混凝土桥面铺装黏结防水层材料关键性能研究.pdf

第 1 3卷第 1期 2 0 1 0年 2 月 建筑材料学报 J OURNAL OF B UI LDI NG M ATE RI ALS Vo 1 1 3。No 1 Fe b ， 20 1 0 文章编号： 1 0 0 7 - 9 6 2 9 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 4 8 0 4 混凝土桥 面铺装黏结防水层材料关键性 能研究 刘黎 萍 ， 彭一川 ， 邵 静 ( 同济 大学 道路 与交通 工程教 育部 重点 试验 室 ， 上 海 2 0 0 0 9 2 ) 摘要：对 3 种黏结防水层材料( 热喷 S B S改性沥青、 水泥基 防水涂料 ， AWP 一 2 0 0 0 桥 面黏结防水层 涂 料) 的抗剪性 能 和黏 结性 能进行 了室 内测试 分析和 评 价 结果表 明， 热喷 S B S改性 沥青和 AwP 一 2 0 0 0桥 面黏 结 防水层涂料 的性 能 良好 ， 尤 其是 后 者 的抗 剪 性 能更 为 突 出， 而水 泥基 防 水涂 料 则 相 对逊 色 然后对 AwP 一 2 0 0 0桥 面黏 结防 水层 涂料 的现 场 抗 剪 强度 和拉 拔 强度 进 行 了测试 ， 并 与 已 有 的 S B S改性 乳化 沥青 + 小碎 石 黏 结 防水 层 进 行 了对 比 ， 结 果表 明 ， 两 者 均 能 满足 J C T 9 7 5 2 0 0 5 6 道桥 用 防水涂料 规 范要 求 ， 但 A wP 一 2 0 0 0桥 面黏 结防 水层 涂料 性 能更优 一些 关键 词 ：混凝 土桥 面铺 装 ； 黏 结 防水层 ；黏 结性 能 ； 抗 剪性 能 中图分类号 ： U4 1 4 1 文献标 志码 ： A d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 7 9 6 2 9 2 0 1 0 0 1 0 1 0 S t u d y o n Es s e nt i a l Pe r f o r m a n c e o f W a t e r p r o o f M a t e r i a l o n Co n c r e t e Br i dg e De c k LI U Li pi n g，PENG Yi c h u a n， S HAO J i n g ( Ke y La b o r a t o r y o f Ro a d a n d Tr a f f i c E n g i n e e r i n g o f t h e Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n ，To n g j i Un i v e r s i t y，S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2，C h i n a ) Ab s t r a c t ：I nd o or t e s t s ，a n a l ys i s a nd e v a l u a t i o n we r e c on du c t e d o n t he s he a r s t r e ngt h a n d b on di ng pe r f o r m a nc e of 3 ki nd s o f m a t e r i a l s f o r b on di ng a n d wa t e r p r oo f i ng c o ur s e ( ho t S BS mo di f i e d a s p ha l t ，c e me nt b a s e d wa t e r p r o o f c o a t i n g，AW P 一 2 0 0 0 c o a t i n g f o r b r i d g e d e c k b o n d i n g a n d wa t e r p r o o f i n g c o u r s e ) Th e r e s ul t s i nd i c a t e t ha t b ot h SBS mod i f i e d a s p ha l t a nd AW P一 2 0 0 0 c o a t i n g h a v e g oo d pe r f o r m a nc e，e s pe c i a l l y t he p r omi n e n t s he a r s t r e n gt h o f AW P一 2 0 00 c oa t i ng。