不同凍融周期下鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑性能研究

李穩(wěn) 秦立龍 潘 登 劉英杰

（山東東方路橋建設(shè)有限公司，山東 臨沂 276002）

0 引言

隨著我國橋梁建設(shè)標準的提高，橋面鋪裝材料的質(zhì)量和使用期限越來越受到關(guān)注[1]。大量研究和試驗證明，環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑具有非常好的粘結(jié)性，可以廣泛用于澆注式瀝青混合料鋪裝體系，提升橋梁后續(xù)的使用質(zhì)量，并節(jié)約后續(xù)大量的橋梁養(yǎng)護成本[2-3]。氣候、溫度等自然環(huán)境的變化對環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑的性能有較大影響，但常見的環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑性能評價較少關(guān)注這項指標[4-6]。本文通過分析不同凍融循環(huán)次數(shù)下的環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的界面粘結(jié)性能，判定氣候、溫度變化對于環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑性能的影響。

1 工程概況

某橋梁位于山東省臨沂市臨臨高速段，多年平均氣溫14.8℃，1月平均氣溫-2.6℃，極端最低氣溫-14.8℃，溫度差異較大對鋼橋面鋪裝有極大的不利影響，極易導(dǎo)致橋面出現(xiàn)開裂、車轍、脫層等工程病害。該橋梁鋼橋面鋪裝防水粘結(jié)層采用環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑，該體系由主劑、固化劑、基質(zhì)瀝青3種材料構(gòu)成；鋪裝上層采用40mm高粘性瀝青瑪蹄脂混合料SMA-13；鋪裝下層采用40mm澆注式瀝青混合料GA；此攤鋪結(jié)構(gòu)能很好地適應(yīng)對鋼橋面鋪裝的防水要求，可以有效地保護橋梁的耐久性和抗臭氧性能，同時可以提高橋梁的使用壽命。

2 環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑原材料分析

2.1 環(huán)氧樹脂技術(shù)要求

環(huán)氧樹脂包含A（主劑）和B（固化劑）兩個組分，其質(zhì)量比為56∶44。環(huán)氧樹脂的性能需要滿足JT/T1131—2017《鋼橋面鋪裝冷拌樹脂瀝青》規(guī)范中的要求，選擇的環(huán)氧樹脂主劑和固化劑的技術(shù)要求如表1 和表2所示。

表1 環(huán)氧樹脂主劑的技術(shù)要求

表2 環(huán)氧樹脂固化劑的技術(shù)要求

2.2 瀝青性能分析

選擇熱拌瀝青作為試驗對象，具體的試驗項目及試驗結(jié)果如表3所示。從試驗結(jié)果來看，本次試驗選用的瀝青性能滿足規(guī)范要求。

表3 瀝青性能試驗結(jié)果

3 環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑試件成型與性能研究

3.1 試件成型

采用旋轉(zhuǎn)壓實儀制作環(huán)氧瀝青粘結(jié)層試件（見圖1所示），步驟如下：

圖1 按規(guī)范成型的試件

（1）圓形鋼板試件尺寸：Φ100mm×15mm，打磨光滑潔凈；

（2）環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的主劑和固化劑同時放入30℃烘箱中養(yǎng)護2h，按50∶50的比例混合攪拌3min，按照0.4kg/m2均勻涂布到鋼板上；

（3）將鋼板水平放置室溫養(yǎng)護到干，表面清潔度Sa-2.5級，粗糙度60～100；

（4）將鋼板放入旋轉(zhuǎn)壓實模具底部，165℃下倒入熱拌瀝青，做40mm澆筑式瀝青，制備旋轉(zhuǎn)壓實125次成型高度為63.5mm試件；

（5）試件室溫養(yǎng)護1d后脫模，再將試件放入60℃烘箱中養(yǎng)護4d至試件完全固化[7]。

3.2 試件抗拔性能分析

為模擬實際工程施工環(huán)境，更好地評價環(huán)氧防水粘結(jié)層材料經(jīng)歷不同凍融周期（-20℃-8h，105℃-8h）后性能變化，選取經(jīng)歷不同周期（0次、2次、4次、6次、8次）的環(huán)氧防水粘結(jié)層試件測試拉拔強度，拉升速度500mm/min。樣品標號為1#、2#、3#、4#、5#。實驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同凍融周期的拉拔試驗結(jié)果

