RBS水性環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)層試驗(yàn)研究及應(yīng)用

羅國(guó)偉

(山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司 太原市 030012)

0 引言

目前在混凝土橋梁中使用較多的防水粘結(jié)層材料是水性瀝青基材料，該種材料雖然具備一定的防水性能，但其在噴涂的施工過(guò)程中，極易受到施工機(jī)械的破壞且不宜察覺，嚴(yán)重影響防水層的完整性，造成不可修復(fù)的破壞[1-2]。因此，研究新型橋面防水粘結(jié)層材料勢(shì)在必行。

水性環(huán)氧瀝青是在石油瀝青及環(huán)氧樹脂的基礎(chǔ)上，以水為介質(zhì)，添加一定助劑復(fù)合而成的高性能材料。已有研究表明[3-5]該種防水材料整合了環(huán)氧樹脂與瀝青的綜合性能，高溫下熱固性及耐腐蝕性強(qiáng)，低溫下仍能確保足夠的柔韌性，應(yīng)用在橋面防水粘結(jié)層中可有效切斷上層路面水分入侵，并具備優(yōu)異的粘結(jié)性能。但目前環(huán)氧瀝青在我國(guó)橋面防水層中的應(yīng)用尚不成熟，對(duì)其性能要求、試驗(yàn)方法缺乏系統(tǒng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，其在工程中的實(shí)際應(yīng)用效果缺乏有效論證。

選用RBS水性環(huán)氧瀝青作為混凝土橋面鋪裝的防水粘結(jié)層材料，通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)其防水粘結(jié)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并進(jìn)行了工程應(yīng)用。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

水性環(huán)氧瀝青：采用廣東雙虹防水保溫工程有限公司生產(chǎn)的RBS水性環(huán)氧瀝青防水材料，其為黑褐色液體，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1 RBS水性環(huán)氧瀝青防水材料主要性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方案

RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的粘結(jié)性能采用40°斜面剪切試驗(yàn)及拉拔試驗(yàn)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)。試件制備過(guò)程如下：

(1)選用車轍板模具制備3.5cm厚的水泥混凝土板，待試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后對(duì)其表面刷毛并清除浮漿確保試件表面平整潔凈。

(2)在整平及清理后的水泥混凝土板上分別灑布0.7～1.0kg/m2水性環(huán)氧瀝青防水涂料。

(3)防水涂料灑布完成后對(duì)試件進(jìn)行常溫養(yǎng)護(hù)，待干燥后，加鋪SMA-13型瀝青混合料(5cm厚)，并采用輪碾機(jī)碾壓成型。

(4)瀝青面層鋪裝完成后對(duì)試件室溫養(yǎng)護(hù)48h，鉆芯取樣進(jìn)行剪切與拉拔試驗(yàn)。

2 室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)

抗剪強(qiáng)度測(cè)試采用40°斜面剪切試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度分別為20℃、40℃，試驗(yàn)儀器采用剪切與拉拔綜合測(cè)試儀(東南大學(xué)研制)[6]，防水層粘結(jié)面的正應(yīng)力設(shè)定為0.15MPa，并以10mm/min速率進(jìn)行加載。試驗(yàn)測(cè)定不同類型防水粘結(jié)層材料在不同灑布量下的剪切強(qiáng)度，結(jié)果如表2所示。

表2 防水粘結(jié)層剪切試驗(yàn)結(jié)果

由表2及圖1所示試驗(yàn)結(jié)果可知，常溫條件20℃時(shí)，不同灑布量下，各種防水層材料的抗剪強(qiáng)度大小為：RBS水性環(huán)氧瀝青>橡膠瀝青>SBS改性瀝青>改性乳化瀝青。其中不同灑布量下的橡膠瀝青與RBS水性環(huán)氧瀝青剪切強(qiáng)度相當(dāng)，前者略低于后者。當(dāng)灑布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2時(shí)，RBS防水層的剪切強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)灑布量為0.9kg/m2時(shí)，剪切強(qiáng)度最大，分別達(dá)到了0.83MPa(20℃)、0.66MPa(40℃)。

