混凝土桥面铺装环氧沥青防水粘结层性能研究.pdf

第 3 8卷第 6期 2 0 1 2年 1 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 22 9 混凝土桥面铺装环氧沥青防水粘结层性能研究 文 滔 ( 同济大学土木工程学院， 上海2 0 0 0 9 2 ) 摘要： 国内关于环氧沥青防水粘结层的理论研究和实践研究尚不完善 ， 导致大量桥面铺装由于防水粘结层的选 材和设计不当而过早破坏。以环氧沥青材料作为防水粘结层的研究对象， 首先进行各项试验材料具体的物理和化 学性能， 验证它们是否符合规范。之后通过剪切、 拉拔、 疲劳、 浸水 4项试验， 研究其在沥青混凝土水泥混凝土桥面 中的实际性能。这 4项试验都使用较多的试验材料进行 ， 并且贯彻了对比试验的思想。通过这 4项对比试验， 研 究环氧沥青用于桥面铺装时的具体性能， 从而测试环氧沥青用于桥面铺装粘结层的可行性 ， 以及在施工和性能方 面需要注 意的地方 。 关键词 ： 环氧沥青； 防水粘结层； 性能试验 中图分类号： T U 5 8 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 6 2 2 9 0 3 0 引 言 随着中国经济的高速发展 ， 各地建设欣欣 向荣 。 民间有一句俗语叫做“ 金桥银路” ， 可见经济的发展 和腾飞离不开基础设施 的建设。 目前中国的桥梁还 是以 昆 凝土桥为主 ， 而在其建设步伐加快的同时 ， 这 些桥梁在投入使用后很短一段时问内， 都出现了不 同程度的损伤 ， 这不但影响到了桥梁的正常使用 ， 严 重缩短了桥梁的使用寿命 ， 个别还危及到使用者的 安全 。因此 ， 国内外 的研究机构都对这一问题非常 重视 ， 并投入 巨大的精力、 财力研究。混凝土桥梁的 耐久性问题 已成为道路 行业讨论的焦点之一 ， 它的 提高将是2 l 世纪桥梁技术进步的重要标志。 1 国 内外 混凝 土桥 面 防水 粘 结层 研 究概况 1 1 国外混凝土桥面防水粘结层研究概况 刮 法国要求所有桥梁均设置防水层 ， 并建议防水 材料优先采用由高分子聚合物制成的涂膜或卷材， 底涂层一般采用改性橡胶乳液， 保护层为 2 2 m m厚 的沥青碎石， 面层厚度一般为 71 0 c m。 加拿大多伦多采用了一种全新的沥青粘结层系 统 ， 并且将之用于多伦多高速公路上 ， 取得了显著 的 成效 。 1 2 国内混凝土桥面防水粘结层研究概况 刮 通过对 国内外混凝土桥桥面铺装防水体系的应 用与研究状况的分析， 可以得出以下几点结论： 收稿 日期 ： 2 0 1 2 -0 8 - 0 7 作者简介 ： 文滔( 1 9 8 9一)， 男 ， 在读研究生 ， 研究方向为土木工程 。 E m a l l ： 1 6 9 4 0 8 q q c O ll l 1 ) 在桥 面防水 的应用 与研究方 面我 国尚处于 起步阶段 ， 而欧美 国家 已形成较为全面和系统的理 论 体系 ； 2 ) 从整体上讲 ， 虽然 国外在桥面防水工程上有 丰富的实践经验 ， 但至今对设置 防水层 的铺装结构 没有系统地进行力学分析 ， 未形成成熟 的设计理论 ； 3 ) 研究和设置合理的桥面防水系统能有效减 少和防止早期破坏 ， 是保证和提高桥梁耐久性最有 效的措施之一。 2原材料 的技术性质 2 1 水泥混凝土的技术性质 本研究所用水泥混凝土统一采用 C 3 0， 参照 J G J 5 5 _2 O 0 0 普通混凝土配合比设计规程 制备强度 等级为 C 3 0的水泥混凝土试件。