防水粘结层材料（共7篇）
防水粘结层材料 篇1
摘要：粘层的作用是将上下层较好地粘结成一个整体, 作为排水路面结构的重要组成部分, 应具有良好的粘结强度和防水性能。通过对8种防水粘结材料基本性能和使用性能的试验测试表明, A和F两种材料的各项指标均较好, 可以用于排水路面的粘结层, 可根据工程实际情况进行选择。
关键词：排水路面,防水粘结层,性能试验
排水性沥青路面由于具有较大的空隙率, 为雨水下渗、排出提供了通道, 因此可以缓解水膜滑溜现象, 在提高雨天时路面抗滑性的同时, 还可以减轻行驶车辆产生的水雾, 而且由于其大空隙构造还可以起到减小车辆行驶造成的道路交通噪音的作用[1]。但我国对排水性沥青路面研究还处于起步阶段, 需要研究的问题还很多, 特别是防水粘结层的优劣直接会影响到排水路面的长久使用性能, 需要选用优良性能的材料才能充分发挥排水路面的众多优点。
1 排水性沥青路面粘层的要求及选择
作为排水沥青路面表面层与中层面之间的粘结层, 由于表层为大空隙率的沥青混凝土, 它与中面层的接触面积显然减少了约15%～25%。因此, 粘层材料首先应具有较高的粘结强度, 将表面层与中面层粘结成一体;其次, 由于路表渗入水直接与该粘层接触, 故应具有防水渗透的功能, 协同密级配沥青中面层形成性能更好的防水层。同时, 还要求它具有适应工程实际状况的高、低温稳定性。
近些年来我国对桥面防水层比较重视, 对桥面防水层材料的要求也比较高, 既要与桥面有良好的粘结强度, 在运料车和沥青混凝土摊铺车行走时不起皮, 又要有很强的防水性能。因此, 各地防水材料生产厂家为满足桥面防水层的上述要求, 在屋面防水层材料或路用粘层材料的基础上进行了改进性研究[2]。因此, 我们选择了在水性沥青基防水涂料基础上进行改性而得的六种桥面防水层材料, 以下简称为A、B、C、D、E、F, 为对比分析这六种材料的性能, 通过试验与SBS乳化沥青和环氧沥青的性能进行对比分析。
2 排水路面粘层材料的基本性能试验
对上述拟用的6种粘层材料的基本性能进行了测试, 主要包括低温柔性试验、耐热性试验和延伸性试验。但由于材料性状的差异, SBS乳化沥青和环氧沥青材料无法进行延伸试验, 而且环氧沥青材料还无法进行低温柔性试验。
防水粘结材料低温柔性试验是通过30min绕Φ10mm棒裂纹条数来衡量的, 一般要求30min后绕Φ10mm棒一周无裂纹。对6种防水粘结材料和SBS乳化沥青的低温柔性试验测试结果表明, 这7种材料在30min后绕Φ10mm棒4周都没有出现裂纹, 说明防水粘结材料的低温柔性十分出色。
防水粘结材料耐热性试验是通过30min涂膜表面的流淌和滑动情况来衡量的, 一般要求30min后涂膜表面无流淌和滑动。6种防水粘结材料、SBS乳化沥青和环氧沥青的耐热性试验测试结果见表1。
从表1的测试结果可以看出, 在160℃高温下, SBS乳化沥青会出现气泡, 其他7中材料均未出现气泡, 但在180℃高温下, B、E两种桥面防水层材料也出现了气泡, 而且SBS乳化沥青出现了流淌, 这表明A、C、D、F及环氧沥青材料的耐热性能良好, 完全可以用于排水路面的粘结层。
《公路沥青路面施工技术规范》要求防水粘结材料的延伸率应大于200%, 对6种桥面防水材料的延伸性试验结果见表2。
从表2的延伸性试验结果可以看出, 6种防水粘结材料的延伸性均能满足规范的要求, 而且D材料的延伸性最好, 延伸率达到1000%, 远远高于规范的要求, 表明其具有十分优秀的延伸性能。
3 粘层材料的使用性能试验
为了模拟沥青路面的实际情况, 利用车辙试验模具成型30cm×30cm×8cm的沥青混凝土试件 (上面层采用空隙率为20%的混凝土, 厚度为4cm, 下面层为AC20-I型密级配沥青混凝土, 厚度为4cm) 。成型的试件先做粘层材料的透水性实验, 然后将以上板式试件全部切割成5cm×5cm×8cm小试件, 上下层高度均为4cm, 分别进行剪切和拉拔试验。
3.1 透水性试验
透水性试验的基本测试设备是透水仪, 具体试验步骤为:
(1) 在已经成型的中面板上, 做透水性试验, 观察透水性;
(2) 在中面层板上涂抹粘层材料, 待其干燥后做透水试验, 观察透水性;
