绿色环保型高性能沥青混凝土排水铺装用防水材料应用研究.pdf

钎 癯 建魄 中 国 科 技 核 心 期 刊 绿色环保型高性雒沥青混凝土 排水铺装用盼水材料应用砷究 杨冲， 冉千平， 孙德文 ( 江苏省建筑科学研究院有限公司， 高性能土木工程材料国家重点实验室， 江苏 南京2 1 0 0 0 8 ) 摘要 ： 介绍了一种沥青混凝土排水铺装用的高性能树脂型防水材料以及其作为防水层所具备的性能优势。其优异性能表现在 与沥青混凝 土基面的粘结强度达 4 0 7 MP a ， 与混凝土基面的粘 结强度达 3 5 1 MP a ， 低 温弯折性可达 一 2 O， 同时在 1 8 MP a的压力 下 2 4 h 不透水， 耐磨性优良。 不仅能够实现防水层与基层之间良好的相容性， 同时避免了在实际工程中存在的因防水层性能缺陷带 来 的经济损失 。 关键词 ： 树脂防水材料； 粘结强度； 低温柔性； 排水铺装 中图分类号： T U 5 7 + 3 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 4 1 0 3 Ap p l i c a t i o n r e s e a r c h o n t h e g r e e n h i g h - p e r f o r m a n c e wa t e r p r o o f m a t e r i a l f o r a s p h a l t c O I l c r e te d r a i n a g e p a v e m e n t Y A N G C h o n g ， R A N Q i a n p i n g ， S U N D e w e n ( S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f Hi g h P e rfo r ma n c e Ci v i l En g i n e e rin g Ma t e ria l s ， J i a n g s u R e s e a r c h I n s t i t u t e o f B u i l d i n g S c i e n c e ， N a n j i n g 2 1 o o o 8 ， J i a n g s u ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h i s a r t i c l e i n t r o d u c e s a h i g h p e r f o rm a n c e r e s i n - b a s e d w a t e r p roo f ma t e ri a l s f o r d r a i n a g e p a v e m e n t w i t h asp h alt c o n c r e t e ， and i t s p e rf o r ma n c e a d v a n t a g e s as wa t e rpr o o f l a y e r I t s e x c e l l e n t p e rfo r ma n c e i n c l u d e s ： 4 0 7 MPa o f a d h e s i o n t o a s p h a l t c o n c r e t e b a s e s u rfa c e， 351 MP a o f a d h e s i o n t o t h e c o n c r e t e s u rfa c e ， l o w t e mp e r a t u r e fl e x i b i l i t y o f u p t o - 2 0， n o i mp e r v i o u s a f t e r 2 4h u n d e r 1 8 MP a p r e s s u r e ， e x c e l l e n t a b r a s i o n r e s i s t an c e I t C a ll no t o n l y a c h i e v e g o o d c o mp a t i b i l i t