b ut t h e c e m e nt ba s e d wa t e r pr o o f c oa t i n g i s ov e r s ha do we d b y t h e f o r m e r t woTh e n f i e l d t e s t s we r e c o nd uc t e d t o t e s t t he s h e a r s t r e n gt h a n d pu l l s t r e ng t h o f AW P一 2 0 0 0 c o a t i n g，a nd c o mpa r i s o n wa s ma d e b e t we e n t he AW P一 2 0 0 0 c o a t i ng a nd t he ne a r by e x i s t i ng SBS mo di fle d a s pha l t e mul s i o n +s ma l l gr a v e l b o nd i ng a nd wa t e r pr o o f i n g c ou r s e The r e s ul t s s ho w t h a t b o t h t he t wo c a n c o mp l y wi t h s p e c i f i c a t i o n ( J C T 9 7 5 - 2 0 0 5 )，b u t AW P 一 2 0 0 0 c o a t i n g h a s a b e t t e r p e r f o r ma n c e Ke y wo r ds ：c o nc r e t e br i dge d e c k pa ve m e nt ；b on di ng a nd wa t e r pr o o f c ou r s e；b o nd i ng pe r f o r m a nc e ；s h e a r s t r e n gt h 黏结防水层的整体性能、 作 用与其所选用材料 的性能要求是密不可分的 选择黏结防水层材料时 必须考 虑 以下几个 方 面 ： 不 透 水 性 、 黏 结 性 能 、 抗 剪 性能 、 耐久性 、 与其他材料的协调性 、 施工可操 作性 等口 目前 ， 常用 的混 凝土桥 面铺 装 黏结 防水层 材料 可分为 卷材类 与涂膜 类 卷 材类 主要 有 S B S改 性 沥 青卷材 ( 属 弹性聚合物改性 沥青 防水卷材) 及 AP P 改性沥青卷材( 属塑性体聚合物改性沥青防水卷材) 等 涂膜类防水涂料主要有合成高分子防水涂料 、 高 聚物 改性 沥青 防水涂 料 、 沥 青基 防水涂 料等 两类 材 料各 有优 缺点 ， 卷材类 防水 材料具 有铺 装快 、 施工 简 单等 特点 ， 但对 沥青 类 ( 包 括 改 性 沥青 ) 防水 材 料需 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 1 0 4 ；修订 日期 ： 2 0 0 9 0 3 一 l 1 基金项 目： 浙江省交通厅科技项 目( 2 0 0 7 H0 1 ) 第一作者： 刘黎萍 ( 1 9 6 8 ) ， 女 ， 山东菏 泽人， 同济大学副教授 ， 博士 E ma i l ： l i u 1 i p i n g 1 6 3 t o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 刘黎萍 ， 等： 混凝土桥面铺装黏结防水层材料关键性能研究 4 9 用喷火加热设备 ， 合成高分子需用胶黏剂， 施工劳动 强度大且造价相对较高 ； 涂膜类防水材料 防水效果 较好 ， 但在施 工过 程 中难 以控 制其 厚度 ， 为 了避免 在 铺筑 上层 时遭 到 破 坏 ， 最 好 在 其 上 加 铺 保 护 层 因 此 ， 选 择时应 根据 实际 情况 ， 结合 材料 自身 特点综 合 确定 目前桥面铺装出现 的很多早期损坏都与黏 结防水 层失效 有关 ， 故选 择 有 良好 黏 结性 能和抗 剪 性能 的不透水 材料 作为 黏结 防水层 并保 证施 工质 量 是至关重要的 本文参考 国内大量文献并结合 申嘉 湖高速 混凝 土桥 面铺 装 实 际 情况 ， 重 点选 择 了 以下 3 种 黏结 防水层 材料 ( 均属 涂膜类 ) 进 行试 验研 究 ( 1 ) 热喷 S B S改性 沥青 。 