芊浪そY(jié)劑性能研究

張 昭 李克德

(重慶市智翔鋪道技術(shù)工程有限公司，重慶 401336)

隨著國民經(jīng)濟的提升，我國公路隧道路面開始承載起越來越大的車輛荷載及其交通流量，從而引起路面產(chǎn)生各種推移、壅包、開裂等病害，分析得出此類病害的產(chǎn)生大多與復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访娴膭側(cè)峤缑骛そY(jié)層的性能有關(guān)。因此，針對上述問題，本文在對比分析各類防水黏結(jié)劑優(yōu)劣勢的基礎(chǔ)上，自主開發(fā)高性能防水黏結(jié)劑，并通過試驗驗證其使用性能優(yōu)劣。

1 防水黏結(jié)劑優(yōu)劣勢分析

復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访嬗媒缑娣浪そY(jié)層材料主要以瀝青基材料為主，其中以普通改性乳化瀝青及溶劑型瀝青基防水黏結(jié)劑的運用最為普遍。

在復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访娴膶嶋H應(yīng)用中，普通改性乳化瀝青作為防水黏結(jié)層具有施工便捷、無毒環(huán)保等優(yōu)勢，但也存在黏結(jié)強度小、抗車輛荷載剪切作用弱等特點，易引起路面壅包、開裂、推移、松散等病害，嚴重影響復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访娴氖褂眯阅芗澳途眯浴?/p>

另一方面，溶劑型防水黏結(jié)劑在復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访娣浪そY(jié)層的實際應(yīng)用中，雖然具有黏結(jié)強度高、耐久性好等優(yōu)點，但也存在溶劑材料毒性大、易揮發(fā)，不利于隧道的密閉環(huán)境施工，易引起施工人員中毒或致癌，嚴重影響工作人員的生命安全。

因此，探尋黏結(jié)性能強且不易揮發(fā)的環(huán)保型復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访嬗梅浪そY(jié)劑迫在眉睫，高粘乳化改性瀝青不僅具有溶劑型防水黏結(jié)劑的高強性能還具備普通改性乳化瀝青的環(huán)保無毒性，應(yīng)用及推廣價值極高。高粘乳化改性瀝青防水黏結(jié)劑主要具備以下優(yōu)勢：

1)防水效果好。具有較低的粘度及較高的滲透性，可作為防水層涂抹及滲入水泥混凝土基面，防止其滲水。

2)界面黏結(jié)強度高。本身具備高強度，涂抹黏結(jié)界面后具有較強附著力，能夠與上層瀝青混凝土及下層水泥混凝土的復(fù)合界面產(chǎn)生較強的結(jié)構(gòu)抗剪強度。

3)涂膜柔性好。與基面具有較好的協(xié)同變形性能力，能夠很好的適應(yīng)基層收縮及開裂變形。

4)施工簡便。可實現(xiàn)常溫、單組分施工，施工效率高。

5)無毒環(huán)保。不含揮發(fā)性有機溶劑，無刺激性氣味，對周邊環(huán)境無污染、對施工操作人員無傷害。

2 高粘乳化改性瀝青防水黏結(jié)劑的開發(fā)

2.1 生產(chǎn)工藝的優(yōu)選

根據(jù)乳化及改性工藝的順序不同，乳化瀝青的制作工藝主要分為先乳化后改性、邊乳化邊改性及先改性后乳化等三類工藝。其中操作最為簡單的是先乳化后改性工藝，其對設(shè)備要求不高，但只適合膠乳狀改性劑；邊乳化邊改性工藝只需普通生產(chǎn)設(shè)備，但改性劑需要耐受一定pH值的酸度；先改性后乳化工藝是目前國內(nèi)外公認的最佳乳化改性瀝青的方法，生產(chǎn)出的乳化改性瀝青中改性劑能均勻分布在瀝青微粒內(nèi)部，形成穩(wěn)定的連續(xù)相結(jié)構(gòu)，但由于改性瀝青粘度大、生產(chǎn)過程中溫度較高等因素對膠體磨耗要求較高，實施難度大。