首先 ， 在特制试模 ( 1 0 o m1 0 e m1 0 c m) 内浇筑混凝土 ( 配合 比为 水泥： 砂 ： 水 ： 石 子 =C： S： G： =3 3 0 ： 7 4 7 ： 1 6 5 ： 1 1 3 5 ) 。水泥混凝 土试 件制备时 ， 将 拌和好 的混合 料倒人试模 ， 分层插捣均匀 ， 然后通过机械振动 台振 密成型。试件养生 7 d后拆模放人养护 室， 2 8 d后 用于试验。注意： 需要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。其 技 术 性 能指 标 的测 试 按 照 J T G E 3 0 -2 0 0 5 ( ( 公路工程水 泥混凝土试验规程 进 行 ， 测试结果见表 1 。 表 1 硅酸盐水泥的主要物理化学性能 从表 1可知， 水泥 的主要技术性能满足规范的 2 3 0 四川建筑科学研究 第 3 8卷 要 求 。 2 2 防水粘结层的技术性质 1 o 本试验采用的环氧沥青防水粘结材料为江苏句 容市生产的 N J 多组分环氧沥青 HL N 7 6 1 1 。A、 B组 分的比例为 1 ： 7 6 。环氧沥青 防水粘结层的技术指 标见表 2 。 表2 环氧沥青防水粘结层的技术指标 项 目 技术指标 重量 比( ： 曰) 断裂延伸率 ( 2 3 ， ) 拉 拔 强 度 ： 蓑 土 剪切强度 3 3 C 。 ,N 钢板 N土 不透水性 ， 0 3 MP a 耐热性 抗刺破及渗水 在荷载作用下 的热挠 曲温度 t 2 粘度增至 1 0 0 0 c P的时间 ( 1 2 0 ( 2 ) m i n 1 o o ： 7 6 0 4 0 l 。 2 O MP a 1 5 O MP a 1 0 o MP a 1 2 O MP a 3 0 mi n不渗水 2 0 0 C， 不熔化 暴露轮碾试验 ( 0 7 MP a ， 1 0 0次 ) 后 ， 0 3 MP a水压下不渗水 一 1 O一一1 8 1 2 3 环氧沥青防水粘结层的性能试验 3 1 防水材料最佳用量的确定 研究表明， 涂膜类防水材料与混凝土基面的粘 结强度对防水材料 的用量并不敏感， 因此 ， 本文利用 常温抗剪强度来确定防水材料的最佳用量( 图 1 ) 。 图 2 环氧沥青防水粘结层抗剪强度 随用量的变化 曲线 会减小。故此种品牌的环氧沥青， 用于水泥混凝土 桥面铺装防水粘结层时， 可初步确定其最佳用量为 0 9 k g m 。 3 2环氧沥青防水粘结层材料的剪切试验 3 2 1 防水粘结层材料的常温( 2 5 c ( = ) 剪切试验 良好的抗剪强度能够较好的抵抗 由于行车荷载 带来的水平力的作用。本文针对防水粘结层材料的 常温抗剪强度进行 了试验研究 ， 环氧沥青按最佳用 量涂刷 ， 试验结果见表 4 。 表4 防水粘结层材料的常温( 2 5 o C) 抗剪试验结果 3 2 2 防水粘结层材料的高温( 5 O ) 抗剪强度 试验方法同常温剪切试验 ， 防水材料以最佳用 量涂刷 ， 采用静压法在 防水 粘结层 表面成型 A C一 2 0 C沥青混凝土脱模后 ， 将试件放人 1 2 0 烘箱 4 6 h ， 之后取出试件置于 5 0 的恒温箱 中养护 2 4 h ， 试验结果见表 5 。 图 1 环氧沥青防水材料的最佳用量试验 表5 防水粘结层材料的高温( 5 O ) 抗剪试验结果 试验结果见表 3 。 表 3 环氧沥青不 同用量 的抗剪试验结果 根据所测数据 ， 绘制抗剪强度随用量的变化曲 线图， 在图中找出与抗剪强度最大值对应的防水材 料用量， 即为最佳用量， 如 图2所示。 