y b e t we e n t h e wa t e rpr o o f l a y e r wi t h t h e s ub - s t r a t e ， b u t als o a v o i d t h e e c o n o m i c l o s s e s d u e t o p e rf o rma n c e d e fi c i e n c i e s i n t h e w a t e r p r o o f l a y e r e x i s t i n t h e r e al p mj e e t Ke y wo r d s ： r e s i n w a t e rproo f ma t e ri al； a d h e s i v e s t r e n g t h ： l o w t e mp e r a t u r e fl e x i b i l i t y ； d r ain a g e p a v e me n t O 引言 随着公路里程的延长， 公路桥梁、 通道等结构物数量急剧 增加的同时，桥面铺装及桥梁结构在使用过程中暴露的缺陷 与不足也日 益突出。究其主要原因： 对于桥梁构造物， 人们关 注的一般是桥位、 桥型以及结构， 而对于桥面的铺装、 防排水 等附属设施重视不够，实际情况是由于防水层破坏导致的路 面损害成为主要的道路病害。 目 前， 路面铺装铺设的防水层主要有刚性、 柔性两大类。 基金项 目： 国家重点基础研究发展规划 ( 9 7 3 ) 项 目( 2 0 0 9 C B 6 2 3 2 0 5 ) ； 江苏省科技支撑计划项目( b e 2 0 1 0 0 0 9 ) 收稿 日 期： 2 0 1 2 1 1 - 0 1 作者简介： 杨冲， 女， 1 9 8 6 年生， 山东青岛人， 工程师， 硕士， 从事混凝 土外加剂的开发。 地址： 南京市万安西路 5 9 号， E m a i l ： y a n g c h o n g c n j s j k c n 。 刚性防水层主要是通过加强水泥混凝土的密实性以及减少或 封闭水泥混凝土裂缝达到阻隔桥面雨水渗透来实现防水功 能， 其主要应用于刚性桥面铺装层( 水泥混凝土基层) ， 这种刚 性防水层在交通量大、 车速快、 车辆载重量大的高速公路中使 用时， 往往因为不能承受拉应力及压应力而造成变形、 裂缝， 修 补较麻烦， 且抗伸缩、 抗冲击性能差， 同时环境适应性差， 因此 往往出现破坏。 柔性防水层则由于与混凝土具有很好的相容性 及性能优势弥补了刚性防水层在亲和性、 抗裂性、 粘结性、 防老 化性和低温条件下的柔韧性与抗裂性的缺陷， 能够适应桥面铺 装所在的自 然环境变化， 起到很好的防护作用。但目 前作为柔 性防水层的防 水材 料质量参 差不齐， 主要有高 分子防 水涂料、 沥青防水卷材等， 在使用中存在如下缺陷： 高分子防水涂料防 水层施工虽然简易、价格低且与混凝土表层的粘结性好， 但 是在沥青混合料摊铺中会因为强度不高、耐磨性差的缺陷而 受损； 沥青防水卷材是一种强度、 延伸性、 耐高温性及抗渗性 能均优于高分子防水涂料类材料的高性能柔性防水材料， 但 NE W BUl L DI NG V l AT ER I AL S 41 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨冲， 绿色环保型高性能沥青混凝土排水铺装用防水材料应用研究 其造价高， 不利于大面积使用， 且抗剥离性差， 使用不灵活。 本实 验室研制一种绿色 环保型高 性能沥青混凝土树脂防 水材 料， 其具有与沥青混凝土良 好的 粘结效果， 低温柔韧性 佳， 耐老化性能 好， 耐磨性能强， 能 够有效地抵抗铺装层剪切 滑移、 脱层及开裂， 可避免因雨水下渗对混凝土桥梁造成的主 梁钢筋锈蚀、 碳化和混凝土保护层冻涨、 盐霜析出等病害， 有 效地保证混凝土桥梁的使用寿命。 1 试验 1 1 试验原材料 甲基丙烯酸酯树脂防水材料 M， 自制； 过氧化苯甲酰固 化剂B ， 阿克苏诺贝尔公司。 1 2 试验仪器 万能拉力试验机， 深圳新三思计量技术有限公司； 恒温恒 湿养护箱、 低温箱， 苏州东华试验仪器有限公司； 弯折仪、 不透 水仪、 磨耗试验仪， 南京赛峰科技仪器有限公司。 