(3) 再在上面碾压大空隙率的沥青混凝土, 再做透水性试验, 再次观察透水性。
8种防水材料的渗水性试验测试结果见表3, 透水时间均为30s～30min。
注:此处的基本不透水并非完全不透水, 而是仍有少量透水, 粘层材料是在弥补这种缺陷, 即二者共同防水;而在表层碾压再次做透水性试验, 旨在观察碾压是否会破坏二者共同防水的功效。
以上试验结果表明, 中面层在没有涂上粘层材料之前, 由于AC20-I是密级配沥青混凝土, 具有很好的防水作用, 所以基本不透水;在涂抹防水材料之后, 试件不透水, 说明粘层材料具有显著的防水作用;最后再在表层碾压大空隙率沥青混凝土后试验 (在透水仪底部范围内表层无侧向渗水的条件下) , 仍然不透水, 说明碾压后粘层仍具有辅助防水的功效, 这表明8种粘层材料的辅助防水功能是很有效的。
3.2 剪切试验
剪切试验的目的是为了检验粘层抵抗行车荷载产生的水平剪切应力的能力[3]。具体试验步骤如下:将成型好的5cm×5cm×8cm试件置于压力机上, 调整压头, 使剪切角度а=40°, 进行加载剪切试验, 测试结果见表4。
从表4可以看出:随着温度的升高, 粘层材料的剪切强度逐渐减小。在低温条件下, 粘层材料具有较强的粘结能力, 使得抵抗行车荷载剪切变形的能力增加;而在高温下, 粘层材料的粘结性能下降, 反而使得抵抗行车荷载剪切变形的能力降低。
3.3 粘结强度试验
粘结强度试验是在预先成型好30×30×8cm的两层式沥青混凝土板 (OGFC 3cm + AC-20I5cm) 上钻孔取样, 钻孔直径为5cm, 拉拔头粘在沥青板表面, 待拉拔头与沥青表面完全粘结, 在拉拔仪上进行试验, 测试表面层与中面层之间的粘层的粘结效果, 测试结果见表5。
由表5的试验结果可以看出, B、C、D、E材料粘结强度均太低, 不合格。
3.4 拉拔试验
拉拔试验的目的是为了检验粘层与上、下两层间的粘结强度以及粘层对路面面层整体结构强度的影响[4]。具体试验步骤如下:将预先切割好的5cm×5cm×8cm小试件上端表面粘上金属拉拔头, 待完全粘结后, 移至拉拔仪上进行试验。根据以上粘结强度试验, B、C、D、E材料均被淘汰。对A、F进行试验, 测试结果见表6。
从表6可以清楚地看出:随着温度的不断增高, 粘层材料的拉拔强度逐渐减小。由此说明在低温下, 粘层材料具有超强的粘结能力, 使得路面的整体性大大增强;而高温情况下, 材料的拉拔强度均很小, 说明高温下的粘层材料的粘结性能下降, 使得路面整体性减弱。
4 结论
根据从结构层中粘层所处的位置及对它的基本要求出发所提出的受力情况特点, 提出对粘层材料的基本要求。作为路面结构层的一部分, 粘层与上下层应当较好地粘结成一个整体。因此, 几种防水粘结材料除了满足基本性能外, 还要满足使用性能, 主要是剪切强度和拉拔强度。在对8种防水粘结材料进行性能测试时可以发现, A和F两种材料的各项指标较好, 但在实际施工中, 还应从经济性和施工难易程度综合考虑, 从两者之中选择较理想的。
参考文献
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防水粘结层材料 篇2
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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防水粘结层材料 篇3
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
参考文献
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防水粘结层材料 篇4
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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防水粘结层材料 篇5
