水泥混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層研究

張 青 吳維平

(江西贛粵高速公路股份有限公司，江西 南昌 330025)

1 概述

橋面鋪裝作為世界性難題一直未被徹底解決，特別是混凝土橋面鋪裝層常見的早期損壞現(xiàn)象，如車轍、推移、開裂、坑槽、脫離等，這些損壞已成為影響高速公路使用功能發(fā)揮以及誘發(fā)交通事故的一大病害[1]。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析可知粘結(jié)層對橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變影響很明顯，對橋面鋪裝的使用耐久性，起到至關(guān)重要的作用[2]。

本文為了進(jìn)一步推廣防水粘結(jié)層的應(yīng)用，針對目前常用的SBS改性瀝青+碎石、改性乳化瀝青、水性環(huán)氧瀝青3種防水粘結(jié)層材料進(jìn)行基本性能質(zhì)量檢驗(yàn)和室內(nèi)模擬試驗(yàn)分析，研究其路用性能，為防水粘結(jié)層的使用提供科學(xué)依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 原材料

本文選用SBS改性瀝青、改性乳化瀝青、水性環(huán)氧瀝青性能指標(biāo)見表1～表3。

表1 SBS改性瀝青性能指標(biāo)

表2 改性乳化瀝青性能指標(biāo)

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

本文擬從界面拉拔試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)以及防滲透性能試驗(yàn)三個方面來評價粘結(jié)層材料的綜合性能。

表3 水性環(huán)氧瀝青性能指標(biāo)

2.2.1 拉拔試驗(yàn)

1)利用總厚度為10 cm的車轍試模，在室內(nèi)成型水泥混凝土板，水泥混凝土板厚度5 cm，待水泥板形成強(qiáng)度后，在表面撒布SBS改性瀝青+碎石、改性乳化瀝青以及水性環(huán)氧瀝青三種防水粘結(jié)層材料；

2)在粘結(jié)層上鋪筑5 cm厚的AC-13C混合料；

3)將成型好的復(fù)合車轍板進(jìn)行室內(nèi)鉆芯不取出，芯樣直徑為100 mm，每個車轍板取芯數(shù)量為5個～6個；

4)將拉拔頭用環(huán)氧樹脂粘結(jié)在芯樣表面上，待樹脂固化后，按照一定速率施加豎向拉力F直至粘層破壞，拉拔儀將自動記錄過程中的拉拔力峰值。

2.2.2 劈裂試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證三種材料的劈裂強(qiáng)度及凍融之后的劈裂強(qiáng)度，對鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了劈裂試驗(yàn)，具體試驗(yàn)過程如下：

1)利用總厚度為10 cm的車轍試模，在室內(nèi)成型水泥混凝土板，水泥混凝土板厚度5 cm，待水泥板形成強(qiáng)度后，在表面撒布SBS改性瀝青+碎石、改性乳化瀝青以及水性環(huán)氧瀝青三種防水粘結(jié)層材料；

2)在粘結(jié)層上鋪筑5 cm厚的AC-13C混合料；

3)將成型好的復(fù)合車轍板進(jìn)行室內(nèi)取芯，芯樣直徑100 mm，每塊板取芯數(shù)量為5個～6個，分為條件(進(jìn)行凍融循環(huán))與非條件兩組；

4)將條件組芯樣試件進(jìn)行凍融條件下的模擬，真空飽水后放入恒溫冰箱-18 ℃保持16 h，再將試件置于60 ℃±0.5 ℃水浴中保溫24 h；

5)將所有芯樣試件在25 ℃±0.5 ℃水浴中保溫2 h后進(jìn)行劈裂試驗(yàn)。

2.2.3 滲水試驗(yàn)

橋面防水粘結(jié)層在滿足以上性能的同時，必須還要滿足防水性能的要求，所以須進(jìn)行防水滲透試驗(yàn)。試驗(yàn)先按照粘結(jié)層的施工過程，在預(yù)制的水泥混凝土板上涂抹粘結(jié)層材料，待破乳、水分蒸發(fā)充分后在粘結(jié)層上進(jìn)行0.5 m靜水壓試驗(yàn)，在96 h內(nèi)觀察記錄水位情況，以此來檢驗(yàn)粘結(jié)層材料的防水滲透性能。