圖1 不同防水粘結(jié)層材料的抗剪強(qiáng)度(20℃)

由表2及圖2所示試驗(yàn)結(jié)果可知，高溫條件40℃時(shí)，不同灑布量下的RBS防水層的剪切強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青與改性乳化瀝青。在灑布量為0.9kg/m2時(shí)，RBS防水粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度要優(yōu)于橡膠瀝青，其他灑布量下的剪切強(qiáng)度要稍劣于橡膠瀝青，但差距不大，表明RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層在常溫及高溫下均具有優(yōu)異的抗剪切性能。

圖2 不同防水粘結(jié)層材料的抗剪強(qiáng)度(40℃)

2.2 抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

拉拔試驗(yàn)儀器采用剪切與拉拔綜合測(cè)試儀(東南大學(xué)研制)，試驗(yàn)分別在20℃及40℃的溫度條件下進(jìn)行，并以0.5kN/min的速度進(jìn)行加載。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 防水粘結(jié)層拉拔試驗(yàn)結(jié)果

由表3及圖3可知，常溫條件20℃時(shí)，不同灑布量下，各種防水層材料的拉拔強(qiáng)度大小為：RBS水性環(huán)氧瀝青>橡膠瀝青>SBS改性瀝青>改性乳化瀝青。其中，不同灑布量下，RBS平均抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到了SBS改性瀝青與改性乳化瀝青的3.2及1.9倍，橡膠瀝青與RBS水性環(huán)氧瀝青拉拔強(qiáng)度相當(dāng)，前者略低于后者。

圖3 不同防水粘結(jié)層材料的抗拉強(qiáng)度(20℃)

由表3及圖4可知，高溫條件40℃時(shí)，不同灑布量下，RBS防水粘結(jié)層的拉拔強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)更加明顯，其平均拉拔強(qiáng)度分別是橡膠瀝青、SBS改性瀝青與改性乳化瀝青的1.6倍、4.9倍及3.1倍。

圖4 不同防水粘結(jié)層材料的抗拉強(qiáng)度(40℃)

常溫20℃及高溫40℃條件下，RBS防水粘結(jié)層在灑布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2的情況下，抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，均在灑布量為0.9kg/m2時(shí)達(dá)到峰值，分別為0.70MPa(20℃)、0.63MPa(40℃)。試驗(yàn)表明RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層在常溫及高溫下均具有優(yōu)異的粘結(jié)性能。

2.3 不透水性試驗(yàn)

防水性能采用不透水性試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)，參照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制備試件進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器為不透水儀，試驗(yàn)水溫為20℃±5℃、測(cè)試水壓力范圍為0.1～0.3MPa，測(cè)試時(shí)間30min。試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明RBS防水粘結(jié)層具有較好的不透水性能。

表4 防水粘結(jié)層的不透水試驗(yàn)結(jié)果

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某公路橋梁全長(zhǎng)155m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組成為30m+50m+75m，橋面鋪裝采用4cm+4cm的SMA型瀝青混合料，采用RBS水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層材料，灑布量為0.9kg/m2，施工現(xiàn)場(chǎng)所采用材料類型均同室內(nèi)試驗(yàn)。施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)橋面防水粘結(jié)層施工工藝進(jìn)行了嚴(yán)格控制，并采用自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備對(duì)防水粘結(jié)層的相關(guān)性能進(jìn)行了檢測(cè)與分析。

3.2 防水粘結(jié)層施工要點(diǎn)

(1)施工條件

施工前應(yīng)確保橋面板達(dá)到足夠強(qiáng)度，并且平整、干燥、潔凈。防水粘結(jié)層灑布時(shí)的室外溫度應(yīng)大于10℃，并避免雨霧天氣施工。

(2)橋面清理

施工前應(yīng)對(duì)橋面的雜物及灰塵進(jìn)行清理，采用打毛機(jī)清除表面浮漿，側(cè)面浮漿采用人工清理，最后采用鋼絲清掃車再次清掃并及時(shí)封閉交通。