从 图 2可以看 出， 环氧沥青 防水粘结层材料 的 抗剪 强 度 存 在 一 个 峰 值 ， 所 对 应 的用 量 为 0 9 k m ， 当用量大于或小于最佳用量时 ， 抗剪强度都 3 3 环氧沥青防水粘结层材料的拉拔试验 本文除了进行斜剪试验外 ， 还进行 了拉拔试验 ， 拉拔试验采用与剪切试验相同的试件， 试验在常温 ( 2 5 )及高温( 5 0 ) 下进行。 3 3 1 防水粘结层材料的常温( 2 5 。 ( = ) 粘结试验 参照 J C J T 5 5 2 O 0 O 普通混凝土配合 比设计 规程 制备强度等级 为 C 3 0的水 泥混凝 土试 件， 厚 度为 4 0 5 0 m m， 长和宽均为 1 0 0 m m， 养护 2 1 d ， 完 成后清除表面浮浆 ， 保证施工表面清洁无缺 陷。按 最佳用量涂抹环氧沥青粘结层 ， 并按其施工工艺施 2 0 1 2 N o 6 文滔 ： 混凝土桥面铺装环氧沥青 防水粘结层性能研究 2 3 1 工和养护 ； 用专用拉拔头 固定在防水粘结层表面 ， 将 试件放 人 1 2 0 C烘箱 46 h ， 之 后取 出试件 移至 2 5 q c 的恒温箱中养护 2 4 h ， 然后采用浙 江上虞生产 的 S Z L Y 1 0 B型粘结强度拉拔力检测仪测定防水粘 结层与水泥混凝土桥面的粘结力 ， 如图 3所示 ， 试验 结果见表 6 。 图 3 拉拔测定示意 表 6 防水粘 结层 材料的常温 ( 2 5 E) 粘结试验结果 3 3 2 防水粘结层材料的高温( 5 0 ) 粘结试验 温度较高时， 混凝土结构内部水分的蒸发、 防水 粘结层材料的软化等都会影响到防水粘结层与混凝 土桥面板之间的粘结效果 。故采用分常温和高温两 组进行对 比的试验 ， 具体试验方法同常温下的拉拔 试验 ， 当环氧沥青粘 结层完全 固化后 ， 将试件移至 5 0 的恒温箱中养护 2 4 h ， 试验结果见表7 。 表 7 防水粘结层材料的高温( 5 O ) 粘结试验结果 3 4 环氧沥青防水粘结层材料的浸水试验 按照之前方法准备试件， 防水粘结层材料按施 工工艺施工和养护 ， 以最佳用量涂刷。取防水粘结 层施工 和养护完成后 的水泥混凝土试件， 采用静压 法在防水粘结层表面成型 A C= 2 0 C沥青混凝土， 将 试件放 人 1 2 0 E烘 箱 46 h ， 之 后取 出试件 移至 2 5 的恒温箱中养护 2 4 h ， 测其残 留抗剪强度 丁 ； 将另一部分试件移至 5 O 的恒 温水箱浸水 4 8 h ， 然 后转至 2 5 的恒温水箱继续浸水 1 h ， 测其残留抗 剪强度 丁 ， 比较抗剪强度 的衰减 ， 具体 的试验结 果 见表 8和表 9 。 表 8 防水 粘结层材 料浸水后残留抗剪强度试验 结果 表 9 防水粘结层材料浸水残 留抗剪强度 比试验结果 3 5环氧沥青防水粘结层材料的疲劳试验 本文中疲劳试验选用的试验 温度为常温 2 5 C， 采用控制应力 的加载方式。本文选用正弦波加载 ， 加载频率取为 1 O Hz 。为 了避免长时间的试验可能 出现试件脱空现象 ， 从而对试件产生冲击作用 ， 本试 验设置的正弦波荷载的谷值为 0 1 k N。另外 ， 由于 防水粘结层材料破坏时的抗剪压力一般不超过 3 5 k N， 因此本文选用低应力 比0 2进行疲劳试验。试 验方法如下。 按照之前方法准备试件 ， 防水粘结层材料按施 工工艺施工和养护 ， 以最佳用量涂刷。取 防水粘结 层施工和养护完成后 的水泥混凝土试件 ， 采用静 压 法在防水粘结层表面成型 A C一 2 0 C沥青混凝土， 将 试件放 入 1 2 0 C烘 箱 46 h ， 之 后取 出试件 移 至 2 5 的恒温箱中养护 2 4 h 。