溶剂型防水粘结剂性能研究及其在桥面铺装中的应用

摘 要:

该文根据国内外相关先进技术和水泥混凝土桥梁的使用环境, 立足于防水和粘 结功能, 开发了专门用于桥面铺装的溶剂型层间防水粘结剂, 并提出了其相应的技术要求。 同时系统研究了溶剂型防水粘结剂的防水性能、与桥面板及沥青混凝土的粘结性能及剪切性 能, 通过安(宁)-楚(雄)高速公路桥面防水工程的实施, 研究了其施工工艺, 为我国今后的桥 面防水技术提供了一条新思路。

 关键词:桥面铺装;防水层;粘结剂

1 前言 

随着我国高速公路的快速修建, 不可避免地要修 筑诸多桥梁,特别是在云南、四川及贵州等多山地区。 桥面铺装与一般路面使用条件的差异导致其使用性能 要求也有许多不同。由于我国目前在桥梁防水层方面 的研究较少,没有取得突破性进展 ,防水材料性能指标 参差不齐 ,但总体性能较差,导致桥面铺装出现较大面 积的推移和脱层等病害。究其原因, 主要是一些业主 和施工单位对防水层的认识不够, 只强调防水层应具 备防水性能,而忽视其还应具备与水泥混泥土基层及 沥青混凝土面层的粘结性能 ,或者将粘结强度指标定 得过低,并且往往未考虑高温时的粘结和剪切性能。 鉴于此,重庆交通科研设计院与重庆市智翔铺道技术 工程有限公司通过综合调研, 从材料开发、性能研究入 手,开发了桥面**的溶剂型防水粘结剂,并提出了相 应的技术要求。

2 材料简介及作用机理

2 .1 材料简介

溶剂型粘结剂是根据相似相溶的原理和性能互补 的原则,将沥青与多种高分子树脂及助剂经特殊工艺溶解于特定的溶剂中, 而形成的一种单组分桥面防水 材料 。它不仅防水性好, 渗透力强 ,而且与水泥混凝土 基层及沥青混凝土的粘结强度明显优于国内现有的桥 面防水材料。

2 .2 作用机理 溶剂型粘结剂具有粘度低 、渗透力强的特点, 当它 涂布于水泥混凝土桥面上时 ,就会渗透到桥面的微裂 缝内部,形成致密的网状结构 ,从而达到防水和与水泥 混凝土粘结的目的;当热拌沥青混凝土摊铺于溶剂型 粘结剂表面时, 防水膜部分熔化,与沥青混凝土混为一 体,从而实现了桥面与沥青铺装层之间的有效粘结 。

3 性能研究

 3 .1 粘度测试

本研究中, 桥面防水材料渗透性能用粘度大小来 评价 。粘度小, 渗透力强 ,反之渗透力弱 。通过对比试 验,分别测试了改性乳化沥青与溶剂型粘结剂在常温 下的粘度 ,测试结果列于表 1 。 测试结果表明:在相同试验条件下 ,溶剂型粘结剂 的粘度仅为改性乳化沥青的 1/3 , 说明溶剂型粘结剂 的渗透能力远远大于改性乳化沥青 。 

3 .2 防水性能测试

本研究中 ,桥面防水材料防水性能用渗水速度来表 1 改性乳化沥青与溶剂型粘结剂的粘度测试结果 s 试件编号 溶剂型粘结剂 改性乳化沥青 1 16.6 49 .2 2 16 .2 49 .3 3 16 .1 49 .7 4 16 .8 49 .5 5 16 .0 49 .1 平均值 16 .3 49 .4 注:采用涂氏粘度计进行测试;试验温度 20 ℃ 评价 ,渗水速度用渗水仪测定 。渗水速度小, 防水效果 好;反之, 防水效果差 。 同样通过对比试验, 分别测试了空白水泥混凝土、 改性乳化沥青、热沥青及溶剂型粘结剂在常温下的渗 水速度,测试结果列于表 2 。

表 2 几种桥面防水粘结剂防水性能测试结果 试件类型 水压力 / mBAR 渗水速度 /m L· s -1 备注 空白水泥混凝土 504 1.47 ×10 -5 C30 , 1 cm 厚 空白水泥混凝土+ 一层溶剂型粘结剂 502 2.44 ×10 -9 溶剂型粘结剂 用量为 0 .20 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 两层溶剂型粘结剂 508 0 溶剂型粘结剂 用量为 0 .37 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 三层溶剂型粘结剂 503 0 溶剂型粘结剂 用量为 0 .50 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 一层改性乳化沥青 509 3.68 ×10 -8 改性乳化沥青 用量为 0 .40 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 一层热沥青 507 4.75 ×10 -7 热沥青 用量为 0 .41 kg/ m2 以上测试结果表明 , 空白水泥混凝土具有较强的 透水性,涂刷溶剂型粘结剂及沥青之后的透水性得到 了明显减弱,但溶剂型粘结剂的效果**好,乳化沥青次 之,热拌沥青**差。