根據(jù)試驗結(jié)果可知：隨著凍融次數(shù)的增多，防水粘結(jié)層的強度顯著下降。試件被拉伸的程度增加。

3.3 試件剪切性能分析

選取經(jīng)歷不同周期（0次、2次、4次、6次、8次）的試件，樣品標號為1#（0次）、2#（2次）、3#（4次）、4#（6次）、5#（8次）。將不同凍融周期的試件在25℃溫度下進行剪切性能實驗（見圖3所示），選擇萬能材料試驗機進行試驗。將試件置于試驗?zāi)＞咧校_動萬能材料試驗機勻速加載直至破壞，記錄破壞時的最大荷載值，準確至0.01kN，破壞位置觀察界面情況確定。剪切完成，測試從恒溫箱中取出試件至測出最大荷載值的時間，不超過120 s。并及時測量鋼板的長寬，準確至0.1mm。

圖3 剪切試驗示意圖

根據(jù)試驗結(jié)果（見圖4、圖5所示）可知：試件的破壞情況全部為混合料內(nèi)部斷裂，剪切試驗結(jié)果有效。且隨著凍融時間和次數(shù)的增加，環(huán)氧樹脂防水粘結(jié)層試件的剪切強度下降。

圖4 不同凍融周期試件的剪切數(shù)據(jù)

圖5 不同凍融周期試件的破壞界面

3.4 試件粘結(jié)強度分析

選取經(jīng)歷不同周期（0次、2次、4次、6次、8次）的試件，樣品標號為1#（0次）、2#（2次）、3#（4次）、4#（6次）、5#（8次），進行粘結(jié)強度試驗（見圖6所示）。

圖6 混合料與下部結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)強度測試

由試驗結(jié)果（見圖7、圖8所示）可知：試件的破壞點均為瀝青混合料內(nèi)部，試驗數(shù)據(jù)有效，且隨著凍融次數(shù)和時間的增加，粘結(jié)程度下降。

圖7 不同凍融周期試件的拉拔數(shù)據(jù)

圖8 不同凍融周期試件的破壞界面

3.5 試件防水性能分析

為討論該試件是否具有良好的不透水性，使用粘層滲水儀測試其抗?jié)B水性能，對比分析不同凍融周期下防水粘層材料抗?jié)B水性能的優(yōu)劣。選取經(jīng)歷不同周期（0次、2次、4次、6次、8次）的試件，樣品標號為1#（0次）、2#（2次）、3#（4次）、4#（6次）、5#（8次），進行滲水試驗。

由試驗結(jié)果（見表4所示）可知：隨著凍融次數(shù)和時間的增加，試件在6～8次凍融循環(huán)后，開始滲水。

表4 滲水試驗結(jié)果

4 結(jié)束語

本文通過試驗研究環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑經(jīng)歷不同凍融周期后性能的變化情況，研究結(jié)論如下：（1）隨著凍融次數(shù)的增多，環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑作防水粘結(jié)層的試件強度呈現(xiàn)明顯的下降狀態(tài)，試件拉伸率增加；（2）隨著凍融次數(shù)的增多，環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑作防水粘結(jié)層的瀝青混合料試件粘結(jié)強度、剪切強度均下降，凍融周期為6次、8 次的試件開始出現(xiàn)滲水情況。該結(jié)論對鋼橋面鋪裝施工質(zhì)量的提升以及施工現(xiàn)場的后期維護都有積極的意義。