防水粘结技术（共7篇）
防水粘结技术 篇1
1 工程概况
福州琅岐闽江大桥位于亭江东岐码头上游约800 m处, 大桥向西与长安大道相交后, 与沈海高速东侧规划路并线向南, 向东跨越闽江接琅岐岛环岛路与通和路, 大桥总投资27亿元。琅岐闽江大桥全长1 280 m, 主桥为跨径680 m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥, 主跨长度居世界同类桥梁前10名。主桥跨度布置为 (60+90+150+680+150+90+60) m的钢箱梁斜拉桥, 主桥按双向4车道加紧急停车带设计, 预留双向6车道, 桥面宽28.7 m, 两侧桥面纵坡2.85%, 设2.0%双向横坡。大桥所在区域海洋性季风气候明显, 夏季气温高、降雨充沛、多台风。主跨跨度大, 在行车荷载作用下桥面会产生较大的变形。这些因素是桥面铺装在科研、设计和施工过程中需要重点考虑的问题。
2 防水设计
为选择最适合琅岐闽江大桥的防水粘结体系, 根据工程实际情况, 结合以往研究成果和工程经验, 分别对以下3种不同的防水粘结体系进行相应的试验:
1) 环氧富锌漆+双层环氧树脂 (撒碎石) +橡胶沥青砂胶+溶剂型粘结剂 (“DER”) ;2) 甲基丙烯酸树脂类防水体系 (“MMA”) ;3) 环氧沥青粘结料 (“EA”) 。
通过测定防水粘结材料与钢板的结合强度, 综合考虑防水粘结层在常温和高温工作条件下的拉拔粘结强度, 发现MMA比EA有优势。而EA在高温阶段温感性比MMA高, 在温度由0℃上升到70℃过程中, MMA的防水材料与钢板拉拔结合强度变化较缓和。
为测定防水体系 (组合结构) 的结合强度, 分别进行了防水体系剪切粘结强度对比试验, 得出以下结论:1) 25℃的粘结强度大小顺序是MMA>EA>DER;2) 10℃的粘结强度顺序是EA>MMA>DER;3) 常温 (25℃) 条件下的抗剪强度大小顺序是MMA>EA>DER;4) 高温 (60℃) 条件下的抗剪强度大小顺序是MMA>DER>EA。
综合以上试验结果, 本工程选用了在各项试验中都表现出较好力学性能的MMA防水结构体系应用于福州琅岐闽江大桥。
本工程最终选用的Hedisumer-MMA防水粘结体系由基层处理剂、双层弹性防水膜及专用粘结剂组成。钢桥面行车道沥青混合料铺装具体结构为:35mm沥青玛王帝脂碎石 (SMA10) +35 mm浇筑式沥青混合料 (GA10) +甲基丙烯酸树脂防水粘结层。其铺装结构见图1。
3 材料性能
MMA防水粘结体系中, 防腐层是一种在空气中自然固化的溶剂型单组分锌磷酸盐底涂层, 在钢板喷砂除锈之后3 h左右使用, 可以增强甲基丙烯酸类树脂膜与钢板表面的粘合作用。防腐层具有抗腐蚀性, 可以隔离钢板与空气接触, 防止表面被氧化腐蚀。
甲基丙烯酸类树脂是一种双组分材料, 用一种粉末催化剂通过化学反应固化成固态, 施工时直接喷涂在底涂层上形成一层坚韧、柔性的无缝防护层, 具有优良的抗刺破能力和较好的延伸性。
反应性粘结剂是一种溶剂型涂层, 直接冷喷涂或滚涂于甲基丙烯酸类树脂上, 固化后, 形成一个整体封闭的体系, 并与其后热施工的浇筑式沥青混合料紧密粘结。在钢桥面铺装中, 这是一个成套的防水体系, 除了具有良好的性能外, 还有很好的耐久性。
其部分铺装结构性能, 见表1。
4 钢桥面铺装施工工艺
钢桥面抛丸和防水层施工作业分左右两幅分别进行施工。抛丸施工与后续防水层施工形成流水作业。
4.1 钢桥面抛丸
4.1.1 表面清理
清除桥面油污、粉尘、记号、涂料等表面附着物及杂物。
4.1.2 抛丸试验
抛丸机接电前检查各部件的完好情况, 检查压缩机机油是否在合格线内, 电源线是否散开放置。
检查完毕后, 先试抛丸10~20 m2试验样块 (可在桥面上试喷) 。被抛丸部位达到Sa2.5级, 粗糙度50~100μm, 在得到监理认可后, 即可大面积施工。
4.1.3 抛丸除锈施工
为保证桥面整体抛丸除锈的质量, 采用车载式高效抛丸机和普通高效抛丸机同时进行抛丸施工, 抛丸机抛丸除锈至Sa2.5级, 粗糙度50~100μm, 修补采用磨机打磨, 除锈至St3级。
抛丸机连续向前行走作业, 保证施工的连续性。
4.1.4 抛丸注意事项
1) 为防止污染钢桥面, 对燃油设备采用防油措施, 发电机组安置在工程车上, 空压机下面用垫子铺垫好等, 并安放在施工面的前方。
2) 进入已抛丸后 (打磨后) 现场的人员应穿戴干净的手套、鞋套, 并备有擦汗毛巾, 防止污染清洁表面。
3) 钢板抛丸机、未干的已抛丸表面用防雨布进行临时保护, 以保证施工表面质量和施工作业的正常进行。
4) 抛丸后的砂尘要及时收集, 集中妥善放置, 及时处理, 严禁随意抛洒, 污染环境。
4.2 防水层施工
4.2.1 防腐底漆涂装
喷砂除锈检验合格, 3 h左右后施工防腐底漆。底漆施工采用滚涂的方式进行, 用量为200 g/m2, 干膜厚度约为50μm。防腐底漆的干燥时间视现场环境而定, 温度20℃时干燥时间约为30 min。
底漆完全干燥后, 方可进行下一阶段施工。
4.2.2 防水粘结层施工
待底涂层固化后, 喷涂Hedisumer防水涂膜, 分两层施工, 每层湿膜厚度不小于1.2 mm, 干膜总厚度不小于2.0 mm, 总用量2 500~3 500 g/m2, 上一层喷涂完15 min (20℃) 后就可以喷涂下一层。以目测法进行检查。
第1层涂层涂布不足的区域会露底, 基体可见。同样, 通过第2层涂层的颜色对比, 会发现该层涂布的不足。施涂第2层涂膜之前, 必须目测第1层固化表面。如发现缺陷, 用粉笔将有缺陷位置圈出, 有需要时可使用遮蔽胶带, 然后割除缺陷防水层, 使用手涂式修补涂料或预先拌合喷涂式涂料进行修补。若使用预先拌合喷涂式涂料, 取相同份量之A组分树脂和已催化B组分树脂于小容器内搅拌。将涂料倒于缺陷区域上, 以镘刀将其抹平至最少1 mm厚度, 达到均匀覆盖。缺陷修补区域完全固化后, 才能施涂第2层涂膜。
第2层涂料施涂完待其固化后, 目测检查, 若发现缺陷, 则需进行人工修补, 修补方法同第1层处理。
4.2.3 钢桥面胶粘剂施工
防水涂膜完全固化后, 立即涂装胶粘剂, 可采用刷涂、滚涂或无气喷涂的方法施工。钢桥面胶粘剂的喷涂用量为200 g/m2, 约1 h (23℃) 就可完全固化。
4.2.4 细部位置施工
1) 短期施工接头搭接处理
若新涂膜与旧固化涂膜交接于短期施工接头处, 新涂膜在旧膜上最少搭接50 mm。
当旧涂膜或搭接边缘受污染, 用抹布浸取溶剂清洁搭接边缘。如旧涂膜搭接边缘干净则无需准备处理。