S B S系三元 嵌段 聚合 物 ， 是 一 种 很 受 推 崇 的 热 塑性 弹性 体 ， 在常温 下呈 强韧 高弹性 ， 在 高温 下也使 沥青 具有 较高 的黏度 ， 具 备优 良的防水特 性 S B S改 性沥 青 的抗 低 温变 形 能 力 和耐 高 温 性 能都 很 出色 ， 温度 敏感 性也 较好 ， 能 够 较 好地 兼 具 防水 与 黏结 功 能 ， 是一种 较 常用 的桥 面铺 装黏 结 防水层 材料 ( 2 ) 水 泥基 防水涂 料 水泥基防水涂料是用高耐久聚合物对特种水泥 改性 ， 并辅 以多种 助剂 及采用 特殊 工艺 制备 而成 的 由于高耐久聚合物与水泥水化产物发生反应 ， 形成 了结构 密闭 、 性能优 良的弹性 复合 体 ， 并 兼有 橡胶 类 材料 良好 的弹性 和变形 性能 ， 涂覆后 可 形成 高强 、 坚 韧 、 耐久 的 防水涂膜 ， 是 传统 防水 材料 的更新换 代 产 品 ， 为近 年来 欧 、 美 、 日、 韩 等发 达 国家兴 起 的一 种 双 组 分 的( 环保 型) 多 功能 弹性水 泥基 防水 涂料 ( 3 ) AWP 一 2 0 0 0桥面 黏结 防水层 涂 料 ( 以下 简称 为 AWP - 2 0 0 0防水涂料 ) AWP 一 2 0 0 0防水 涂 料 为 棕 褐 色 或 黑 褐 色 液 体 ， 其主 要成分 为天 然橡 胶 、 石 油沥 青 和 水 以及 配套 材 料组成 ， 其抗剪性能和防水效果均较好 该涂料不含 有 害挥 发物 质 ， 是一 种 环保型 防水 涂料 其施 工工 艺 简单 ， 可 机械 喷涂 ， 也 可 人 工 涂刷 ， 是 近 年来 新 兴 的 一 种高性 能 防水涂 料 1黏 结 防 水 层材 料 性 能 的测 试 方 法 黏结 防水层 材料 性能 测试 包括 ： 低 温柔韧 性 、 高 温耐 热性 、 黏结 强度 、 抗剪 强度 、 耐酸 耐碱 性 、 不 透水 性等多个方面 限于现场测试时间关系， 本研究 主 要就抗 剪 和黏结 这 2 个 关键 性 能进行 测试 1 1室 内抗剪 强度 首先 ， 在特制试模 ( 1 0 c m1 0 c m5 c m) 内浇 筑混凝土 制备试 件时， 将拌 和好 的混合料倒 入试 模 ， 分层 插捣 均匀 ， 然 后 通 过机 械振 动 台振 密 成 型 1 2 h后 ， 将其表面单 向拉毛以模拟水泥混凝土表面 状况， 增强其表面粗糙度以提高层间抗剪强度 水泥 混凝土试件养生 7 d后拆模并放入养护室， 2 8 d后 用于剪切试验 其次， 在水泥混凝土完全干燥的情况 下 ， 将其 表 面浮浆 、 灰 尘 等 清 理 干净 ， 按 照 3种 黏 结 防水材料 各 自的要 求 ， 用刷 子 在 其 表 面分 层 涂 刷 黏 结防水材料 ， 直至要求的厚度或遍数 然后， 用拌和 锅拌和沥青混合料 ， 在模具 内放入已涂刷好黏结防 水层 材料 的水 泥混 凝 土 试 块 ， 取 相应 质 量 的沥 青混 合 料分层 倒 入模 具 中 ， 并 插捣 均 匀 用 压 力 机静 压 ， 缓慢 加压 ， 直 至整个 试 件 的高 度为 1 0 c m 试件 静压 成型后 保 持一段 时 间 ， 直 至试件 冷却 ， 然后 缓慢 施加 静压 进 行 脱 模 试件 脱 模 后 在 室 温 中 存放 2 4 h ， 再在所需 的试验温度中保持 4 h以上， 即 可取 出进行 剪 切试验 剪 切强 度可用 式 ( 1 ) 计算 r一 r一 _ _ 一 L l 式 中 ： r 为 抗 剪 强 度 ， MP a ， 精 确 到 0 0 1 MP a ； P 为 压 力 ， k N； a为剪 切 角 ， 取 4 0 。 ； A 为 剪 切 面 面 积 ， 取 1 0 0 c m 1 2拉拔 强度 黏结防水材料的拉拔强度可以反映黏结防水层 与混凝土梁板和沥青混凝土之间的黏结力状况， 是 很 重要 的性 能指标 ， 一 般采用 拉拔 试验 进行 测定 试验时可按照上述剪切试验成型方法制备试块 ， 然 后用 强力 胶将 试块 底 端 与 地 面 固定 ， 顶 端 与 拉 头 固 定 ， 以 防拉 拔试 验 时从 试 块 两 端 脱 开而 达 不 到试 验 目的 本次 试验 采用 拉 拔 仪 先测 得不 同情 况 下 黏结 防水层破坏时的最大拉力 ， 然后将其 除以黏结防水 层接 触面 的面积 ， 即可 得 到 黏结 防水 材 料 破 坏 时 的 拉拔 强度 2黏结防水层材料 的抗剪性能 2 1室 内试 验 实 际使 用 状 况下 ， 桥 面铺 装 温度 随 环境 温 度 的 改 变而改 变 沥青 类黏结 防水 材料 的感 温性较 强 改 性沥 青 的感温 性虽 然 会 较 未改 性 前 有 明 显 改善 ， 但 是 沥青材 料 的黏度 仍会 随着 温度 的升高 而呈 下降趋 势 ， 这表明其抗剪性能会随着温度的增高而下降 为 比较 3种 防水材 料 在 不 同温 度 下 的 抗剪 性 能 ， 本 研 究选取一1 0 ， 2 5 ， 6 O这 3个 比较有代 表性 的温度 进 行抗 剪试 验 ， 结 果见 表 1 由表 1可见 ， 高 温 环境 下 3种 黏 结 防水 层 材 料 的抗剪强度均最小； 随着环境温度 的下降 ， 其抗剪强 度 不断 增大 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 5 O 建筑材料学报 第 1 3 卷 表 1 不 同环 境 温 度 下 3种 材 料 的 抗 剪 强度 Ta b l e 1 S h e a r s t r e n g t h o f t h r e e t y p e ma t e r i a l s u n d e r d i f f e r e nt t e mp e r a t u r e M Pa Te mp e r a t u r e 一 1 0 2 5 6 O 如果 设常 温 ( 2 5) 下各 材 料 的剪 切 强度 值 为 1 ， 则 S B S改 性 沥 青 、 水 泥 基 防 水 涂 料 、 AWP 一 2 0 0 0 防水涂料的低温( 一1 0) 抗剪强度分别约为各 自 常 温下 的 1 5 ， 1 2 ， 1 1 ， 高 温 ( 6 0) 抗剪 强 度分 别 约 为各 自常温下 的 0 3 ， 0 7 ， 0 8 若 考 虑 温度 影 响 ， 则 AWP 一 2 0 0 0防水涂料 随 环境 温度 的变 化较 小 ， 其 耐高温性能较优 ； 虽然 S B S改性沥青的常温抗剪强 度 相对 较高 ， 但是 它对 温度 的敏感性 也较 高 ， 因而其 高温性 能最 差 ； 水 泥 基 防水 涂 料 的抗 剪 强度 受 温度 的影 响不大 ， 但都 保持 在较低 的水平 2 2现场试 验 本 研 究在 正 式铺 筑 黏结 防水 层前 ， 于 嘉 兴段 某 中桥采 用 了 AWP 一 2 0 0 0防水 涂 料 ， 并将 其 与某 大 桥 采 用 的 S B S乳 化 沥青 +小 碎 石 进 行 了现 场抗 剪 强 度 的测试 对 比 测试 仪器 为长 安大 学研 制 的 J HY - A 型 桥面 防水层 电动 剪 切 仪 测 试 时 拉 头采 用 2种规 格 ， 即 4 c mx4 c m 正 方形拉 头和直 径 1 0 c m 圆形拉 头 现场 抗剪 强度测 试共 进行 2次 ， 第 2次仅 采用 4 c m4 c m 正方形 拉头 测试 结果见 表 2 表 2 2种 黏 结 防 水 层 现 场 抗 剪强 度 对 比 Ta b l e 2 Co mp a r i s o n o f s h e a r s t r e n g t h o f t wo k i n d s o f wa t e r p r o o f ma t e r i a l s i n fie l d 由表 2 可 见 ： 在 测试 温度 3 5 时 ， 2种黏 结 防 水层 材料 的抗剪 强 度均 满 足 规 范要 求 ； 在 测试 温 度 3 5时 ， AWP 一 2 0 0 0防水 涂 料满 足 规 范关 于抗 剪 强度的要求 ， 而 S B S乳化沥青+小碎石的抗剪强度 则 略微欠 缺 3 黏结防水层材料的黏结性 能 3 1 室 内拉拔试 验 前述 抗 剪试 验 结 果表 明 ， 