上海长江隧道位于上海市东北部,连接上海市陆域和长兴岛,是长江隧桥工程重要的组成部分。隧道起于浦东新区五好沟,穿越南港水域在长兴岛西南方登陆,全长8.95 km,其中穿越水域部分长达7.5 km。隧道整体断面设计为上下双管隧道,两单管间净距为16 m,沿其纵向每隔800 m左右设有一条横向人行联络通道。单管外径为1 500 cm,内径为1 370 cm,内设3条宽为3.75 m的车道,双向6车道,设计车速为80 km/h。
2 上海长江隧道交通状况和环境条件
采集隧道交通状况和环境条件等相关信息是隧道路面防水铺装设计的基础,也是确定合理的防水施工方案、防水施工质量控制标准的前提。
2.1 交通量条件
根据《公路沥青路面设计规范》相关方法计算出上海长江隧道工程设计年限内(15年)一个方向上一个车道的累计当量轴次为25.0×106轴次,属于重型交通,交通量较为繁重。
2.2 隧道内温度
隧道路面的温度主要由空气温度及地表温度决定。据隧道所处气候区域及自身特点,预计在通风良好的状况下,上海长江隧道路面实际温度在0～40℃。
2.3 隧道内湿度
空气的湿度对路面防水材料的性能有一定影响,调查发现:晴天时隧道内的湿度通常比隧道外湿度更大,雨天的湿度大于晴天的湿度。根据上海长江隧道所在地区的自然条件,估计其洞内湿度应在80%以上。
2.4 隧道内水的来源
通常情况下隧道路面的水有4个来源:(1)拱顶、拱壁的渗水;(2)沿道路纵坡流入的雨水;(3)上涌或反渗的地下水;(4)空气凝聚的水分。上海长江隧道由于采用了Π型框架结构,已不存在地下水的影响,不同节段的盾构间设置了密封橡胶圈,管壁渗水也十分有限。故而,上海长江隧道内水的主要来源是空气中水汽的凝结以及特殊需要不定期喷淋用水。另外,在隧道的进出口路段,由于具有较大纵坡,洞外附近路面范围内的降雨会因来不及排到公路两侧而流进隧道内。
3 防水粘结材料的性能要求
上海长江隧道采用了Π字型框架结构,同时由于Π字型框架路面结构的变形较大,相邻节段的Π字型框架间可能存在不均匀沉降。鉴于上海长江隧道的这些特点和水泥混凝土与沥青混凝土层间防水粘结层的性能要求,防水粘结材料应具有以下性能:(1)对水泥混凝土和沥青层均具有良好的粘结能力;(2)抗渗性良好;(3)安全无毒;(4)施工方便。
4 防水粘结材料的优化选择
上海长江隧道防水粘结层施工方案初步拟定了改性乳化沥青、溶剂型防水粘结剂、橡胶沥青、基质沥青、改性热熔沥青、改性热熔沥青+碎石等6种防水粘结材料方案,以供选择。本文将通过对这6种材料的试验比较,优选出最佳方案。
4.1 试验方法
防水粘结材料最重要的两个力学指标为拉拔强度和剪切强度,另外还有抗渗性以及耐腐蚀性等指标。上海长江隧道处于封闭状态,故而耐腐蚀性不作特殊要求。以下为3种指标的试验方法:(1)拉拔试验,主要测定和评价防水粘结层与混凝土板之间的粘结强度。试验温度为25℃,拉伸速率采用10 mm/min[1];(2)剪切试验,主要测定和评价沥青混合料与混凝土板之间的剪切强度,采用压剪的方法来测定沥青混合料与混凝土板的抗剪能力。压剪试验的加载速率采用10 mm/min,试验温度为25℃[2];(3)抗渗性试验,主要测定和评价材料抵抗压力水及油等液体压力渗透的性能。材料的抗渗性用渗透系数表示。
4.2 试验结果
试验时,首先对各个方案进行力学性能试验的对比,再进行抗渗性试验。每个方案进行5组平行试验,试验温度统一采用25℃,在空气浴里保温6 h。表1为6种方案中防水粘结材料力学性能和抗渗性的试验结果。
4.3 试验结果分析
从表1分析得出,改性热熔沥青+碎石这一方案在三大力学性能上明显优于其他几种方案。这是因为一方面专门针对上海长江隧道研发的改性沥青其内聚力本身得到改善,具有较高的粘附性;另一方面在改性沥青上加铺了一层0.6 mm的碎石,有效地增强了剪切强度,提高了拉拔强度,这一点可从方案5与方案6的试验数据比对得出。
方案1改性乳化沥青作为常用的防水粘结材料,其施工技术已相当成熟,但由于品种繁多,质量良莠不齐,并不适用于所有工程。
方案2溶剂型粘结剂,其力学性能较好,施工简易,能够满足隧道的使用要求,但其含有二甲苯,对人体有害,所以不适宜在隧道内使用。
方案3橡胶沥青,从试验数据分析橡胶沥青的粘结强度有待提高,主要因为橡胶沥青的内聚力不够,其破坏面常发生在橡胶沥青内部,但橡胶沥青的抗渗性较好。
方案4基质沥青,目前已不作为高等级公路以及城市主干道的防水粘结材料,因其力学性能已无法满足以上道路的使用要求。