2) 小块修补涂膜施工
喷洒工具难接近的区域, 可以采用手工涂刷的方法涂抹小块涂膜。
手涂小块涂膜之前, 确保底漆完全干固、清洁、无松散碎屑、无水和其他异物。
手涂小块涂膜分两道进行, 每道涂膜于平滑表面形成厚度1.2 mm的湿膜。第1层涂膜施涂后开始固化前移除遮蔽边胶带, 固化后, 施涂第2层涂膜。
涂膜施工若终止于分界处或边缘, 不要将小块修补手涂式涂膜边削薄。涂刷时以胶带贴边, 保持正确厚度。施涂后, 应随即尽量减少车辆在小块修补手涂式涂膜上开行, 以免造成不必要的污染。
5 结语
Hedisumer-MMA防水粘结体系具有优异的力学性能, 与钢板和沥青类材料能够形成良好的结合, 近几年在国内外各钢桥面铺装体系中得到应用。本文通过对福州琅岐闽江大桥防水体系的研究成果, 结合现场施工情况, 简明扼要地说明了Hedisumer-MMA防水粘结体系在琅岐闽江大桥的应用情况及施工要点。根据福州琅岐闽江大桥的施工应用, 该防水体系性能总体表现良好。
摘要：介绍了福州琅岐闽江大桥防水粘结体系的选择及Hedisumer-MMA体系的防水设计, 详细阐述了该桥面抛丸除锈、防水粘结体系的施工工艺流程, 并提出了相关施工注意事项。
关键词：防水粘结体系,抛丸除锈,注意事项,甲基丙烯酸树脂
防水粘结技术 篇2
近年来,我国科研机构和院校以国外技术为基础,先后引进和开发了双层SMA、环氧沥青混凝土和浇注式沥青混凝土三大钢桥面铺装体系。随着技术研究的日益深入,国内外相继出现了一系列新的钢桥面铺装结构和防水粘结材料。
防水和粘结是钢桥面铺装的核心技术问题[1],防水层除必须具备防水的自身功能外,还必须满足铺装结构力学性能,即层间粘结强度,而粘结层在满足其粘结性能的前提下,也应尽量满足防水要求。非传统铺装一般针对特定交通问题而设计,防水粘结层除须满足以上要求外,还必须考虑气候、交通、桥面系的力学特征和材料相容性等技术要求。国外对钢桥面铺装技术的研究起步较早,针对特定问题尝试了多种铺装体系。
本文对国内外非传统钢桥面铺装体系的防水粘结技术进行介绍、分析和总结,以供业内人士提供参考。
1钢桥面水泥混凝土铺装防水粘结技术
1.1国外钢桥面水泥混凝土铺装
桥面顶板厚度较小时(≤12 mm),桥面系刚度过低,其疲劳细节的峰值应力过大,繁重的交通荷载会导致铺装层出现早期破坏[2],桥面正交异性板及纵向支承的加劲肋部位易出现疲劳裂缝[3]。应对这种问题, 有效的方法是增加铺装层的结构刚度和弹性模量。目前,荷兰和日本主要采用水泥混凝土进行旧铺装的更换,而中国在一些新建钢桥上也采用了类似铺装技术。各国的水泥混凝土铺装除混凝土材料强度不同之外,主要区别在桥面钢板上铺装层的防水粘结技术。
荷兰的Caland Bridge、Moerdijk Bridge[4]等一些钢桥面铺装维修工程中使用了高密配筋的HRUHPC水泥混凝土,其防水粘结层采用了双组分环氧树脂,固化前撒布铝土岩集料,以增加铺装层与钢板之间的抗剪性能,其铺装体系防水粘结层设置见图1。
HRUHPC水泥混凝土,是由超高性能水泥混凝土(UHPC)加入超增塑剂和微硅粉等改性剂,改变水泥浆中孔隙的数量、大小以及在水泥石中的分布,从而使微观结构变得更为致密,提高其强度[5]。UHPC孔隙率较小,铺装层具有良好的防水和抗冻融破坏的能力,因此,这种铺装体系的防水粘结层可着重于粘结性能。环氧树脂在德国和中国的浇注式沥青混凝土铺装中,被证明是一种优良的防水和粘结材料,在荷兰HRUHPC铺装结构中,采用环氧树脂作为防水粘结层是合理的,并得到了广泛应用。
日本的Yokohama Bay Bridge和Ohashi Bridge等钢桥,主要采用混凝土基体中掺入乱向分布的短细钢纤维,再用碳纤维增强复合材料(CFRP)加固而成的钢纤维混凝土(SFRC)。防水粘结层采用双组分环氧树脂,并在桥面钢板两侧焊接一排或两排剪力钉, 将铺装层与钢板连接在一起,以防止收缩应力引起的铺装层滑动。近期,日本Metropolitan Expressway公司的一些工程中采用了50 mm厚SFRC钢纤维混凝土铺装层和30 mm厚OGFC多孔沥青混凝土磨耗层, 两层之间设置溶剂型粘结剂防水膜[6],其铺装体系防水粘结层设置见图2。
SFRC钢纤维混凝土与普通水泥混凝土有类似的配合比、且孔隙率较大,毛细作用及动水压力仍有可能使桥面钢板出现水腐蚀问题。图2所示SFRC铺装体系中也采用了环氧树脂作为防水粘结层,环氧树脂本质上属于涂膜类防水粘结材料,但涂料厚度较大、接近1 mm,因此体系的防水性能虽略显薄弱,但在交通荷载不是很重的情况仍能满足防水要求。 SFRC铺装体系除采用环氧树脂粘结层外,还使用了溶剂型粘结剂防水膜,兼具防水和粘结作用,使体系防水性能达到设计要求。
1.2国内钢桥面水泥混凝土铺装
近年,由武汉理工大学参与设计与技术研发的武汉香港路立交桥、深圳红桂路钢桥和汉蔡高速红庙互通匝道等新建桥梁,采用了SFRC铺装体系[7];而由湖南大学设计研发的广东马房北江大桥铺装维修工程, 则采用了UHPC铺装体系[8]。前者的防水粘结层采用环氧沥青或环氧富锌漆,并采用高密分布的剪力钉把桥面钢板与铺装紧密连接,磨耗层与SFRC水泥混凝土之间设置了沥青类防水膜;后者在铺装层与桥面钢板之间未设置防水粘结层,但在磨耗层与UHPC水泥混凝土之间采用了高粘沥青,并撒布4.75~9.5 mm厚细碎石作为应力吸收层。铺装体系防水粘结层设置见图3—4。
图3所示的SFRC铺装体系采用了与日本SFRC组合铺装体系相似的防水粘结设计方案,能够满足防水要求;而图4所示UHPC体系中未设置防水层,由于UHPC水泥混凝土孔隙率较小,能够起到一定的防水作用,但整体结构防水性能略差,可考虑采用双组分环氧树脂作为防水粘结层。
2钢桥面聚合物混凝土铺装防水粘结技术
2.1钢桥面薄层聚合物混凝土铺装
薄层聚合物混凝土铺装(TPO)主要应用于美国和荷兰,大多作为水泥混凝土桥梁增加防水与抗滑性能的铺装措施[9],在美国Bronx Crossing Span Bridge of Triboro、Bronx -Whitestone Bridge和East River Suspension Span Bridge of Triboro等钢桥面铺装中曾有应用[10~11]。铺装层采用了聚合物砂浆或多层树脂撒碎石表面处理两种方式,胶结料采用聚酯、环氧树脂或甲基丙烯酸甲酯树脂,结构厚度一般小于10 mm, 可以起到降低桥梁荷载的目的。防水粘结层采用与聚合物混凝土胶结料相同的材料,以保证防水粘结层材料和铺装层材料具有更好的相容性,防腐层采用无机富锌漆,桥面钢板做喷砂除锈处理。其铺装体系防水粘结层设置见图5。