采用 MT S 8 1 0试验机测 试环氧沥青防水粘结层材料的疲劳寿命 ， 试验结果 见表 l 0 。总共测试 3组数据， 分别编号为、 、 ， 取其平均值。 表 1 0 防水粘结层材料的疲劳试 验结果 4 结论与展望 经测验本试验各项材料 ， 包括沥青混合料、 水泥 混凝土及环氧沥青等材料均符 合其相应 的规范 要 求。环氧沥青在 A、 B组分以 1 ： 7 6混合后 ， 其各项 力学性 能都会发生变化 ， 粘度等性能都会上升 ， 更加 符合桥面铺装粘结层的力学要求。以下为本试验结 论。 1 ) 环氧沥青 的用量对于铺装层 的抗 剪强度是 一 个先 提高后 减小 的 曲线。当用 量为 0 9 k g m 。 时 ， 其强度达到最大。 2 ) 环氧沥青在常温( 2 5 c C) 的情况下抗剪强度 达到了 5 2 5 MP a ， 比技术指标要求高出4 2 5 ， 可见 环氧沥青防水粘结层在常温下的抗剪性能优异 。而 其高温( 5 O ) 剪切试验结果只有 0 2 3 M P a 环氧沥 青的抗剪强度 ， 故在高温下环氧沥青 的使用需要谨 慎考虑。 3 ) 环氧沥青在 常温 ( 2 5 c C) 的情况下拉拔强度 达到了1 8 7 MP a ， 比技术指标要求高 出5 5 8 ， 可 ( 下转第2 3 8页) 2 3 8 四川建筑科学研究 第 3 8卷 从图 1 2可 以看出， 要提高砂浆 的抗渗性能 ， 减 水剂与聚丙烯纤维复掺最好 ， 聚丙烯纤维的掺量 以 1 0 0 0 m 为宜。 3 结 论 1 ) 单独掺加聚丙烯纤维 ， 可 以在一定程度上提 高砂浆试样的抗渗性能； 同时掺加适量 的聚丙烯纤 维和外加剂 ， 可以进一步提高砂浆试样的抗渗性能。 2 ) 在一定 范 围内， 随着 聚丙烯纤 维掺 量 的增 加 ， 砂浆的渗透高度和相对渗透系数降低 ， 抗渗性能 提高。当聚丙烯纤维掺加量超过 1 0 0 0 g 1T I 时， 砂 浆单位体积内的聚丙烯纤维数量过多 ， 有部分纤维 分散不 良， 对改善水泥砂浆的抗渗性能效果甚微 ， 砂 浆中聚丙烯纤维的掺量以 1 0 0 0 g m 最佳。 3 ) 试验结果表明， 砂浆的最佳配 比为 C ： | s ： W= 1 ： 2 ： 0 4 1 ， 其 中 J M I I 减水 剂掺 量为 水泥用 量 的 0 7 ， 聚丙烯纤维掺量为 1 0 0 0 g m 。 参 考 文 献 ： 1 龚益， 徐至钧 纤维混凝土与纤维砂浆施工应用指南 M 北京 ： 中国建材工业出版 ， 2 0 0 6 2 林玉梅， 罗伍文 聚合物改性抗裂防渗砂浆的试验 J 新型建 筑材料 ， 2 0 0 7 ( 0 3 ) ： 2 6 - 2 8 3 马良 ， 向阳开 聚丙烯纤维和膨胀剂对水泥砂浆塑性干缩 的 影响 J 重庆交通学院学报， 2 0 0 6 ( 增刊) ： 7 1 - 7 2 4 吕玉蓉， 梁乃兴 聚丙烯纤维在控制水泥混凝土裂缝方面的探 讨 】 重庆交通学院学报 ， 2 0 0 6 ( 0 1 ) ： 3 l - 3 4 ( 上接 第 2 3 1页) 见环氧沥青防水粘结层在常温下也有出色 的粘结性 能。随着 温 度 提高 至 5 O ， 其 拉 拔 强 度 下 降 至 1 0 5， 但仍然符合标准 ， 故而环氧沥青在高温下 的粘 结性能 良好 。 4 ) 从浸水试验可知 ， 在浸水后环氧沥青 的各项 力学性能有少许下降 ， 故在施工时应该按照现场条 件来考虑下雨等使得环氧沥青粘结层浸水的条件对 其性能造成的影响。 5 ) 从疲劳试验可知 ， 环氧沥青具有较好 的抗疲 劳性 ， 7 0 0 0次 的疲劳寿命使得环氧沥青 的实际使用 性能 良好 。 