1 - 3 试验方法及结果 试验在标准条件下进行： 温度( 2 3 2 ) o C ， 湿度( 6 0 2 ) ， 试验进行之前将所需原材料在标准条件下放置2 4 h ，树脂防 水材料M在使用时添加固化剂 B ，添加量为树脂质量的 1 5 ， 固 化剂溶解后涂膜成型， 膜厚( 1 5 O 2 ) to n i ， 于标准环 境下养护7 d ， 按照 G B T 1 6 7 7 7 -2 0 0 8 建筑防水涂料试验方 法 进行性能测 试。 表1 为 树脂防 水材料的基本性能。 表 1 树脂防水材料的基本性能 项目 测试结果 固含量 0 o C 表 干时间 m i n 4 0 0 实干时间 ra i n 4 0 o C 拉伸强度 MP a 断裂伸 长率， 撕裂强度 ( N mn O 与混凝土的粘结强度 M P a 与沥青混凝土 的粘结强度 MP a 与混凝土的剥离强度I ( N l m m) 不透水性 耐磨性( 1 0 0 0 g ， 5 0 0 r ) m g 低温弯折性 9 8 5 40 1 0 6 0 3 O 2 2 5 1 5 6 1 0 2 3 51 4 0 7 42 1 8MP a ， 2 4h不透水 1 0 -2 0 通过对树脂防水材料性能测 试结 果分析发现， 其性能具 有以下特点： ( 1 ) 出 色的 快 速固 化性能， 表 现为0 4 O 条件下实 现O 5 1 0 h 固化， 一 3 0 也可施工； 4 2 新型建筑材料 2 0 1 3 3 ( 2 ) 通过调整固化剂用量， 实现可使用时间的可调性， 施 工灵活方便； ( 3 ) 与沥青混凝土、 水泥混凝土具有良 好的附着性与相容 性； ( 4 ) 优异的物理力学性能， 强度高、 柔性好、 耐磨性优异、 低温柔性极佳， 能够满足不同施工需要。 以上性能特点保证了树脂防水材料在工程应用中的优 势， 为更好地避免工程中存在的耐久性问题， 我们进行了耐久 性试验， 结果如表2 所示。 表 2 树脂防水材料 的耐久性试验结果 注 ： ( 1 ) 热 处理、 酸处理 、 碱 处理按 G B 厂 I 1 6 7 7 7 2 0 0 8规 定的试 验条件进 行 ； ( 2 ) 盐处理试验 条件 为： 试件在 2 N a C 1 溶 液 ( 用 C a C 1 过饱和) 中浸 泡 ( 1 6 8 1 )h ， 试验温度 ( 2 3 2 )oC； ( 3 ) 人工老化处理 ： 采 取氙灯老化试验 箱进行老化试验 ， 温度 ( 6 5 5 )o C ， 湿度 ( 6 0 1 O ) ， 时 间 7 2 0h ， 喷淋周期 1 8 mi r d 2 h 。 通过耐久性试验结果显示，树脂防水材料具有很好的耐 久性， 可以经受酸、 碱、 盐、 高温等多种不同环境的老化， 且性 能保持良好， 这可为在恶劣环境下材料的使用提供保障。 2 施工设计与研究 树脂防水材料性能上的优势为其应用奠定了基础，针对 其与沥青混凝土及水泥混凝土之间良好的相容性与适应性， 开辟了其在沥青混凝土中的应用。 将此材料应用于沥青混凝土 排水铺装中作为防水层可解决近几年因桥面铺装防水层破坏 产生的病害，对提高桥梁耐久性问 题提供了现实的技术方案。 为 此， 在实 验室 进行模 拟施工， 寻 找出 一套 合理的 施工方 法。 2 1 施工方法及可使用时间的调整 树脂防水材料是通过在树脂中加入固化剂进行喷涂施 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 杨冲， 绿色环保型高性能沥青混凝土排水铺装用防水材料应用研究 工， 针对不同 环境温度、 不同 施工要求， 固 化剂用量是控制可 使用时间的关键因素， 因此， 通过改变固化剂用量来调整可使 用时间( 见图1 ) 。 从图1 可以看出，通过调整固化剂用量实现使用时间的 可调性， 一般将可使用时间调整在2 0 4 0 m i n ， 既能够保证固 化的完全性又能保证交通开放的快捷性，对保证工程效率至 关重要。 2 2 排水性铺装施工方法设计 通过在实验室进行不断摸索、 施工， 归纳出一套针对沥青 混凝土排水性铺装的施工工艺及流程，图2为树脂防水材料 应用于排水性路面铺装的施工工艺。 