水 泥基 防 水涂 料抗 剪 强度 不理 想 ， 因 此 ， 此 次 拉拔 试 验 仅采 用 S B S改 性 沥青 和 AWP - 2 0 0 0防水 涂 料 这 2种 黏 结 防 水 层 材 料 测试 时采用 1 0 c m1 0 c m 正 方形 拉 头 试 验 测 得 ： 室温( 2 0) 下， S B S改性沥青 、 AwP 一 2 0 0 0防水 涂 料 的拉 拔强 度分 别为 0 3 2 5 ， 0 2 4 6 MP a ； 6 0 下 S B S改性 沥 青 、 AWP 一 2 0 0 0防 水涂 料 的拉 拔 强 度 分 别 为 0 1 0 8 ， 0 1 1 6 MP a 由 此 可 见 ， 在 常 温 下 ， AWP 一 2 0 0 0防 水 涂 料 的 拉 拔 强 度 不 及 S B S改性 沥 青 ， 但在 高温 下 ， 其 拉拔 强度 略 高 于 S B S改性 沥青 ， 说 明 AWP 一 2 0 0 0防水 涂料 的高 温性 能 较优 ， 且 温度 稳 定性 较好 3 2现场拉 拔试 验 本 研 究在 正 式铺 筑 黏结 防水 层前 ， 于 嘉 兴段 某 中桥采 用 了 AWP 一 2 0 0 0防水 涂 料 ， 并将 其 与某 大 桥 采 用 的 S B S乳 化 沥 青 +小 碎 石 进 行 了现 场 拉 拔 强 度 的测 试 对 比 ， 也进 行 了 2次 测试 ， 结 果 见表 3 测 试时拉头采用 2 种规格 ， 即 4 c m4 c m方形拉头和 表 3 A WP - 2 0 0 0涂料与 S B S改性乳化沥青黏结防水层现 场黏结强度对 比 T a b l e 3 C o mp a r i s o n o f b o n d i n g s t r e n g t h t e s t e d i n fie l d b e t we e n AW P- 2 0 0 0 c o a t i n g ma t e r i a l a n d S BS e mu l s i fie d a s p h a l t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 刘黎萍 ， 等 ： 混凝土桥面铺装黏结 防水层材料关键性 能研究 1 0 c m1 0 c m 方形 拉 头 由表 3可 见 ， 2种 黏 结 防水 层 材 料 的现 场黏 结 强度 均满足 规范要 求 ， 不过 ， AWP 一 2 0 0 0防水 涂料 更 具一定的优越性 从 现场 测试情 况看 ， 测试 结果 受气 温 、 拉头 尺寸 和形状 、 测试 熟练 程 度 等 因 素影 响较 大 ， 因此 ， 很 有 必要 规范现 场黏 结强 度 和 抗 剪 强度 测 试 方 法 尽 管 如此 ， 本次现 场测试 同等 情 况 下 2种 材 料 的对 比结 果还是 具有 较高 的一致 性 综上所述 ， 通过对 3种黏结 防水 层材料 ( 热喷 S B S改 性沥青 ， 水 泥基 防水 涂 料 和 AWP 一 2 0 0 0桥 面 黏结防水层涂料) 其室内及现场 的抗剪强度和拉拔 强 度 的测 试 表 明 ， AWP 2 0 0 0防水 涂 料 的综 合 性 能 较优 ， 但 Aw P 一 2 0 0 0防 水 涂 料 价 格 较 贵 ， 所 以具 体 应用 时应 结合 性能 和经 济 因素 综合 考虑 4 结 论 1 热 喷 S B S改 性 沥 青 和 AWP - 2 0 0 0桥 面 黏 结 防水 层涂 料均 是不 错 的 桥 面铺 装 黏 结 防 水层 材 料 ， 尤其 是后 者 的抗 剪 性 能 更 为 突 出一 些 ， 而 水 泥基 防 水涂 料不适 宜做 桥面 铺装 黏结 防水层 材 料 2 温 度 3 5 时 ， S B S乳 化沥 青 +小 碎 石 的抗 剪强 度略 有 欠 缺 ； 温 度 3 5 时 ， AWP 一 2 0 0 0桥 面 黏结防水层涂料与 S B S改性乳化沥青+小碎石这 2 种 材料 的抗 剪强度 和 黏 结 强 度 均满 足规 范 要 求 ， 且 AWP 一 2 0 0 0桥面 黏结 防水层 涂料 的性 能更 优 致谢 ： 本文研究过程 中得 到上 海汇城建 筑装 饰有 限公司 的大力协助 ， 在此深 表谢 意 参考 文 献 ： 1 裴建 中， 胡长顺 ， 张 占军 