本文采用先改性后乳化的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访嬗酶哒橙榛男詾r青防水黏結(jié)劑。

2.2 高粘乳化改性瀝青的制備及性能

2.2.1高粘改性瀝青的乳化

根據(jù)表1所示方法及工藝，將制備好的熱熔高粘改性瀝青制備成高粘乳化改性瀝青。

表1 高粘乳化改性瀝青制備工藝表

2.2.2高粘乳化改性瀝青性能測試

1)乳化瀝青常規(guī)指標。根據(jù)規(guī)范要求測定乳化瀝青常規(guī)技術(shù)性能指標，見表2。

2)基面黏結(jié)強度。依照GB/T 16777—2008建筑防水涂料試驗方法的要求，進行高粘乳化改性瀝青與水泥混凝土界面拉拔強度性能測定。以水泥混凝土板(90 mm×90 mm×30 mm)作為基面，經(jīng)噴砂處理并清理表面浮塵后，將高粘乳化改性瀝青以0.4 kg/m2的試驗用量涂刷在基面上，待其完全破乳并干燥后，黏結(jié)直徑為50 mm的拉拔頭，最后利用萬能試驗機以10 mm/min的速率進行拉拔試驗，計算黏結(jié)強度(MPa)。

表2 高粘乳化改性瀝青性能

表3 與水泥混凝土界面黏結(jié)強度

由表3,圖1可以看出，高粘乳化瀝青與水泥混凝土基面的黏結(jié)強度達到1.7 MPa以上，遠超1 MPa的技術(shù)要求，且從破壞界面上看，并未出現(xiàn)花白處，說明材料黏結(jié)性能穩(wěn)定且均勻。

3 高粘乳化改性瀝青的路用性能

3.1 試驗檢測方法及基面處理工藝的優(yōu)選

3.1.1試驗檢測方法

本次試驗采用組合結(jié)構(gòu)層間剪切和層間拉拔試驗評價其層間黏結(jié)性能。先在預(yù)制好的水泥混凝土試塊表面涂刷防水黏結(jié)層材料，經(jīng)室內(nèi)養(yǎng)生24 h后，再在基面上成型6 cm厚的AC-20C，從而形成AC-20C面層+防水黏結(jié)層+水泥混凝土基層的組合結(jié)構(gòu)試塊。

將上述試塊切割成100 mm×100 mm的正方形試件，將試件晾干后在23 ℃±2 ℃條件下養(yǎng)生24 h，完成后進行組合結(jié)構(gòu)剪切試驗，試驗中將試件放置如圖2所示其與水平夾角45°，并以豎直向下10 mm/min的速率加載進行試驗，按照式(1)計算得出層間抗剪強度。

(1)

其中，σc為層間抗剪強度，MPa；F為剪切破壞最大力，N；A為剪切破壞面面積，mm2。

將組合結(jié)構(gòu)試件切割后在試件中心進行直徑為50 mm的轉(zhuǎn)芯至水泥混凝土層，并在轉(zhuǎn)芯得到的圓柱體上用環(huán)氧豎直粘結(jié)直徑50 mm的拉拔頭，得到組合結(jié)構(gòu)拉拔試件，如圖3所示進行組合結(jié)構(gòu)拉拔試驗，試驗速率為10 mm/min，得到最大拉應(yīng)力，并根據(jù)式(2)計算層間抗拉強度。

(2)

其中，σb為層間抗拉強度，MPa；F為拉伸破壞時的最大拉力，N；A為拉伸破壞面面積，mm2。

3.1.2基面處理工藝的優(yōu)選

防水黏結(jié)層的黏結(jié)性能與水泥混凝土基面的處理工藝有著直接影響，在相同灑布量下測定不同基面處理工藝下的組合結(jié)構(gòu)層間抗拉強度與抗剪強度，見表4，表5。