在抗渗性方面,橡胶沥青明显优于其他方案,这是由于其自身密度、铺装厚度较其他材料大,水很难下渗。
从材料粘结强度、抗渗性以及施工的安全环保性等方面综合考量,优化选出改性热熔沥青+碎石为最佳方案。
5“改性热熔沥青+碎石”防水粘结层施工工艺
5.1 施工前的准备
施工前应用钢刷、高压水枪等工具清除基层表面的灰尘、石屑、砂粒等残留物,使基层表面干净干燥[3]。
5.2 改性热熔沥青的喷洒
改性热熔沥青应在拌和站加热至185℃。沥青洒布车加热系统对沥青再次加热保温,保证沥青喷洒时温度在180℃以上[4]。
沥青洒布车喷洒沥青时应保持恒定的速度和喷洒量。喷洒设备的喷嘴要与沥青的稠度相适应,确保喷出时改性热熔沥青成雾状,对局部未洒到部位应人工补涂。改性热熔沥青防水粘结层厚度应控制在1.2mm,喷洒量应控制在0.8～1.2 kg/m2(洒布车设定喷洒量时应考虑沥青密度及喷洒损耗)。
喷洒质量主要通过喷洒量和喷洒均匀性来衡量,喷洒均匀性通过观察确定,喷洒量通过材料密度转化成m2用量确定[5]。
5.3 预拌碎石的撒布施工
预拌碎石采用粒径为5～10 mm的石灰岩。预拌碎石撒布的质量控制应从3个方面着手:(1)预拌碎石的温度;(2)撒布量;(3)及时碾压。
预拌碎石撒布要求热撒,撒布温度应不低于170℃。由于预拌碎石的孔隙与外界相通,散热速度快,因此预拌碎石的运输过程中要用篷布覆盖保温。
预拌碎石的撒布量通过撒布车料斗开口大小和撒布车的行车速度来控制。施工前可通过干料试验确定撒布车工作参数与撒布量的关系,然后进行正式隧道路面的撒布施工。随后,采用轻型胶轮压路机进行碾压,要求形成一层改性热熔沥青粘结牢固、分布均匀的预拌碎石层,既保护防水粘结层在沥青混凝土面层摊铺施工时不受破坏,又可与中面层相互嵌挤,确保防水粘结层与面层沥青混凝土之间的粘结效果。
5.4 防水粘结层施工完毕后的交通管制
防水粘结层施工完毕后,在沥青混凝土面层施工前要进行交通管制。禁止重载车辆通行,限制其他车辆通行,车速要低于5 km/h,不得刹车或调头,以免破坏防水粘结层,同时做好防尘防污等措施。另外,防水粘结层上不得任意堆放物品,严防人为破坏。
6 结语
通过对比试验,对上海长江隧道的防水粘结层施工方案进行了优化设计,筛选出改性热熔沥青+碎石作为上海长江隧道的层间防水粘结材料。上海长江隧道防水粘结层施工完毕后,使用效果良好。
参考文献
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[4]西部交通建设科技项目.桥面铺装材料与技术研究[R].重庆交通科研设计院,2005.
防水粘结层材料 篇6
关键词：桥梁工程,桥面铺装,防水粘结层,破损,原因
桥面铺装在构造上和桥面板结合为整体,直接承受车辆轮压作用并传递给桥面板,与桥梁结构共同承受车辆荷载。当前,在水泥混凝土桥梁设计时仍将桥面铺装层作为桥梁工程的附属结构,与正常路段的设计基本一致,没有对其防水层单独考虑,这也导致我国水泥混凝土桥梁的桥面铺装容易出现早期破坏现象,若不及时修复,还会导致桥梁主梁钢筋锈蚀,严重影响桥梁的使用寿命[1]。因此,需要对当前水泥混凝土桥梁的桥面铺装出现问题进行调查和分析,为桥面铺装及防水层设置选择提供实践依据。
1我国公路水泥混凝土桥梁的主要类型及铺面现状
1.1我国公路水泥混凝土桥梁的主要类型及其对铺装的影响
我国公路水泥混凝土桥梁大部分采用简支、简支连续桥面或连续梁结构。在车辆荷载作用下,简支梁桥墩台支座处的变形较大,桥面铺装的破损大都从此部位开始并延伸。若不能及时对桥面铺装破损部位进行修复,雨水会沿着裂缝边缘直接渗透进入桥面板,并导致桥面板内部钢筋的锈蚀,从而缩短桥梁的使用寿命。此外,跨中部位的挠度是简支梁桥梁板结构最大的,较大的变形会导致铺装层与桥面板之间产生拉应力,引起桥面铺装层与桥面板的脱离,加速桥面铺装的破损。从结构受力角度看,连续箱梁结构承载力更大,但若采用较大跨径时,桥梁梁体一般需要做成薄壁结构,容易导致桥面局部受力不均,在腹板支撑顶部、横隔板支撑顶部引起纵横向开裂,而在无腹板支撑部位的变形较大,容易产生桥面铺装的脱层和滑移问题。
1.2我国水泥混凝土桥面的铺装现状及存在问题