綜上，本文采用的防水粘結(jié)層性能評價指標(biāo)體系見表4，分別從粘結(jié)效果、水穩(wěn)定性、防滲透性能三個方面對不同粘結(jié)層材料的性能進(jìn)行評估。

表4 本項(xiàng)目建立的防水粘結(jié)層材料性能評價指標(biāo)體系

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3.1 粘結(jié)強(qiáng)度

通過測試三種粘結(jié)材料的層間拉拔強(qiáng)度，對比優(yōu)選出拉拔性能較好的粘層材料。

三種粘層材料的拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，從圖1中可知，水性環(huán)氧瀝青拉拔強(qiáng)度最高，改性乳化瀝青次之，SBS+碎石強(qiáng)度最低。水性環(huán)氧瀝青的拉拔強(qiáng)度較SBS+碎石提高25.9%，因此，在拉拔強(qiáng)度來看，水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層材料使用具有更好的粘結(jié)效果。

3.2 水穩(wěn)定性

為進(jìn)一步驗(yàn)證三種材料的劈裂強(qiáng)度及凍融之后的劈裂強(qiáng)度，對鋪裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行了劈裂試驗(yàn)。

表5 凍融劈裂試驗(yàn)結(jié)果

劈裂試驗(yàn)結(jié)果如表5和圖2所示，從劈裂試驗(yàn)結(jié)果可知，采用水性環(huán)氧瀝青作為防水粘結(jié)層的劈裂強(qiáng)度最高，其TSR值也最高，而其他兩種材料的劈裂強(qiáng)度稍低于水性環(huán)氧瀝青，但TSR遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水性環(huán)氧瀝青。說明水性環(huán)氧瀝青具有很好的防水以及抗凍融效果，因此采用此種材料作為橋面防水粘結(jié)層，將有利于提高橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的抗水損害能力以及使用壽命。

3.3 防滲透性能

從滲透試驗(yàn)結(jié)果來看，改性乳化瀝青和水性環(huán)氧瀝青在經(jīng)過96 h之后，沒有發(fā)生滲水現(xiàn)象，滲水系數(shù)為0 mL/min，說明這兩種材料的防滲效果好；而SBS改性瀝青+碎石在不到30 min內(nèi)，水分完全滲透，滲水系數(shù)接近20 mL/min，這主要是因?yàn)镾BS改性瀝青+碎石表面不夠致密，從而導(dǎo)致水分容易從空隙中滲透，在實(shí)際使用過程中可能導(dǎo)致水泥混凝土面板的侵蝕，影響整體結(jié)構(gòu)的耐久性。因此，從滲水試驗(yàn)可知，水性環(huán)氧瀝青材料與改性乳化瀝青具有更好的防滲透性能。

4 結(jié)語

本文通過對SBS改性瀝青+碎石、改性乳化瀝青以及水性環(huán)氧瀝青等三種典型防水粘結(jié)層材料的粘結(jié)強(qiáng)度、水穩(wěn)定性、防滲透性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，通過對三種材料關(guān)鍵性能的試驗(yàn)評價，得出以下結(jié)論：

1)通過拉拔試驗(yàn)、劈裂試驗(yàn)、滲水試驗(yàn)，以拉拔強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、TSR和滲水系數(shù)為指標(biāo)，建立了防水粘結(jié)層材料性能評價指標(biāo)體系；

2)拉拔試驗(yàn)與劈裂試驗(yàn)結(jié)果表明，水性環(huán)氧瀝青的拉拔強(qiáng)度最高，較SBS改性瀝青+碎石可提高25.9%，并且劈裂強(qiáng)度也要高于另外兩種粘結(jié)層材料，表明水性環(huán)氧瀝青具有更好的粘結(jié)效果；

3)凍融劈裂前后芯樣的TSR大小表明，水性環(huán)氧瀝青的TSR值比另外兩種材料提高10%以上，并且表面密實(shí)不滲水，因而具有更好的水穩(wěn)定性和防滲透性能；

4)從拉拔強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度、TSR以及滲水試驗(yàn)結(jié)果可知，水性環(huán)氧瀝青各項(xiàng)性能均優(yōu)于其他兩種材料，因此推薦水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層材料。