表4 基面不同處理工藝的層間拉拔強度

表5 基面不同處理工藝的層間抗剪強度

上述結(jié)果表明，經(jīng)過噴砂及銑刨工藝后，界面組合結(jié)構(gòu)抗拉及抗剪強度均較無處理界面的強度有不同程度的提高，且處理后，兩類工藝下的強度相差不大。另一方面，由于噴砂處理工藝具有顯著的經(jīng)濟優(yōu)勢，因此選定最佳基面處理方式為噴砂。

3.2 防水性能驗證

根據(jù)規(guī)范進行不透水試驗，儀器如圖4所示。

在車轍試件上涂抹0.25 kg/m2，0.35 kg/m2，0.50 kg/m2等三種用量的高粘乳化改性瀝青防水黏結(jié)層，隨后進行車轍試件轉(zhuǎn)芯，將得到的試件防水黏結(jié)層朝上，瀝青混凝土鋪裝層朝下，在0.3 MPa耐水壓下保持30 min進行不透水試驗，最后讀取試件滲水系數(shù)，當滲水系數(shù)小于1.0×10-8mL/s，視作不透水，見表6。

表6 不同用量下的高粘改性乳化瀝青不透水性

上述結(jié)果表明，高粘乳化改性瀝青作為防水黏結(jié)層時，本次試驗所選用量范圍內(nèi)滲水系數(shù)均能滿足小于1.0×10-8mL/s的要求，且滲水系數(shù)隨著用量的增加而減小。上述現(xiàn)象的原因在于，高粘乳化改性瀝青中含有高分子結(jié)構(gòu)化合物組成的增粘樹脂，其能夠在乳化后形成較普通乳化瀝青的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更為致密的面狀結(jié)構(gòu)，從而增強乳化瀝青破乳干固后的防水性能。

3.3 層間黏結(jié)性能驗證

選用0.4 kg/m2涂布量，利用對高粘乳化改性瀝青及溶劑型瀝青基防水黏結(jié)劑(GS)進行抗剪強度及抗拉強度試驗，以檢驗兩者的層間黏結(jié)性能，見表7，表8。

表7 層間抗拉強度對比 MPa

表8 層間抗剪強度對比 MPa

上述結(jié)果可以看出，高粘乳化改性瀝青與GS的剪切強度和抗拉強度均滿足技術(shù)規(guī)范抗剪強度不小于1.0 MPa 及抗拉強度不小于0.5 MPa的要求，且高粘乳化改性瀝青的抗剪強度較GS的增大7%，抗拉強度較GS的增大9.4%，強度均略有提升，由此說明，高粘乳化改性瀝青不僅在成本上低于GS，而且在黏結(jié)性能上較GS優(yōu)勢明顯。究其原因在于，SBS改性劑與增粘樹脂復(fù)配后能夠較傳統(tǒng)SBS在改性瀝青中的增粘效果好，摻瀝青改性劑能夠在先改性后乳化工藝下更為均勻的分散于乳化瀝青體系中，從而使得整個組合結(jié)構(gòu)的層間黏結(jié)性能得到穩(wěn)步提升。

4 結(jié)語

1)高粘乳化改性瀝青作為復(fù)合式剛?cè)嵝运淼缆访娴姆浪そY(jié)層，其界面黏結(jié)強度及抗剪強度、抗拉強度高，同時還具有較高的不透水性、較好的涂膜柔性以及無需加熱易施工、無毒環(huán)保等優(yōu)勢。

2)高粘乳化改性瀝青具備優(yōu)越的黏結(jié)性能，其中與水泥混凝土的基面黏結(jié)強度完全能夠達到1.5 MPa以上，其組合結(jié)構(gòu)的層間抗剪強度達到1.27 MPa，組合結(jié)構(gòu)層間抗拉強度達到0.58 MPa，相比溶劑型瀝青基防水黏結(jié)劑材料略有提升，且穩(wěn)定性好，是取代普通乳化瀝青材料和溶劑型瀝青基防水材料的不二之選。