2005年以前,许多公路水泥混凝土桥梁的桥面铺装都采用水泥混凝土材料,可以与桥梁结构连接成一个整体,具有良好的协同变形性,但存在表面易开裂、难修复的问题,特别当雨水从裂缝下渗到桥梁结构时,会导致桥梁结构钢筋的锈蚀。因此,大多数公路桥梁都采用沥青混凝土铺装结构,高等级公路几乎全部采用沥青混凝土铺装,而且一般都采取双层式铺装。沥青混凝土铺装具有良好的抗渗性能,而且沥青混凝土出现破损后,也能较快地进行修复。相比水泥混凝土桥面铺装,沥青混凝土桥面铺装层内部产生较大的剪应力,若铺装层与桥面板层间结合面粘结力不足,容易在水平方向上产生相对位移发生剪切破坏,产生推移、拥包等病害。桥面铺装层出现破损后,在车辆荷载及渗入的水的作用下产生面层松散和坑槽破坏[2]。因此,在选择桥面铺装结构形式时,一定要考虑桥面铺装与桥面板的密水性能。
大量的调查表明,桥面铺装层的功能和作用在桥梁设计中不能得到应有的重视,而且很少会针对桥梁受力特性和桥面铺装材料进行有针对性的桥面防水粘结层设计,通常都参照道路结构的粘结层或者透层进行设置,对层间界面的处理和粘结层材料的技术要求不详细,导致早期修建的公路桥梁桥面铺装破损问题难以得到有效治理[3]。
2旧有桥面防水粘结层的强度测定
桥面铺装层与桥面板应有足够的粘结强度及足够的整体粘结力,为了获取旧桥面的防水层设置情况及实际调查桥面铺装层与桥面板的整体粘结力、抗剪强度,结合某旧桥铺面改造对桥面铺装层与桥面板处理情况及整体粘结力、抗剪强度进行了试验测试[4]。
2.1抗剪强度试验
抗剪强度试验是在未铣刨过的沥青混凝土桥面上进行的。首先按现场抗剪试件尺寸要求,在桥面板上用切割机切割如图1所示的沥青混凝土保留块,试验在108cm×23cm的范围内切割成了两块规定形状的试验保留块。
在进行开挖时,位于紧急停靠带上被切割好用于试验的试块周围的沥青混凝土块用撬棒稍稍用力即可撬起,被撬起的试块都比较完整,且底部呈乳白色,没有松散现象。而在行车道上切割好的用于试验的试块周围的沥青混凝土块用撬棒撬起后,发现沥青混凝土块的底部极为松散,呈碎渣状,且桥面板上也残留下一些破碎的沥青混合料碎渣,看不到乳化沥青粘层油(如图2所示)。
抗剪强度测试用手动千斤顶和压力传感器组成的自动检测系统进行(如图3所示),由手动千斤顶以10~15mm/min的速度进行加载,抗剪强度反映的是直剪结果,现场抗剪强度实测情况如表1所示。
在设置同样乳化沥青粘层油的桥面上,虽然在紧急停车带和行车道上的沥青混凝土桥面铺装层的破损程度不同,但是在桥面铺装层下均存在由于水的作用而出现的白色化合物。测试结果表明,巨大的交通负荷对桥面铺装层所施加的动荷载使沥青混凝土铺装层产生了疲劳破坏,导致了行车道上的抗剪强度低于停车带,而在桥面铺装结构层里没有设置桥面防水粘结层才是导致雨水直接渗入水泥混凝土桥面板的直接原因。
2.2粘结强度试验
考虑直接拉拔钻芯芯样的试验手段来衡量铺装层与桥面板的粘结性能效果。首先用钻芯取样机在未铣刨的桥面上进行钻芯取样,钻头的直径为100mm,从沥青混凝土桥面铺装层上向水泥混凝土桥面板的方向钻进,钻头钻入的深度控制超过沥青铺装层厚度5~10mm。钻入深度达到要求时,在不扰动钻芯的前提下取出钻头,待芯样表面干燥后涂抹AB胶或环氧树脂并粘贴上拉拔探头(在粘贴时用手轻轻旋转探头,排除探头与沥青混合料间的空气,然后再用手压紧探头1分钟),在常温下放置4~12小时。试验时将拉拔探头旋置于简易拉压综合试验机上,以10~15mm/min的速度进行拉力加载,现场试验及芯样破坏形式如图4所示,粘结抗拉强度的实测结果如表2所示。
紧急停靠带上的5个试件都是从沥青混凝土桥面铺装层的下面层和桥面板之间拉断,且抗拉力几乎为零,从拉坏的断面上没有看到乳化沥青粘层油的痕迹,与抗剪试件一样在拉坏的断面上有大量白色斑迹。行车道上的6个试件都是从沥青混凝土桥面铺装层的上面层和下面层之间拉坏,拉坏的形式有两种:第一种是在松散的沥青混凝土上面层的底部拉坏的,下面层没有松散,层面上粘有一些上面层的混合料,拉拔强度较大;第二种是在沥青混凝土上下层之间拉坏的,上下面层均没有松散,表面比较平整似乎没有粘牢,拉拔强度相对较小。经分析认为:一是这种现象的产生是由于长期行车荷载的压力和冲击作用所产生的剪力,使沥青混凝土桥面铺装层上面层的底面受剪切力作用产生了松散现象;二是沥青混凝土桥面铺装层上下面层的摊铺间隔时间过长,或下面层上的灰尘未清理干净便进行了上面层的摊铺,使上下层之间的粘结力削弱,产生了上下层脱离现象。从实际工程现场旧有铺装的粘结抗拉试验过程及结果可以看到,行车道上的粘结强度大于路肩,这是由于车辆荷载行驶的压实作用,使行车道上的沥青混凝土桥面铺装层的下面层与桥面板之间粘结紧密,而车辆荷载的压力和冲击作用所产生的剪力又使沥青混凝土桥面铺装层上面层和下面层之间的粘结力有所削弱。