(3)RBS水性環(huán)氧瀝青灑布

采用高壓無(wú)氣噴涂設(shè)備進(jìn)行灑布，對(duì)于路緣石及中央護(hù)欄等構(gòu)造物的垂直面等不宜灑布地方可進(jìn)行人工補(bǔ)涂，防水粘結(jié)層施工完成并干燥后，應(yīng)立刻進(jìn)行瀝青混合料的攤鋪及碾壓，并確保攤鋪溫度>170℃。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)剪切強(qiáng)度測(cè)定

防水粘結(jié)層及橋面鋪裝施工完成并養(yǎng)護(hù)7d后，采用電動(dòng)剪切儀對(duì)防水粘結(jié)層進(jìn)行水平直剪試驗(yàn)測(cè)定剪切強(qiáng)度，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)的溫度為26℃，水平剪切強(qiáng)度達(dá)到了0.651MPa，滿足規(guī)范≥0.4MPa(25℃)的要求，表明RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層具有較好的抗剪切性能。由于室內(nèi)試驗(yàn)采用的40°斜面剪切試驗(yàn)，并且測(cè)試溫度低于施工現(xiàn)場(chǎng)，所以施工檢測(cè)結(jié)果小于室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)拉拔強(qiáng)度測(cè)定

待防水粘結(jié)層及橋面鋪裝施工完成并養(yǎng)護(hù)7d后，施工現(xiàn)場(chǎng)采用拉拔儀測(cè)定了抗拉拔強(qiáng)度，檢測(cè)時(shí)的溫度為26℃，測(cè)得防水粘結(jié)層最大拉拔強(qiáng)度為0.67MPa，由于檢測(cè)溫度不同，施工現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)拉拔強(qiáng)度略低于室內(nèi)試驗(yàn)20℃時(shí)所測(cè)值，但檢測(cè)結(jié)果較好地滿足規(guī)范≥0.4MPa(25℃)的要求，表明RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層具有較好的粘結(jié)性能。

3.5 持續(xù)觀測(cè)

該預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋梁在通車后的三年內(nèi)對(duì)其進(jìn)行了持續(xù)的觀測(cè)，觀測(cè)期間內(nèi)該橋梁經(jīng)歷了頻繁的高溫及暴雨天氣，并承受了復(fù)雜的行車荷載，但觀測(cè)結(jié)果表明：該橋梁在采用RBS水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層后，檢測(cè)期間橋面鋪裝層平整度好，無(wú)裂縫、推移及擁包等現(xiàn)象產(chǎn)生，橋面板未檢測(cè)到滲水，表明RBS水性環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)層的實(shí)際應(yīng)用效果優(yōu)異，可進(jìn)行推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

(1)RBS防水粘結(jié)層在灑布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2時(shí)，其剪切強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)灑布量為0.9kg/m2時(shí)，剪切強(qiáng)度最大，最大值分別達(dá)到了0.83MPa(20℃)、0.66MPa(40℃)。

(2)RBS防水粘結(jié)層在灑布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2情況下，抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，在灑布量為0.9kg/m2時(shí)達(dá)到峰值，最大值分別達(dá)到了0.70MPa(20℃)、0.63MPa(40℃)。

(3)RBS防水粘結(jié)層材料的抗剪切及抗拉拔強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于SBS改性瀝青與改性乳化瀝青。其抗拉拔強(qiáng)度平均為橡膠瀝青1.6倍，20℃時(shí)的抗剪切強(qiáng)度優(yōu)于橡膠瀝青。

(4)溫度為40℃時(shí)，在灑布量為0.9kg/m2時(shí)，RBS防水粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度要優(yōu)于橡膠瀝青，其他灑布量下的剪切強(qiáng)度要稍劣于橡膠瀝青，但差距不大。

(5)推薦RBS防水粘結(jié)層材料的最佳灑布量為0.9 kg/m2。

(6)工程應(yīng)用實(shí)例表明：混凝土橋梁在采用RBS水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層后，橋面鋪裝層平整度好，無(wú)裂縫、推移及擁包等現(xiàn)象產(chǎn)生，橋面板未檢測(cè)到滲水，表明RBS水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層的實(shí)際應(yīng)用效果優(yōu)異，可進(jìn)行推廣應(yīng)用。