 3 .3 粘结强度测试

 桥面防水材料对桥面板的附着力用粘结强度来评 价。粘结强度通过测试拉拔力计算得出 ,拉拔强度 Ψ =P/S , S =πD 2 /4 。其中 P 表示拉拔力, S 表示有效 拉拔面积 , D 表示拉头的直径(50 mm)。粘结强度小, 附着力小 ;反之 ,附着力大。通过对比试验 , 测试了不 同厚度的溶剂型粘结剂及改性乳化沥青 、热沥青与水 泥混凝土之间的粘结强度 ,测试结果列于表 3 。 试验结果表明, 溶剂型粘结剂与水泥混凝土的“粘 结强度”和溶剂型粘结剂的用量有关 , 随着用量增大, “粘结强度”降低 ;热沥青和乳化沥青与水泥混凝土的 粘结强度均较低 。因为随着用量的增大 ,滞留在膜内的少量溶剂尚未挥发干净 ,膜自身的**大内聚强度还 未形成,故试件的破坏位置会发生于膜内部, 由此计算 出非溶剂型粘结剂与水泥混凝土桥面之间的界面处的 粘结强度 ,并不能真正反映溶剂型粘结剂在水泥混凝 土上的附着力, 而是反映溶剂型粘结剂自身的抗拉强 度(内聚强度), 而溶剂型粘结剂与水泥混凝土桥面的 附着力要大于此处的粘结强度 。改性乳化沥青虽然对 水泥混凝土的渗透性较好 ,但由于自身强度太低, 故粘 结强度较低;而热沥青对水泥混凝土的渗透性较差 ,界 面结合不够紧密 ,故粘结强度较低 。

 3 .4 组合结构剪切强度测试

 桥面铺装防水层的使用效果是一个综合性指标, 既包括防水层与水泥混凝土的粘结性能 , 也包括防水 层的防水性能及其与铺装层沥青混凝土的粘结性能和 剪切性能 。特别是高温下组合结构的剪切性能指标非 常重要,高温剪切性能的优劣直接关系到桥面铺装是 否会出现脱层和推移等病害 。剪切强度 τ=F/S , S = πD 2 /4 。其中 F 表示剪应力, S 表示有效剪切面积 , D 表示试件的直径(100 mm)。 本研究中 , 同样通过对比试验 , 研究了组合结构 (空白水泥混凝土 +三层溶剂型粘结剂 +5 cmAC16 沥青混凝土 、空白水泥混凝土 +改性乳化沥青 +5 cmAC16 沥青混凝土 、空白水泥混凝土 +热沥青 +5 cmAC16 沥青混凝土)的常温(25 ℃)和高温(40 ℃)剪 切性能,测试结果列于表 4 和表 5 。 剪切强度的测试结果表明 ,无论是常温或高温 ,三 层溶剂型粘结剂与水泥混凝土及 5 cm AC16 构成的 组合结构的剪切强度明显高于其余两种组合结构的剪 切强度。说明作为桥面防水材料, 溶剂型粘结剂能够 实现桥面与沥青铺装层的有效粘结, 组合结构常温和 高温下的剪切性能优良 , 对于减少甚至避免桥面铺装的层间推移、脱层等病害是非常有利的 。

4 溶剂型粘结剂在云南安(宁)-楚 (雄)路试验工程中的应用 

云南安楚高速公路 K93 +915 大桥及 K95 +815 大桥是两座水泥混凝土桥梁 ,也是溶剂型粘结剂首次 在云南省的试点工程 ,总面积为 6 000 m 2 左右 。云南 省普遍存在桥面铺装层发生推移的现象 , 其原因主要 是铺装层与水泥混凝土基层之间的粘结强度不够, 导 致层间抗剪性能严重不足。同时, 又考虑到两座大桥 的铺装下层采用的是防水性能并不突出的 AC -25 型 沥青混凝土,为了确保铺装下层与水泥混凝土桥面实 现有效粘结,提高铺装层与桥面的抗剪性能, 并起到良 好的防水效果, 必须适当加大溶剂型粘结剂的用量(厚 度)。整个施工工序分为 3 步进行 :

(1)水泥混凝土基层的处理,水泥混凝土桥面状 况较差,表现为 :平整度差 、浮浆较多、油类物质污染严 重等 。进场后**进行水泥混凝土基层的处理 ,处理 内容包括 :基层浮浆的铲除、油污的清洗和各类灰尘杂 质的清理 。

(2)溶剂型粘结剂的凃布。考虑到 K93 +915 大 桥桥面状况,溶剂型粘结剂厚度须在 0 .3 mm 左右(量为 0 .5 kg/m 2 左右),由于用量较大, 为了使溶剂充分 挥发 ,将凃布工艺分为 3 次完成, 大致为 :**次涂布 约0 .25 kg/m 2 , 第二次约 0 .15 kg/m 2 , 第三次约 0 .10 kg/m 2 。

(3)性能检测 。溶剂型粘结剂施工完 3 d 后进行 了防水性能的测试。通过测定涂布三层溶剂型粘结剂 的桥面的渗水系数来评价其防水性能。测得的渗透系 数为 0 。测试结果表明 ,溶剂型粘结剂的防水性能优 良。由拉拔力与拉头面积计算得出的粘结强度在 0 .8 MPa 左右 ,试验拉头的破坏位置均发生在溶剂型粘结 剂的内部 ,而不是溶剂型粘结剂与水泥混凝土的界面 处,这与室内试验基本吻合。

5 结论 

(1)作为桥面铺装的防水层 ,溶剂型粘结剂具有 优良的防水性能 ,当其达到一定厚度时 ,桥面的渗水速 度为 0 。

(2)作为桥面铺装的粘结层 ,溶剂型粘结剂与水 泥混泥土桥面板及沥青混凝土铺装的粘结性能良好, 组合结构具有优良的高温和常温的剪切性能 ,对于防 止桥面铺装的推移、脱层等病害提供了技术保障。

(3)结合安楚公路桥面的实际情况, 选择了较大 用量(0 .5 kg/m 2)的溶剂型粘结剂作为该试验工程的 防水层,确保了桥面铺装良好的综合性能。