由于聚合物砂浆采用了高达近20%的聚合物胶结料和硅粉,混凝土密实无孔隙,能起到良好的防水效果;采用1 mm厚的聚合物层也能够起到良好的防水和粘结作用,使整体桥梁结构防水性能优良。图中所示多层树脂撒碎石表面处理,是以树脂材料作为防水粘结层,其上撒布碎石后再涂布2道以上的树脂材料,能够实现密水效果,防水性能良好。
2.2钢桥面FRP顶板+TPO铺装
美国的Morrison Bridge、Broadway Bridge、Market Street Bridge以及意大利的Siuslaw River Bridge等一系列活动钢桥上,采用了纤维增强复合材料(FRP)板作为桥面顶板;还有一些钢桥面顶板维修工程中,采用了FRP材料制作的SPS夹芯板。FRP的特点是质量轻、强度高、防腐和防火性能好,且易成型、安装和维修。FRP顶板或SPS夹芯板上常采用薄层聚合物混凝土铺装,其原因是两者同属聚合物材料,力学性能相近且材料相容性较好。防水粘结层采用的是聚合物树脂材料,其上撒布碎石以形成剪力键,增强铺装层与顶板之间的抗滑能力。与TPO混凝土铺装不同的是,该体系因FRP顶板材料本身具有优良的防腐性而未设置无机防腐层。其铺装体系防水粘结层设置见图6。
图中所示铺装结构采用FRP材料制作的顶板, 本身具有优良的防腐性能,因此对防水性能的要求不如钢桥面高,但水分的存在会加剧铺装脱层和裂缝等病害。由于聚合物砂浆和聚合物粘结层同样都具有良好的防水性能,因此体系的防水设置能够满足设计要求。
3钢桥面ERS树脂沥青组合铺装防水粘结技术
树脂沥青组合(ERS)体系是EBCL防水粘结层+ RA05树脂沥青混凝土+SMA13沥青混凝土的简称[12]。该铺装技术由中国自主研发,并在实践中反复进行技术提升,目前已发展相对成熟。该铺装技术以改善正交异形板桥面系刚度为目的,其防水粘结层采用树脂撒布石屑(EBCL),即使用树脂沥青作为底涂层, 其上撒布等粒径碎石以增加铺装层与桥面钢板间的抗剪性能,EBCL上再涂刷一层树脂沥青粘结剂以提高层间防水和粘结性能,其铺装体系防水粘结层设置见图7。
和普通环氧树脂防水粘结体系不同的是,ERS铺装采用冷拌方式进行施工。由于RA05胶结料用量达9%,且孔隙率较小(0%~2%),同样起到较好的防水效果。
4钢桥面灌注式环氧树脂混凝土铺装防水粘结技术
灌注式环氧树脂混凝土,综合了环氧沥青混凝土高强耐久性和浇注式沥青混凝土孔隙率低、防水性能强的特点,目前主要用于一些桥面铺装维修工程和钢混结合段铺装工程,如永川长江大桥和赣江公路大桥。灌注式环氧树脂混凝土采用了大孔隙骨架结构, 然后灌注环氧树脂,防水粘结采用甲基丙烯酸甲酯树脂(MMA)防水粘结体系。其铺装体系防水粘结层设置见图8。
灌注式环氧树脂混凝土具备浇注式沥青混凝土孔隙率较小的特点,能够起到良好的防水作用。MMA防水粘结体系本身具有较大的厚度和优良的防水能力,而环氧树脂粘结层起到粘结上、下铺装层作用的同时,也能够起到封水作用,因此这类铺装体系防水粘结层的设置能够满足防水设计要求。
5结论
非传统钢桥面铺装技术一般以桥面系补强、表面抗滑、降低荷载以及桥面铺装维修为目的,其防水粘结层设置除满足常规要求外,还须满足特定条件下的性能要求。这些钢桥面铺装技术大多采用聚合物树脂类材料(特别是环氧树脂)作为防水粘结层,并与铺装层共同组成完善的防水体系。
环氧树脂类材料强度高,具有憎水性,是经过长时间和大量工程检验的优良防水材料。但是环氧树脂类材料施工时对界面水分极其敏感,容易导致粘结强度不足而出现脱层和裂缝。在实际工程中,除应确保界面干净、干燥、所撒布的碎石不含水分之外,还应在材料固化强度不受影响的前提下,提高环氧树脂用量,以形成较厚的防水层,提高防水可靠性。
摘要：非传统钢桥面铺装体系,是针对特定交通条件的桥面铺装设计,其防水粘结层的设置必须同时满足常规和特定情况下的技术要求。本文对中外非传统钢桥面铺装体系进行了阐述,总结了各体系防水粘结层的所属类型、技术特征和设置的合理性,并对实际工程中环氧树脂的用量提出了建议。
防水粘结技术 篇3
1试验方法
1.1 试件成型
先用丙酮将上下两块不锈钢槽板进行清理, 用隔离剂涂刷一遍, 然后将上下两块槽板对接, 放入120℃的电热鼓风干燥箱中保温4h。不锈钢槽板保温结束后, 按照前述制备方法把制备好的各环氧基防水粘结材料, 立即倒入槽板内, 并进行振动, 再将其放回120℃干燥箱中, 保温2h, 然后降温至60℃保温4d (日本环氧粘结剂需持续在40℃下保温2d, 不需在120℃下保温不锈钢槽板及养生) , 使其充分固化。养生完成后, 取出, 将槽板打开, 用小刀将试件脱模。脱模后将试件在所需的试验温度 (20℃±1℃) 下放置2h, 然后用切片机切成哑铃状的试件, 制备6个试件。成型模具如图1所示, 拉伸试验试件尺寸如图2所示。
附注:A-总长, 最小值115 mm B-标距段的宽度, 6.00+0.4 mm C-标距段的长度, 33±2 mm
D-夹持线 E-半径, 14±1 mm F-半径, 25±2 mm G-端部宽度, 25±1 mm
H-夹具间的初始距离, 80±5 mm L-标距线间的距离, 25±1 mm
1.2 试验程序
将试件在标准条件下放置2h, 然后将试件安装在拉力机夹具中, 记录拉力机标尺所示数据 (L0) , 试件安装不得歪斜, 拉伸速度为500mm/min, 拉伸试件直至出现裂口或断裂等现象为止, 记录此时标尺数据 (L1) , 读数精确到0.5mm。
1.3 结果计算
拉伸断裂强度如式 (1) 计算:
P=F/A (1)
式中:P——拉伸断裂强度, MPa;
F——试件最大荷载, N;
A——试件断面面积, mm2。
试件断面面积如式 (2) 计算:
A=b·d (2)
式中:b——试件工作部分宽度, mm;
d——试件实测厚度, mm。
断裂延伸率按式 (3) 计算:
undefined (3)
式中:L——试件断裂延伸率, %;
L1——试件断裂时标线间的距离, mm;
L0——拉伸前标线间的距离, mm。
试验结果以六个试件的算术平均值表示, 取三位有效数字。
2试验结果
按照拉伸试验的试验方法, 进行各环氧基防水粘结材料在不同组分比例下的拉伸试验, 国产HLN-7611环氧沥青的拉伸试验结果如图3所示, 日本环氧粘结剂的拉伸试验结果如图4所示, 日本环氧粘结剂的拉伸试验结果如图5所示。
2.1 国产HLN-7611环氧沥青的拉伸试验结果