3桥面防水粘结层的主要破坏形式及原因
3.1桥面柔性防水粘结层的主要破坏形式
我国对水泥混凝土桥梁沥青混凝土铺装层下设置防水层,在上世纪五、六十年代即有所重视,但当时使用的材料主要为沥青类油毛毡,施工复杂、性能较差,造成桥面病害很严重,因此后来逐渐为桥梁工程界所舍弃。沥青及乳化沥青的使用一直存在,但其更主要的考虑是增加沥青混凝土铺装与刚性桥面之间的粘结力,而且性能也不理想。上世纪九十年代以前开始出现热改性沥青、改性乳化沥青类防水层,卷材类防水层应用极少,与不设防水层的桥面铺装相比,设置防水层后的桥面铺装渗漏水及调平层破损现象总体上要轻一些,但是因防水选材不当或施工质量缺陷也依然会造成局部的铺装剥落、拥包等破坏。进入九十年代以后开始较多的出现涂膜类防水材料及卷材类防水材料,这是借鉴国外经验出现的对桥面铺装防水的重视,是意识上的提高,客观上对桥面铺筑质量的总体水平提高了许多,对桥梁渗水的防治也明显见到了效果,但问题依然存在,实际质量效果参差不齐,工程施工即出现许多问题,施工现场的涂膜分层脱离、沥青混凝土摊铺损坏及卷材气泡鼓起等普遍出现,材料、操作、质量控制等内容都没有可供参照的依据,完成的工程不少都有问题存在。
3.2桥面防水层剪切破坏的主要原因
在行车荷载作用下,桥面铺装的破损主要表现为拥包和推移,主要破坏形式是剪切破坏,而剪切破坏主要包括沥青层自身的剪切变形和桥面防水粘结层粘结力不足引起的剪切破坏[5]。当桥面铺装的沥青混凝土面层较薄时,其模量远小于钢筋混凝土的模量,会在沥青混凝土内部会产生较大的剪应力,而当前桥面铺装大都采用双层沥青混凝土桥面铺装结构,桥面铺装的破损问题很多是由于防水粘结层不符合要求导致的。因此,桥面防水粘结层已成为水泥混凝土桥面铺装重点防治的对象。桥面防水层出现的剪切破坏病害的原因可归结为如下几点:(1)桥面防水粘结层的材料问题。为保证桥面防水粘结层具有良好的粘结力,必须保证防水粘结层材料自身具有较强的内聚力。传统的防水层材料通常表现为软化点过低或软化点过高。若防水粘结层材料的软化点过低,在夏季高温时,防水粘结层材料会软化,并失去粘结力,因此不能使用未经改良的道路沥青用做桥面防水层。若防水粘结层采用化学反应型材料,其高温稳定性较好,但强度形成以后的材料表面光滑而且缺少剩余化学键力,与沥青混合料的粘附性很差,也不能有效粘结沥青混凝土桥面铺装和桥面板,而且容易引起桥面铺装的滑动剥离。(2)桥面沥青铺装层下的局部空鼓。当桥面防水粘结层采用防水卷材与多布涂油时,在施工中不能保证其与桥面铺装和桥面板之间百分之百的结合,这些“夹气”或“水汽泡”在辆轮压作用下会出现漂移运动,容易引起桥面铺装层的开裂、破碎,甚至出现坑洞。
(3)桥面铺装层滑动剥离的再一种原因就是防水功能层上下在施工中清理保洁不彻底。水泥混凝土铺装层表面的浮浆和防水层上面的泥土尘埃都是破坏粘结力造成沥青铺装层滑动剥离的重要隐患,因此对这些工作环节也要引起足够的重视。
4结束语
我国公路水泥混凝土桥梁大都采用沥青混凝土桥面铺装,桥面板会因为施工及温度、湿度的变化出现细微裂缝。桥面铺装层破损,若桥面防水粘结层不能起到有效的防水作用,雨水沿着路面裂缝下渗到桥面板会导致钢筋锈蚀,加重混凝土的冻融损坏,而合理设置防水层是有效保证桥面铺装质量及提高桥梁耐久性的最有效措施之一。目前,在水泥混凝土桥面上使用较多的是水性的柔性喷涂型桥面专用防水材料,主要是氯丁胶乳沥青基的涂膜类桥面防水材料,它具有较好的防水效果,是我国目前普遍采用的沥青混凝土铺装下水泥混凝土桥面的防水技术,但材料的高温粘结、抗剪强度较差,需要性能更好的常温喷涂型桥面防水材料技术。因此,需要对桥面防水粘结层材料进行深入研究,特别是提高桥面防水粘结材料高温环境下防水材料的力学性能指标,使桥面铺装与桥面板形成良好的整体性,延长桥梁的使用寿命。