F - I M 树 脂 + 促 进 剂10 5 0 7 k g m 2 l 清 扫 I l l l 树 脂 喷 涂 I I 骨 料 散 布 l- 2 L l 塑 型 l_ _ J l 匦 匝囹 0 3 - 0 5 k匾g m l 图 2 树脂防水材料应用于排水性铺装的施工工艺 通过对图2的树脂铺装流程、 施工现场及完工路面的研 究发现： 以树脂防水材料作为沥青混凝土路面排水铺装中的 柔性防水层，有效地改善了传统柔性防水层存在的防排水性 能差的缺陷， 增强了排水系统持续性及耐久性， 其从根本上满 足了沥青混凝土路面排水铺装中对柔性防水层的技术要求： ( 1 ) 相容性好， 能够有效结合上层沥青混凝土与下层水泥混凝 土， 形成良好的粘结层； ( 2 ) 强度高、 韧性好， 能够承受沥青混 合料在铺装时存在的辗压、 剪切、 刺穿等作用； ( 3 ) 耐高温性能 佳， 能够承受高温铺装过程中的软化破坏， 且高温下不流淌； ( 4 ) 耐久性能好， 具有很好的耐酸、 防老化和低温条件下的柔韧 性和抗裂性。 同时， 此树脂防水材料不存在挥发性的有害物质， 是一种绿色环保型防水材料。 以 树脂防水材料为沥青混凝土路 面排水性铺装柔性防水层， 便利的施工方法以及良 好的防水效 果从根本上解决了在沥青混凝土路面排水铺装设计、 施工以及 性能方面的问题， 是一种绿色环保型高性能防水材料。 3 结论 ( 1 ) 以树脂为防水层的排水性铺装可保证排水功能的高 效实用性， 能够通过内部联通空隙有效地将水排出， 保证路表 不积水、 不形成水膜， 从而提高路面的抗滑性能， 提高车辆在 道路上行驶的安全性； ( 2 ) 沥青混凝土路面排水性铺装可有效改善道路周围环 境问题， 降低道路两侧噪声， 提高人民生活的舒适度， 而以树 脂作为防水粘结层则保证了这种排水性路面在使用过程中的 耐久性问题， 极大地提高了道路的使用寿命； ( 3 ) 以树脂作为防水粘结层能够实现固化时间可调性， 其 施工工艺简单便捷， 可极大地提高施工效率。 参考文献： 1 许道坤， 吕伟娅_ f 氐 冲击开发模式应用透水路面发展综述 J 】 新型建筑材料， 2 0 1 2 ( 3 ) ： 3 1 3 4 2 】 马翔， 倪富键， 沈恒 排水性沥青混合料强度影响因素分析叨 东 南大学学报( 自 然科学版) ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 1 0 8 7 1 0 9 0 A ( 上接第 3 1 页) 4 结语 ( 1 ) 采用合适的氧化还原引发体系， 使聚合反应在低温下 进行，不仅能解决在超高浓度下合成聚羧酸系减水剂的自 动 加速控 U l-J 题， 成功合成了 分散性能优异的 质量浓度为8 0 的 超高浓度聚羧酸系 减水 剂，同时由 于其合成过程中 无需加 热， 降 低了生 产能 耗。 ( 2 ) 采用维生素C 一 双氧水氧化还原引发体系 ( H 2 0 2 ) ： n ( V c ) = 4 ： 1 1 ， H 2 0 2 用量为大单体用量的1 5 ， 链转移剂磷酸三 钠用量为大单体的 1 2 ， S M A S用量为大单体的6 ，在室温 下( 2 0 4 0 c C ) 反应 3 h ， 合成了分散性能优异的超高浓度( 质 量浓度8 聚羧酸系减水剂。当该减水剂折固掺量为0 2 0 、 水灰比为O 2 9 时， 水泥净浆初始流动度可达2 8 5 m m 、 6 0 m i n 净浆流动度为2 8 8 m m 、 1 2 0 m i n 净浆流动度为2 8 2 m m 。 同时， 按G B 8 0 7 6 -2 0 0 8 测得的各项技术性能指标也较为优异。 参考文献： 【 1 方云辉， 麻秀星， 桂苗苗， 等 聚羧酸分子结构对混凝土性能的影 响【 J 混凝土， 2 0 1 0 ( 1 2 ) ： 7 3 7 5 【 2 】 潘祖仁 高分子化学 M 3版 北京 ： 化学工业 出版社， 2 0 0 6 、 A N E W BUI L DI NG M ATE R I AL S 4 3 弱 加 坫 m 口 I 田 厘留 匠 口 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m