由国产HLN-7611环氧沥青在不同组分比例下的的拉伸试验结果可知, 拉伸强度和断裂延伸率随组分比例变化呈现出不同的变化规律。拉伸强度随比例 (B:A) 的增大而先增大后减小, 在比例 (B:A) 为7.6时达到峰值, 为0.940MPa。断裂延伸率随比例 (B:A) 的增大而先减小后增大, 在比例 (B:A) 为7.6时为188%, 比最佳断裂延伸率降低约15%, 此最佳断裂延伸率对应的拉伸强度比最佳值降低约31%。由于桥面防水粘结材料需要具有较高的拉伸强度和断裂延伸率, 根据此拉伸试验结果可以进一步确定国产HLN-7611环氧沥青的最佳组分比例B:A=1:7.6, 因为在比例 (B:A) 低于或高于7.6时, 由于A组分或B组分较多, 没有充分发生固化反应, 存在多余的A组分或B组分, 导致强度不足, 断裂延伸率出现波动。
2.2 日本环氧粘结剂的拉伸试验结果
从日本环氧粘结剂的拉伸试验结果可见, A、B两组分比例不同, 其性能差异较大。当A组分环氧树脂与B组分固化剂之比为1:0.8时, 拉伸强度最大, 但断裂延伸率最低, 不能满足防水粘结材料高延伸率的要求;当A组分与B组分之比为1:1时, 拉伸强度为5.932MPa, 且断裂延伸率达到最大, 为616%, 综合性能最优。因此, 可以进一步确定日本环氧粘结剂的A组分环氧树脂:B组分固化剂=1:1为其最佳配比。
2.3 日本环氧沥青的拉伸试验结果
从日本环氧沥青的拉伸试验结果可见, A组分环氧树脂与B组分固化剂之比为1:0.8和1:1.1时, 断裂延伸率较低, 不能满足防水粘结材料高延伸率的要求;当A组分与B组分之比为1:0.9时, 拉伸强度为2.710MPa, 且断裂延伸率达到853%;当A组分与B组分之比为1:1时, 拉伸强度为5.932MPa, 比A:B=1:0.9时增大约68%, 且断裂延伸率达到604%, 比A:B=1:0.9时降低约29%, 综合性能最优。因此, 可以进一步确定日本环氧粘结剂的A组分环氧树脂:B组分固化剂=1:1为其最佳配比。
3不同环氧基防水粘结材料的拉伸试验结果比较
综合各环氧基防水粘结材料在其最佳配比下的拉伸强度和断裂延伸率, 如图6和图7所示。由图可见, 日本环氧粘结剂的拉伸强度和断裂延伸率均高于国产HLN-7611环氧沥青和日本环氧沥青, 其中拉伸强度分别比国产HLN-7611环氧沥青和日本环氧沥青增大约530%和30%;断裂延伸率分别比国产HLN-7611环氧沥青和日本环氧沥青增大约228%和2%。究其原因为:日本环氧粘结剂不掺加沥青, 环氧树脂与固化剂能够充分固化反应, 而另两种材料中均需加入沥青, 沥青的存在可能会对固化反应有一定影响;且日本产和国产所采用的环氧树脂和固化剂种类不同, 分子内化学键作用力不同, 分子间链与链结合力不同, 最终导致拉伸强度和断裂延伸率的差异。
4结论
本章分别对国产HLN-7611环氧沥青、日本环氧粘结剂、日本环氧沥青等三种环氧基防水粘结材料进行制备并比较测试其拉伸性能。根据相关试验结果, 可以得出以下结论:拉伸性能优劣依次为:日本环氧粘结剂、日本环氧沥青和国产HLN-7611环氧沥青, 在最佳配比下所能达到的拉伸强度分别为5.932MPa、4.451MPa和0.940MPa, 断裂延伸率分别为616%、604%和188%。
参考文献
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防水粘结技术 篇4
关键词：防水粘结层,环氧下封层,剪切试验,抗剪强度,抗热冲击试验
美国从20世纪60年代开始认识到桥面发生腐蚀破坏的严重性。1979年，美国国会报告指出:研究和合理设置防水层的主要目的是保证和提高桥梁的耐久性，防水层可有效防止因冰冻造成的桥面混凝土破坏和主梁钢筋的锈蚀，设置防水层的费用和效益比为1∶2.75，显然经济效益十分显著。我国从20世纪80年代开始逐渐认识到桥面锈蚀的危害性，开始意识到桥面防水的重要性。根据对桥面防水材料使用条件的分析，认为其不仅要具有不透水性、耐高温、低温性、耐腐蚀性、耐老化性，还要与桥面铺装层具有良好粘结力，更重要的是能抵抗汽车水平荷载和垂直应力的综合作用，具有良好的抗剪性能，具有抵抗桥面裂缝的张拉作用和疲劳影响等作用。环氧下封层属于热固性柔性防水材料，它由一定比例的环氧树脂与固化剂混合后发生复杂物理化学反应而得到。本文对环氧下封层材料的使用性能进行试验研究，得出环氧下封层的合理结构形式。
1 试验方法
1.1 试验方案
通过如下试验对防水粘结层的力学性能进行评价:1)压剪试验，为检验防水粘结层抵抗行车荷载水平力作用下产生在防水粘结层位置处的剪切应力的能力，采用压剪试验来评价防水粘结层的抗剪能力;2)拉拔试验，桥面板与沥青混凝土铺装层的粘结强度对铺装体的抗疲劳特性有很大影响，为了检验上下两层间的粘结强度及对面层整体结构强度的影响，采用拉拔试验确定防水粘结层与桥面板和沥青混凝土铺装层之间的粘结力状况。
1.2 试件的成型
采用表1结构成型试件，此结构为常用的桥面铺装结构，可以反映防水粘结层的实际工作状况，模拟现场实际的施工环境和施工过程。
1.3 环氧下封层层数和材料用量
环氧下封层的层数采用单层及双层两种方案。单层分别撒布1.18 mm～2.36 mm及2.36 mm～4.75 mm两种类型的碎石;双层中底层分别撒布0.3 mm～0.6 mm,1.18 mm～2.36 mm,2.36 mm～4.75 mm三种类型的碎石，上层撒布的碎石粒径分别为1.18 mm～2.36 mm,2.36 mm～4.75 mm,4.75 mm～9.5 mm。
环氧下封层的材料用量是在参考JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范的基础上，根据实际撒布效果而确定的，各方案具体用量见表2。
2 剪切试验结果及分析
对于各方案，采用(25±2)℃的温度进行剪切试验，模拟常温条件下防水粘结层的抗剪强度。试验时，每组准备3个平行试件。各方案剪切试验结果见表3，剪切试验试件破坏界面图见图1。
从表3及图1可以看出:
1)从压剪试验结果来看，撒布同等粒径的碎石，双层环氧下封层的剪切强度要大于单层环氧下封层。分析其原因，单层环氧下封层碎石之间的间隙要大于双层环氧，双层环氧由于使用了两层粗细不同的碎石，小碎石弥补了大碎石的空隙，提高了环氧下封层的密实度和粗糙度，由此提高了环氧下封层的抗剪能力。因此双层环氧具有更好的使用保证性。2)不同粒径的环氧下封层，撒布大粒径碎石的抗剪强度要大于撒布小粒径碎石的，且提高程度较为明显。由于撒布大粒径碎石能够有效的提高试件的抗剪面的接触面积，从而提高环氧下封层的抗剪强度。