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防水粘结层材料 篇7
国内外的研究结果表明,罩面工程对防水层设置重视不够,一般只要求设置粘结层,雨水仍然会对罩面层及下层沥青路面造成水损害。由于沥青面层存在一定的空隙和裂缝,水分将进入路面结构层内,如果罩面结构中不设防水层,必然会使雨水进入罩面层及下层原沥青结构层中,雨水长期积聚在路面结构层内,在行车荷载的作用下,形成一种非常不利的状态,极易导致路面结构层在水和荷载的综合作用下出现破坏。大量的沥青路面罩面工程早期水损害现场调查表明:沥青路面罩面层及下层沥青路面发生了沥青剥落、松散等水损害。因此需在罩面结构层中设置防水层,在罩面层底部设置沥青防水层,防止雨水进入沥青罩面层中,最大限度地对罩面层沥青路面结构进行保护,文中结合江西省昌樟高速公路沥青路面维修罩面工程,探讨了沥青路面防水粘结层在高速公路沥青路面罩面工程中的应用技术。
2 防水层的种类
2.1 单层或双层沥青表处
按照我国已经成熟的层铺法施工工艺,设置单层或双层沥青表处,其施工厚度约为1.0 cm～2.5 cm。施工层位目前一般在下层顶面,起到防水层和临时保护下层作用。
2.2 细粒式或砂粒式沥青混合料铺装层
在罩面结构层中铺筑一层热拌热铺的细粒式或砂粒式沥青混合料结构层以防水和保护下承层,一般铺筑在下层表面,结构层厚度一般在2.0 cm～2.5 cm之间。同样该结构层也将随着下层的开裂而开裂,在裂缝处不能起到防水层的作用,同时须单独作为一个结构层进行施工,增加工序、延长工期,工程造价也较高。
2.3 乳化沥青或改性乳化沥青稀浆封层
稀浆封层在我国从20世纪80年代已经开始用于低等级公路的养护。随着公路建设事业的发展和高速公路的大量修建,稀浆封层的材料、加工工艺、施工技术等方面均取得了可喜的进步,目前应用聚合物改性沥青稀浆封层进行沥青路面表面功能的恢复,其施工厚度约为6 mm。
近年来,为适应高等级公路沥青路面防水层的建设需要,提高施工的机械化程度与施工速度,加强质量控制,部分高速公路将稀浆封层用于高速公路防水层。但从使用情况来看,对于我国南方湿热多雨地区,由于稀浆封层采用乳化沥青,其蒸发残留物在50%左右,存在50%的水分需要蒸发而使其本身具有一定的空隙,实际上其防水效果有待进一步研究,且其本身强度低,高温稳定性差,承受荷载的能力较差,在较薄的沥青面层之下,易形成一个较弱的夹层,在高温季节由于乳化沥青的软化点一般较低,易变软形成软弱层,从而使沥青面层产生推移与车辙。施工中在运料车、摊铺机的作用下,易起皮、脱落,影响其防水效果。
2.4 SBS改性沥青防水粘结层
基本作法是在原沥青路面表面,撒布用量约1.8 kg/m2(根据罩面结构层的不同,用量可适当调整)的聚合物SBS改性沥青,再在上面撒单一粒径的碎石,碎石粒径的大小应与防水层上铺筑沥青混凝土的粒径相匹配。其撒布面积为40%～50%左右,用轮胎压路机碾压成型。撒布碎石的目的是保护防水层在施工过程中不被车辆轮胎和摊铺机履带破坏,防止改性沥青被热沥青混合料熔化后粘轮而影响施工。
理论上稀撒碎石之间是互不接触的,当摊铺沥青混凝土时,高温混合料进入碎石间隙中,使沥青膜受热熔化,碾压密实后,把碎石变成了沥青碎石,并嵌入该沥青结构层底部与其形成整体,并在结构层底部形成厚1.5 cm左右的“富油层”,可以有效地起到防水层的作用。
3 改性沥青防水粘结层的特点
聚合物SBS改性沥青防水粘结层的主要特点有:1)采用厚沥青膜(单位用量达1.8 kg/m2左右),厚度达1.8 mm左右,防水效果好;2)采用改性沥青,一般采用SBS改性沥青,其弹性恢复好,即使下层开裂也不会引起改性沥青防水层开裂;3)厚沥青膜可起到应力吸收层的作用,延缓原沥青路面产生的反射裂缝;4)可采用机械化施工,施工速度快、质量易控制;5)防水粘结层与其上沥青面层形成一个整体,不会出现软弱层,同时防水层SBS改性沥青粘度大,与下层的粘结强度高,加强了层间结合,防止脱皮现象的产生;6)采用改性沥青,不会产生泛油问题。