总的来说 ， 环氧沥青 的使用性能较为良好 ， 能够 承受桥面荷载等各种荷载的综合影响 ， 是一种 比较 适合水泥混凝土桥面防水粘结层的材料。 若要进一步研究 ， 首先本试验有着一定缺陷 ， 那 就是环氧沥青 A、 B组分加热多次， 性能可能会有一 定的变化。其次 ， 具体温度对于环氧沥青各项性能 的影响曲线 ， 也需要测定出一个具体的影响曲线 ， 这 是进行更深入的研究所需要确定的两个可能的影响 因素 。 参 考 文 献： 1 S w a i n s o n ， G a i l( J u n e 2 8 ， 1 9 9 9) Hi g h w a y B y p a s s P u t o n F a s t T r a c k T h e T o r o n t o S t a r ： P B 5 T h e e t e m s e c t i o n o f Hi ghw y 4 0 7， r u n n i n g f r o m Mc Co wa n Rd t o Ma r k h a m Rd ， o n ed Th u r s d a y t o h o wl s o f p r o t e s t f r o m Ma r k h a m r e s i d e n ts 2 N C H R P S y n t h e s i s o f Hi g h w a y P r a c t i c e 2 2 0 Wa t e r p r o o fi n g Me re b r a n e s f o r Co n c r e t e Brid g e De c k s Tr a n s p o r t a t i o n Re s e a r c h Bo a r d， Na t i o n a l R e s e a r c h Co u n c i l 。 W as h i n g t o n DC， 1 9 9 5 3 S e w e l l ， J o h n T h e S h a p e o f t h e S u b u r b s ： U n d e r s t a n d i n g T o r o n t o s S p r a w1 Un iv e r s i t y o f T o r o n t o P r e s s V 7 2 I S BN 9 7 8 0 8 0 2 0 9 8 8 4-9 R e t r i e v e d J u l y 1 ， 2 0 1 0 4 王涓 水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装防水粘结层性能的 研究 D 南京： 东南大学， 2 0 0 7 5 张占军， 胡长顺， 等 桥面防水材料路用性能 J 交通运输工 程学报 ， 2 0 0 1 ( 4) 6 陈剑涛 ， 薛荣 环氧 沥青 防水粘结层在水泥混凝 土桥 面铺装 中的应用 J 交通标准化， 2 0 0 8 ( 4 ) 8 马涛， 黄晓明 ， 居浩 桥 面防水粘结材料性能研究 J 公 路交通科技 ， 2 0 0 7， 2 4 ( 1 ) 9 郭鑫森 水泥混凝土桥铺装层防水粘结材料性能研究 D 西 安 ： 长安大学 ， 2 0 0 9 1 0 王毅 长大纵坡水泥混凝土桥桥面铺装防水粘结层研究 D 西安 ： 长安大学 ， 2 0 0 8 1 1 戴刚， 钱振东 水泥混凝土桥面环氧沥青的防水粘结层性能 研究 J 新型建筑材料 ， 2 0 0 9 ( 5 ) 1 2 胡伟 混凝土桥用环氧沥青防水粘结层材料性能试验研究 J 城市道桥与防洪， 2 0 0 8 ( 5 )