3 拉拔试验结果及分析
除了进行压剪试验，还进行拉拔试验，以便较为全面地评价防水粘结层的层间粘结效果。拉拔试验采用与剪切试验相同的试件，试验在常温(25±2)℃下进行，试验结果见表4，拉拔试验试件破坏界面图见图2。
从表4及图2可以看出:
1)从拉拔试验结果来看，不同粒径的环氧下封层，撒布小粒径碎石的粘结强度要大于撒布大粒径碎石的。分析其原因，撒布大粒径碎石后降低了环氧树脂的接触面积，因而降低了整体的粘结强度。2)同等粒径，双层环氧下封层结构的粘结强度要大于单层环氧下封层，双层环氧由于使用了两层粗细不同的碎石，小碎石弥补了大碎石的空隙，提高了环氧下封层的密实度和粗糙度，与沥青混凝土的联接面积增大，由此提高了环氧下封层的粘结强度。
4 抗热冲击试验
通过观察环氧下封层防水材料在热冲击作用下材料是否出现翘曲、开裂等变形，检验环氧下封层材料是否具备抵抗沥青混凝土施工温度(高温破坏)的性能，在摊铺碾压的时段内是否可抵抗短期温度破坏。
4.1 试验方法
1)将导热油在锅中加热，加热温度至250℃左右(模拟浇筑式沥青混凝土摊铺的冲击温度)。2)将准备好的试件，放入准备好的托盘中，注意清除在试件和托盘上的水分，否则容易引起水的迅速沸腾。3)将加热好的导热油倾倒在试件表面，观察试件变化情况。其过程见图3，试验后环氧下封层的情况见图4。
4.2 试验结果分析
通过观察抗热冲击试验中环氧下封层试件的变化情况可以发现:试件在250℃导热油冲击作用下，表面没有明显的变化，没有出现环氧下封层材料的翘曲和开裂，并且经过热冲击30 min后试件依然没有明显的变化，由此可以判定环氧下封层材料完全具备抵御250℃热冲击的性能，可以抵抗沥青混凝土施工温度(高温破坏)的性能，在摊铺碾压的时段内可抵抗短期高温的破坏。
5 结语
1)双层环氧下封层由于使用了两层粗细不同的碎石，小碎石弥补了大碎石的空隙，减小了环氧下封层碎石之间的间隙，提高了环氧下封层的密实度和粗糙度，所以双层环氧下封层结构的抗剪强度和粘结强度要大于单层环氧下封层结构。2)撒布小粒径碎石的环氧面比较光滑，环氧下封层与沥青混凝土铺装层联接面积大，所以撒布小粒径碎石的环氧下封层粘结强度要大于撒布大粒径碎石的环氧下封层。3)撒布大粒径碎石的环氧下封层能够有效的提高试件抗剪面的接触深度，可有效提高抗压剪强度。所以，不同粒径的环氧下封层，撒布大粒径碎石试件的抗压剪强度要大于撒布小粒径碎石的试件，撒布小粒径碎石的环氧下封层具有更好的使用保证性。4)试验结果表明双层环氧树脂较单层环氧树脂具有更大的抗剪强度和粘结强度，撒布碎石的最佳粒径为，底层0.3 mm～0.6 mm，上层1.18 mm～2.36 mm。5)环氧下封层材料完全具备抵御250℃热冲击的性能，在热沥青混凝土的施工过程中环氧下封层材料能够保证材料的完整性。
参考文献
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防水粘结技术 篇5
桥面防水体系的修筑是提高桥梁使用寿命的重要保证,不容忽视,它与面层的设计与施工是有机的整体,许多国家重视防水层的应用。目前,国内已明确沥青铺装必须由防水粘结层和面层组成,但对桥面防水粘结的研究和实验才刚刚起步。桥面防水粘结材料和施工工艺主要参照房屋建筑防水工程,尚未建立一套适用的性能指标和实验手段。
防水粘结层将桥面板与铺装层联结为一个整体,可有效改善桥面铺装结构的受力状况,对铺装层的使用耐久性影响显著:粘结层将沥青混凝土铺装层与桥面板粘结成一个整体,充分发挥铺装层与桥面板的复合作用,改善桥面板与铺装层的受力情况。基于防水粘结层特点,对其功能有如下要求:1)高粘结强度;2)致密不透水;3)良好的适应变形能力;4)耐久性;5)与其他材料的协调性;6)施工可操作性强。
2 防水粘结材料种类
2.1 钢桥面
目前钢桥面铺装防水粘结层使用的材料可分为:热熔型粘结材料、溶剂型粘结材料和热固性粘结材料。
热熔型粘结材料由沥青掺加树脂(如松香)和各种聚合物(PVA,PE)等组成。
溶剂型粘结材料多指乳化沥青和可溶性橡胶沥青。
热固性粘结材料主要指环氧沥青,将环氧树脂加入沥青中,经与固化剂发生固化反应,形成不可逆的固化物。同前面两类材料相比,这种材料无论在粘结能力、变形能力,还是在热稳定性方面,都具有明显的优势。南京长江二桥的防水粘结层也使用的这种材料,自2001年3月通车以来,至今使用性能良好。
2.2 水泥混凝土桥面
水泥混凝土桥面铺装防水粘结层使用的材料包括:水乳沥青类、热融沥青类、封层类、胎体类、细质沥青混凝土类等,由于篇幅所限,文中介绍前三类。
1)水乳沥青类:从20世纪80年代中期开始新建高速公路后,桥面铺装多以乳化沥青或热融沥青为粘结防水层,并辅以密级配沥青混凝土,以此构成桥面防水系统。实践证明,此类防水系统起不到对桥梁结构的防水保护作用。
2)热融沥青类:热融沥青类与水乳沥青类防水材料一样,都是自20世纪80年代开始用于桥面铺装,同样起不到防水作用,而且热融沥青类防水材料由于多了加热这道工序,施工时质量更不好控制。
3)封层类:乳化沥青稀浆封层技术是以级配碎石材料为集料,以满足相关技术要求的乳化沥青材料为结合料,加入适量的水、填料以及必要的外加剂,按设计比例配制成具有一定技术性能的稀浆混合料。
3 钢桥面防水粘结材料技术指标
制定防水粘结材料技术指标时,既要考虑技术指标与钢桥面铺装防水粘结层实际需要,能够正确反映钢桥面铺装对防水粘结材料的要求,又要使技术指标能够正确全面反映防水粘结材料的性能,并通过它可以比选出性能优良的防水粘结材料。
各钢桥都根据实桥的使用条件提出了相应的技术指标以及技术要求以比选和检验防水粘结材料的相关性能。技术指标随着防水粘结材料的不同以及实桥使用条件的不同有所不同,但大多是通过防水粘结材料的针入度、软化点、回弹率、延度、与钢板的粘附力、粘度、抗拉强度等指标来检验防水粘结材料性能的。
虎门大桥、厦门海沧大桥、武汉白沙洲大桥、重庆鹅公岩大桥等大跨径钢桥均采用双层SMA沥青混凝土铺装结构。厦门海沧大桥、武汉白沙洲大桥、重庆鹅公岩大桥等桥的防水粘结层采用相同的技术指标与要求,其防水粘结层的技术指标及要求如表1所示。
南京长江二桥采用双层环氧沥青混凝土铺装结构,其防水粘结材料技术指标及要求如表2所示。