桥面防水材料路用性能 J 交通运输 工程学报 ， 2 0 0 1 ( 1 ) ： 3 4 3 6 P E I J i a n - z h o n g HU Ch a n g s h u n Z HA NG Z h a n j u n P e r f o r m a n c e o f wa t e r p r o o f ma t e r i a l f o r b r i d g e d e c k s J J o u r n a l o f Tr a f f i c a n d Tr a n s p o r t a t i o n En g i n e e r i n g，2 0 01( 1) ：3 4 3 6 ( i n Ch i n e s e ) 2 裴建 中 桥面防水材料选 型研究口 公路 ， 2 0 0 6 ( 7 ) ： 6 6 7 0 PEI J i a n z ho n g Re s e a r c h o n c h o o s i n g wa t e r p r o o f ma t e r i a l f o r b r i d g e d e c k J Hi g h wa y ， 2 0 0 6 ( 7 ) ： 6 6 7 0 ( i n C h i n e s e ) 3 马涛 ， 黄晓明 ， 居浩 桥面 防水黏结材料性能研究 J 公路交通 科技 ， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 1 ) ： 4 3 4 6 MA Ta o HUANG Xi a o mi n g J U Ha o Rr e s e a r c h o n p e r f o r m a n t e o f wa t e r p r o o f ma t e r i a l f o r b r i d g e d e c k J J o u r n a l o f Hi g h wa y a n d Tr a n s p o r t a t i 0 n Re s e a r c h a n d De v e l o p me n t ， 2 0 07 ， 2 4( 1 )： 4 3 4 6 ( i n Chi n e s e ) 4 陆长兵 ， 王涓 ， 顾叶华 ， 桥面防水黏结材料性 能研究 J 公 路交 通科技 ， 2 0 0 5 ， 2 2 ( 7 ) ： 9 3 9 6 LU Ch a n g b i n g， WANG J u a n， GU Ye hu a Re s e a r c h o n p e r f o r ma n c e o f wa t e r p r o o f ma t e r i a l f o r b r i d g e d e c k J J o u r n a l o f H i g h wa y a n d Tr a n s p 0 r t a t i o n Re s e a r c h a nd De v e l o p me nt ， 2 0 0 5， 2 2 ( 7 )： 9 3 - 9 6 ( i n Ch i ne s e ) 5 范书龙 ， 郑晓光 混凝土桥面铺装黏 结 防水层 的试验研究 刀 公路与汽运 ， 2 0 0 4 ( 6 ) ： 6 7 6 9 FAN S hu l o n g， Z H ENG Xi a o g u a n gRe s e a r c h o n wa t e r p r o o f ma t e r i a l f o r c o n c r e t e b r i d g e d e c k s J Hi g h w a y s& Au t o mo t i v e Ap p l i c a t i o ns ， 2 0 0 4 ( 6 )： 6 7 6 9 ( i n Ch i n e s e ) 6 J C T 9 7 5 -2 0 0 5 ， 道桥用防水涂料 s J C T 9 7 5 - 2 0 05， Wa t e r p r o o f i n g c o a t i n g f o r r o a d a n d b r i d g e I S ( i n Ch i n e s e ) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m