4 SBS改性沥青防水粘结层在昌樟高速公路中的应用
根据昌樟高速公路沿线的气候特点(温度与降雨量)与交通特性,综合考虑SBS改性沥青防水粘结层的优良性能和良好的经济效益,因此在设计防水粘结层的时候考虑采用SBS改性沥青+单一粒径的碎石作为防水粘结层的材料,防水粘结层的具体设计如下:在上面层与中面层之间设置防水粘结层,其材料类型为SBS改性沥青+40%～50%的13.2 mm～16 mm单一粒径碎石,其中改性沥青用量为1.6 kg/m2。
4.1 原材料技术要求
1)改性沥青。
昌樟高速公路沥青路面防水粘结层采用“壳牌”SBS改性沥青,改性沥青的技术指标满足JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范中表“聚合物改性沥青技术要求”的规定。
2)矿料。
防水粘结层的单一粒径碎石(13.2 mm～16 mm)采用石灰岩碎石。
单一粒径碎石应由具有生产许可证的采石场生产。单一粒径碎石应洁净、干燥、无风化、无杂质,具有足够的强度、耐磨耗性。单一粒径碎石应具有良好的颗粒形状,碎石不宜采用鄂式破碎机加工。单一粒径碎石的质量应符合JTG F40-2004公路沥青路面施工技术规范中表4.8.2“沥青混合料用粗集料质量技术要求”的规定。
4.2 防水粘结层施工
1)施工准备工作。
清理路面,保持路面平整、干燥、整洁,不得有尘土、杂物或油污,路面有脏物时应清除干净。当粘有土块时应用水刷净,待表面干燥后喷撒。原道路表面清洁与否将会直接影响到防水粘结层结构的可靠性,因此原道路表面的沙尘、浮浆、油污等必须在防水层施工粘结前彻底清除。清理过程为:路面清扫车初步清除→吹风机清扫沙尘杂物→高压水枪清洗→自然风干路面。
2)试喷及试撒。
由于沥青用量与下承层的表面特性、上承层沥青混合料的最大粒径及层厚有关,沥青用量过多,可能导致泛油,沥青用量过少,不足已起到防水粘结效果。
对于要将单一粒径碎石的撒布量控制在40%～50%的面积也不可能一次性就能成功,所以在正式施工前应进行改性沥青的试喷和单一粒径碎石的试撒。
在改性沥青试喷过程中,采用的是进口奔驰撒布车,但是由于“壳牌”SBS改性沥青粘度很大,开始喷撒时很不均匀,而且好几个喷头在喷撒一段时间后才开始出油,因此,为了方便施工,要求撒布车内的沥青温度不低于170 ℃。而为了控制改性沥青的用量,采用已知尺寸大小和质量的厚纸板置于路面上,当撒布车过后称取厚纸板的质量,再确定沥青用量,同时对撒布车的撒布量进行调整。在试喷沥青时同时也对单一粒径的碎石进行试撒以确定最佳撒布量,撒布效果图见图1。
3)施工工艺。
a.喷撒前需将改性沥青加热到180 ℃～185 ℃,确保施工过程中改性沥青的可喷撒性。喷撒要均匀,控量要准确,并保证粘结层在原路面上形成一个完整的表面层;b.采用进口沥青撒布车均匀喷撒SBS改性沥青防水层;c.用轮胎压路机进行碾压成型。
5 结语
SBS改性沥青防水粘结层,提高了防水层的高温抗剪强度,改善了防水层的低温抗裂性与延缓反射裂缝上升的能力。将沥青防水层设置在罩面层底部,防止雨水进入沥青面层,同时加强了层间结合,起到了粘结作用,防止了下层沥青路面的老化,最大限度地对原沥青路面与罩面层结构进行保护,具有十分重要的作用。由于采用了SBS改性沥青防水粘结层,不仅对防止沥青路面的水损害和老化有积极的作用,从而提高了沥青路面的使用寿命,而且节省了许多养护维修方面的投资,产生了较大的经济效益和社会效益。
摘要：结合江西昌樟高速公路沥青路面维修罩面工程,对比分析了各种沥青路面防水粘结层的特点,探讨了沥青路面SBS改性沥青防水粘结层在高速公路沥青路面罩面工程中的应用技术,提高了沥青路面的使用寿命,具有良好的经济效益和社会效益。
关键词：沥青路面,罩面,防水粘结层,SBS改性沥青
参考文献
[1]沙庆林.高速公路沥青路面早期破坏现象及预防[M].北京:人民交通出版社,2003.
[2]JTG F040-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].
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