制定适度的防水粘结层技术要求也很重要,对于技术要求最重要的是保证满足钢桥实际使用性能要求如果技术要求过低则会出现满足技术要求的防水粘结材料不满足实际的使用性能要求,从而导致铺装破坏。部分钢桥就由于制定的防水粘结层粘结强度技术要求过低,无法满足铺装层与钢板之间粘结强度要求,导致钢板与防水粘结层脱层。当制定的技术要求过高,则会出现满足实际使用要求的材料不满足技术要求,造成不必要的浪费,甚至是找不到满足技术要求的材料。
4 性能试验
4.1 剪切试验
桥面铺装剪切破坏分为铺装层材料剪切破坏和防水粘结层剪切破坏两种情况,铺装层材料剪切破坏体现为铺装表面发生推移、壅包,这和普通路面常见的破坏形式相同。防水粘结层剪切破坏却是桥面铺装特有的一种破坏类型,体现为一般桥面铺装发生铺装层与桥面板之间粘结力丧失。其原因是行驶车辆的冲击、振动等所引起的垂直力和水平力的综合作用使结构层内产生的剪应力超过材料的抗剪强度。
对于铺装表面局部的壅包和推移,只是影响到桥面铺装的使用性能,而防水粘结层的剪切破坏会导致整个铺装层结构失效,因此必须严格控制防水粘结层的剪切破坏。
根据实际路况调查,水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装最主要的病害是面层沥青混凝土的剥落、松散,主要是由于在水平方向荷载作用下,桥面铺装各层之间的抗剪强度不足引起的。因此本文通过室内模拟试验,确定不同防水层材料的抗剪强度、不同环境条件对材料剪切变形性能的影响规律,以便于选择材料、结构设计时进行参考。图1为剪切试验示意图,当对试件施加荷载P时,试件受剪面剪切强度为:
其中,P为作用荷载,N;S为试件受剪面积,m 2;τ为剪切强度,Pa;α为剪切面与水平面的夹角。
因为汽车制动力的检测要求汽车制动力总和与整车重量的比例为空载大于60%,满载大于50%。因此,图1中α角必须小于59°,根据已有经验,取α=40°时与刹车情况相似,为最不利情况。又考虑实际中刹车作用速度较快,加载速度取50mm/min。
4.2 拉拔试验
拉拔试验可用于检验防水粘结层与钢桥面板以及防水粘结层与铺装层之间的粘结性能,同时也能反映铺装层的抗拉性能,因而拉拔试验是钢桥面铺装研究中一项重要的试验内容。在材料比选阶段拉拔试验作为材料比选的重要依据之一同时也是确定防水粘结层合理撒布量的主要试验之一,在复合梁结构研究阶段拉拔试验作为一项基本评价指标用于检验铺装的粘结性能是否达到了相应的技术要求。在钢板上成型铺装层,养护一段时间后钻取芯样,再用快凝环氧树脂将一个带有拉杆的圆形钢板粘贴在芯样的表面,待固化后对拉杆加力,直至破坏。
4.3 拉伸试验
钢桥面铺装在荷载、温度、裂缝等外界因素作用下发生变形,防水粘结层应能够随着上下接触层协调变形,这就需要防水粘结材料能够有一定的抗拉强度以及一定的变形能力。防水粘结材料的断裂延伸率和抗拉强度表征着防水粘结材料与铺装以及钢板之间的协调工作能力。
防水粘结材料的拉伸试验用以反映防水粘结材料受拉破坏的应力和应变,测得的主要指标为防水粘结材料的抗拉强度和破坏时的应变即断裂延伸率。
我国《沥青和沥青混合料试验规程》中没有拉伸试验的具体要求,南京长江二桥在防水粘结层研究中进行了此项试验,试验参照ASTM的标准进行。
4.4 不透水试验
防水粘结层的一个主要功能即为防水。因此,在原始状态下要求防水粘结材料必须具备不透水性能。
在规定面积的牛皮纸一面,均匀涂刷正常用量的粘结材料,在室温下放置实干,将准备好的试件置于平整板面,使用路面渗水仪检测57cm水柱下30min后牛皮纸的另一面是否潮湿,注意水的渗透情况。
5 结语
防水粘结材料需要具有粘度高、不透水、耐久性好、适应变形性强、施工容易等特点,防水粘结层要根据钢桥面和水泥混凝土桥面的特点来合理选择。防水粘结材料的技术指标要根据实际工程需要制定,偏低、过高都不合适。防水层的使用性能可通过剪切试验、拉拔试验、拉伸试验、不透水试验来进行室内模拟验证,判断其是否满足工程需要。
摘要：在对国内外防水层应用现状调研的基础上,总结了防水层的功能要求,深入分析了钢桥面和水泥混凝土桥面防水层的特点,对比分析了防水粘结材料的各技术指标,并通过剪切、拉拔、拉伸及不透水试验验证了防水粘结材料的使用性能。
关键词：桥面铺装,防水粘结层,技术指标,使用性能
参考文献
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防水粘结技术 篇6
1 防水粘结层新强度指标概念
目前桥面一般采用喷洒类防水粘结层加碎石撒布的方式进行防水粘结层施工[1]。防水粘结层大都采用高温加热条件施工[2],采用加碎石撒布的方式,可以很好地缓解防水粘结层施工过程中的粘轮现象,并增强粘结层与铺装层之间的嵌挤作用,增强沥青混合料铺装层抗推移性能[3],防水粘结层界面粘结层见图1。但是由于碎石的撒布,也会明显减少防水粘结层与沥青铺装层的有效接触面积,对粘结效果有一定的不利影响。因此在进行防水粘结层性能评价时,经常出现材料评价性能与现场使用性能检测差别较大的现象,导致对防水粘结层材料性能不能准确地进行评价。
针对存在碎石和不存在碎石的情况分别考虑,提出3种分类强度概念:
(1)层间剪切强度:是指应力吸收层(含沥青和碎石)界面所能承担的最大允许剪应力。通常的检测方法是取芯法或复合件的抗剪强度试验。
(2)层间拉拔强度:是指应力吸收层(含沥青和碎石)界面所能承担的最大允许拉应力。通常的检测方法是取芯法或复合件的拉拔强度试验。
(3)沥青界面粘结强度:是指应力吸收层中的沥青界面所能承担的最大允许拉应力。通常的检测方法是附着力强度试验。
2 附着力拉拔试验
以往的室内评价试验通常采用复合件拉拔强度来评价粘结层粘结强度[4],此种试验在界面构造上虽与现场状况比较类似,但复合件的相关检测试验无论室内试验还是现场试验,均需采用取芯法进行试件制样。由于取芯试验方法比较复杂,试验周期长,并且取芯法的检测对桥面破坏较大,取芯位置难以修补完善,故需要考虑以层间剪切强度指标为基础,转化为其他测量方式及相应指标。
因此提出新型的附着力拉拔试验(见图2),附着力拉拔试验可用于检验防水粘结层与水泥混凝土桥面板以及粘结层与铺装层之间的粘结性能,同时也能反映铺装层的抗拉性能。通过试验可反映 材料在不同温度条件下(通常选择常温20 ℃以及高温40 ℃),粘结层与水泥混凝土桥面板之间的粘结能力。
新型附着力拉拔试验主要具有以下优点:
(1)仪器简易,携带方便,试验操作简便;
(2)可实时获得检测数据,及时反映桥面防水粘结层的实际状况;
(3)可通过室内不同温度的试验结果,对防水粘结层粘度随温度的变化趋势进行拟合,作为现场检测结果温度折算的依据。
3 桥面铺装防水层界面强度评价新指标
根据目前工程应用情况可知,由现场取芯进行性能验证试验实施难度较大,并且会对桥面造成破坏,因此试验侧重室内评价,通过研究建立桥梁典型结构的评价指标体系。考虑到附着力强度试验方法所检测的沥青界面粘结强度指标试验操作简单,试验结果获得及时,故选择沥青界面粘结强度指标为最终的界面控制指标。
试验选择SBS改性沥青和橡胶沥青作为典型防水粘结层,分别选择常温20 ℃和高温40 ℃进行室内测试,复合件强度与附着力拉拔试验强度比例汇总见表1。桥面防水粘结层的碎石撒布量与界面抗拉强度有一定的关系,即附着力拉拔试验为全界面沥青强度,而复合件拉拔试验为部分界面拉拔强度。
根据力学特征分析可知,斜剪试验结果应为拉拔试验结果的undefined倍。结合室内试验结果可知,复合件拉拔强度与复合件剪切强度比例接近1.2至1.6,排除实际操作过程中试件成型、试验操作误差等不可避免的影响外,基本满足undefined倍的关系。
分析复合件拉拔强度与附着力强度的关系,即全沥青界面与部分沥青界面强度比例,结合表1数据可知,强度比例约为0.15～0.18。本试验试件的防水粘结层碎石撒布覆盖率设置为80%,与强度比例之和为100%。因此可推导出如下关系式:
沥青界面粘结强度undefined
根据江苏省高速公路沥青路面施工技术规范(JTG F40—2004),防水粘结层热喷改性沥青碎石撒布量为60%～70%,因此碎石覆盖率取平均值65%,考虑安全系数后得到如表2所示的沥青界面粘结强度力学指标。
MPa
根据力学分析的结果,桥面铺装下层比路面下面层的力学环境更为严苛,各项力学指标都接近铺装上层的标准,因此推荐桥面铺装下层沥青混合料的各项路用性能指标与施工控制标准采用铺装上 层的路用性能指标,混合料各项性能尽量接近铺装上层的沥青混合料。
4 结语
本文采用理论分析结合室内试验验证的方式,对目前桥面铺装防水粘结层主要评价方法进行改进,提出新型附着力拉拔试验方法,建立剪切强度和粘结强度的转换公式。同时在界面剪应力指标的基础上,考虑试验检测的便利性,将界面剪应力指标转化为可用附着力拉拔试验检测的沥青界面的粘结强度指标,最终得出沥青界面粘结强度指标,分别为重载常温为1.2 MPa,重载高温为0.7 MPa。
摘要：针对桥面铺装防水粘结层界面强度评价方法进行研究。结果表明:新型附着力拉拔试验可有效反映粘结层与桥面板之间的粘结能力,对于碎石撒布防水粘结层可应用公式实现界面粘结强度与层间剪切强度的换算,对于重载和大跨度桥梁结构,防水层拉拔强度指标分别为常温1.0MPa,高温0.7MPa。
关键词：桥面铺装,防水粘结层,拉拔试验,界面强度
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防水粘结技术 篇7
在桥面铺装体系中, 防水粘结层一直是其中的一个重要部分。一个整体性能好的防水粘结层能很好地抵抗层间的剪切破坏以及水损害。因此, 对桥面防水粘结层的研究也至关重要。本文通过室内试验对几种市面常见防水层的路用性能进行评价, 并引进了桥面防水层现场质量检测仪技术, 对各种桥面防水层进行现场检测分析, 在以上基础上推荐合适的桥面防水材料。
2 防水层类型使用现状调查
随着沥青路面建设水平的提高, 对桥面防水层也越来越重视, 应用过程中逐步提出了许多类型的桥面防水层材料, 其中以涂膜类桥面专用防水层、结构性防水层、卷材类防水层为主。
(1) 涂膜类桥面专用防水层
涂膜类桥面防水层大多采用石油沥青为基料, 配以表面活性剂及多种化学助剂为辅助原料, 再掺加大剂量的高分子材料, 经高温共聚改性后, 再经过特殊工艺乳化, 经过专用设备而加工的一种水基性防水涂料。此类涂料能将混凝土箱梁上现浇混凝土的毛细孔隙和细小裂缝完全封闭, 以阻隔水分自下而上从水泥混凝土桥面板进入到桥面铺装中[1], 同时也能阻隔水分自上而下从桥面铺装渗入到水泥混凝土桥梁结构中。
(2) 结构性防水层
近年来, 结构防水材料也常用于桥面防水粘结层, 常用的有改性乳化沥青+碎石、改性沥青+碎石、橡胶沥青+碎石及沥青胶砂等。结构性防水粘结层由于碎石的作用, 一方面可以减少施工过程中机械对防水层的破坏及粘轮作用, 另一方面可以增强粘结层与铺装层之间的嵌挤作用, 增强沥青混合料铺装层抗推移性能, 增强抗剪切强度[2]。
(3) 卷材类防水层
卷材类防水材料共同的特点是具有良好的耐热性、强度高、延展性好、耐疲劳性高。桥面铺装用卷材按施工方法不同, 可分为热熔型、热粘型、冷粘型、自粘型等。按涂覆材料的不同, 可分为沥青类防水卷材、聚合物沥青类防水卷材、合成高分子防水卷材等三类。按胎体的不同可分为热熔型、热粘型、冷粘型、自粘型等。按撒布料或隔离的不同可分为页岩面、砂面、铝箔面等多种。
通过对桥面防水层类型的调查可见, 桥面防水粘结材料整体而言可分为涂膜类防水层、结构性防水层、卷材类防水层等。几种防水材料在防水机理、技术特性、适用条件等方面都存在着较大的差异, 本文结合室内试验选取了目前市场上使用较为普遍的涂膜类FYT防水材料以及结构性防水层橡胶沥青+碎石、SBS改性沥青+碎石、SBS改性乳化沥青+碎石作为室内研究对象, 对其做出了性能评价。
3 防水层室内性能试验
桥面防水层的性能要求包括施工性能、防水性能、强度要求等。由于防水层种类较多, 为便于工程中防水层的选择, 提出合适的防水粘结层技术标准是十分必要的。根据地方规范并结合相应文献提出了桥面防水层技术标准[3], 标准如表1所示。
注:表中拉拔强度和剪切强度适用于室内试验和现场质量检测。
根据表1的技术标准, 进行了防水层室内试验, 以评价不同防水材料的路用性能, 试验中各类材料的用量如表2。
(1) 剪切强度试验
成型尺寸为10 cm×10 cm×5 cm水泥混凝土试块, 对水泥混凝土试块进行打毛来模拟水泥混凝土表面状况, 增强表面粗糙度以提高层间抗剪强度。在水泥混凝土试块上粘贴不同的防水粘结材料, 按沥青混合料试件的制作方法 (静压法) , 在水泥混凝土试块上加压成型10cm×10 cm×5 cm的沥青混合料 (级配采用普通AC-13) , 成型后的试件在室温中静置24 h。将成型的剪切试件置于要求的试验温度 (20℃、40℃) 恒温空气箱中保温4 h以上, 将试件取出, 在压力机上立即进行剪切试验 (试验示意图如图1所示) , 试验剪切角度为45°, 加载速度为10mm/min时测得造成剪切破坏的最大剪切作用力结果如表3所示。
由表3温度的变化可知, 路面层间抗剪强度随温度变化较大, 在高温下抗剪强度明显降低, 这与路面发生推移主要集中在夏季高温时情况相吻合。由抗剪强度计算公式τ=c+σtanα可知[4], 夏季高温时沥青路面与混凝土之间的粘结力c下降, 这是导致路面夏季出现推移的重要原因。
注:表中改性乳化沥青用量为纯沥青用量 (kg/m2) 。
此外, 大部分材料符合剪切强度要求, 其中橡胶沥青+碎石的这种防水粘结层无论在40℃还是20℃表现出来的抗剪强度是最高的, SBS改性沥青+碎石抗剪强度在高温下则下降得很厉害, 但基本也能满足技术要求。FYT防水材料抗剪无论在20℃还是40℃下抗剪强度表现都不符合技术要求, 同时改性乳化沥青剪切强度较弱, 与技术要求相差甚远。
(2) 拉拔强度试验
在桥面铺装中, 梁板与沥青混凝土的粘结强度对铺装体的抗疲劳特性有很大影响, 可以采用拉拔试验来确定防水粘结层与梁板和沥青混凝土的粘结力状况[5]。同时, 也能反映两种混合料分层施工时的层间粘结力。与剪切试验试件成型基本相同, 用车辙板预制5cm厚的水泥混凝土试件, 然后按“表面处理—涂刷防水粘结层—普通AC-13沥青混凝土”的顺序成型试件。待试件完全冷却固化后, 用钻芯机钻取孔径为10cm的试件, 用快凝环氧树脂将试验拉头粘在沥青混凝土表面, 养护12h后, 将芯样放于拉力试验仪中, 以100~200N/s的固定速度对拉杆加力, 直至芯样破坏, 试验装置如图2所示, 试验结果如表4所示。
由表4可知, 4种防水材料在不同温度下的拉拔强度远远高于技术要求, 其中又以橡胶沥青加碎石的防水粘结层拉拔强度最强。
(3) 耐热性
在铺设沥青混合料时, 防水粘结层会受到高温骨料的冲击, 如果其耐热性差就会导致流淌。从实用性考虑, 要求防水粘结材料在一定温度下、一定时间内不流淌, 并以此来评价其抵抗沥青混凝土高温破坏的能力。具体方法为将防水材料涂刷于打磨除砂后的水泥砂浆试件表面上, 养护后将试件放入高温温箱内加热至160℃, 30min后观察表面情况是否有流淌、起泡和滑动等现象。
橡胶沥青、SBS改性沥青、SBS改性乳化沥青此三类防水材料没有出现流淌、变形的现象, FYT防水涂料的1号料出现了轻微流淌现象, 2号料没有出现流淌、变形等现象。
(4) 不透水性能
粘结层同时起着防水的作用, 必须还要满足防水性能的要求, 所以需进行防水渗透试验。试验先按照粘结层的施工过程, 在预制的水泥混凝土板上涂抹粘结层材料, 养护后在粘结层上进行高压渗水试验, 观察记录水位情况, 以此来检验粘结层材料的防水渗透性能, 试验结果如表5所示。
可见, SBS改性沥青、橡胶沥青、桥面柔性防水涂料均不透水。SBS改性乳化沥青在高压渗水试验时有渗漏现象。
综上, SBS改性乳化沥青+碎石这种防水粘结层抗拉拔强度满足技术要求, 在高温条件下耐热性能好, 但其抗水损坏能力不足, 伴有侧漏现象, 同时其抗剪强度不足。SBS改性沥青+碎石这种防水粘结层高温耐热性好, 满足技术要求, 其抗水损害能力也不错, 抗拉拔强度也满足要求, 但其高温下的抗剪强度勉强符合要求, 说明在高温下, 其抵抗重载车辆的刹车、转弯性能偏低。FYT防水涂料在拉拔强度以及抗水损性能上都满足技术要求, 抗剪强度不符合技术要求, 同时其在160℃时出现了轻微流淌现象。橡胶沥青+碎石这种防水粘结层抗拉拔强度是最高的, 另外高温条件下的抗剪强度最好, 且抗水损害性能也好[6]。综合以上室内四项试验检测结果, 橡胶沥青+碎石有着不错的室内性能。
4 桥面防水层现场性能检测
对防水粘结层施工现场的性能检测是控制其质量的重要手段。在我国桥面铺装早期对防水粘结层的现场检测部分不太重视, 究其原因主要是因为没有相应的一套完整的检测仪器, 以及施工方对防水粘结层质量现场控制意识的淡薄所致。近年以来, 随着技术的发展, 防水粘结层研究的深入, 防水粘结层现场施工质量检测越来越受到人们关注。
课题组在南六塘大桥桥面防水层结构层分别对以上四种形式的防水粘结层做了试验段。同时在铺设防水粘结层时, 对桥面板采用了机械清扫和喷砂两种处理形式以评价桥面处理方式对粘结层的影响, 喷晒乳化沥青、撒布碎石后采用一台XP261胶轮压路机碾压1~2遍。在摊铺完桥面底面层沥青混合料的基础上进行了现场检测, 表6列出了防水层现场拉拔和剪切强度试验结果。
结合表1技术标准, 拉拔强度除了FYT防水涂料外都能满足要求, 而剪切强度只有采用喷砂法处理桥面的橡胶沥青、SBS改性沥青和SBS改性乳化沥青防水层才能满足要求。同时可以看出, 桥面处理方法对防水层粘结强度和剪切强度有显著影响, 机械清扫处理和喷砂处理的结果在拉拔强度和剪切强度上存在着很大的差异, 可见在桥面铺装时, 应采用喷砂这种处理桥面板的形式。因此, 综合室内试验以及现场检测情况, 橡胶沥青+碎石这种桥面防水粘结层综合性能使用最佳。
5 小结
桥面防水层是桥面铺装体系的重要组成部分, 本文对常用桥面防水层类型进行了调查, 通过室内试验对不同桥面防水层的路用性能进行了评价, 并结合现场检测结果, 推荐了性能比较好的防水粘结层。主要结论有:
(1) 室内试验表明, SBS改性乳化沥青加碎石这种防水粘结层抗拉拔强度满足技术要求, 在高温条件下耐热性能好, 但其抗水损坏能力不足, 伴有侧漏现象, 同时其抗剪强度不足, 在桥面铺装时不予推荐使用;
(2) 室内试验表明, SBS改性沥青加碎石这种防水粘结层高温耐热性好, 满足技术要求, 其抗水损害能力也不错, 抗拉拔强度也满足要求, 但其高温下的抗剪强度勉强符合要求, 使用需谨慎;
(3) 室内试验表明, FYT防水涂料在拉拔强度以及抗水损性能上都满足技术要求, 抗剪强度不符合技术要求, 同时其在160℃时出现了轻微流淌现象, 结合现场检测, 其现场使用性能不稳定, 不推荐使用;
(4) 室内试验表明, 橡胶沥青加碎石这种防水粘结层抗拉拔强度是最高的, 另外高温条件下的抗剪强度最好, 且抗水损害性能好, 同时其现场检测结果表明其性能也是四种材料中综合性能最好的;
(5) 从室外现场检测结果来看, 桥面板处理方式对防水粘结层性能影响较大, 推荐采用喷砂方式。
摘要：桥面铺装体系中, 防水粘结层起着承上启下的重要作用。基于目前国内防水层使用现状, 选择几种市面上常用的防水粘结材料进行系统的性能试验, 通过剪切强度、拉拔强度、耐热性、不透水性等指标评价分析不同防水粘结材料的使用性能, 并结合桥面防水层现场质量检测结果, 比选出综合性能最佳的防水粘结层材料。研究表明, 橡胶沥青加碎石这种防水粘结层为较理想的防水粘结层材料。
关键词：防水粘结层,桥面铺装,性能试验,现场质量检测
参考文献
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