桥面防水粘结层性能对比研究

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公路与汽运
H ighw ays L Automotive Applications总第175期
桥面防水粘结层性能对比研究
詹桂超
(佛山市交通运输工程质量监督站，广东佛山 528041)
摘要：分别对SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青、日本TAF防水粘层油等3种不同粘结层材 料进行基本性能对比研究，通过成型“水泥板+防水粘结层+沥青砼”复合试件进行室内剪切试
验、拉拔试验，模拟行车荷载对城市高架桥铺装结构的破坏，探索不同粘结剂用量、不同温度及冻
融对防水粘结层的影响，确定各防水粘结剂最佳用量。

关键词：桥梁；桥面&方水粘结层；抗剪强度；抗拉强度&东融循环
中图分类号：U443. 33 文献标志码：A文章编号：1671 —2668(2016)04 —0186 —0=
在桥面铺装结构中，防水粘结层起承上启下的作用，决定桥面铺装是否具有良好的路用性能。

大量工程经验表明，城市高架桥的铺装结构破坏很大原因来自于沥青砼与水泥桥面之间防水粘结层的损坏。

中国对桥面铺装粘结层的研究才起步，对其各方面的研究仍不完善，防水粘结层的使用主要依靠工程师的使用经验，缺乏科学理论依据。

该文针对目前常用的日本TA F环氧粘层油、SB S改性沥青及SBR改性乳化沥青3种防水粘结层材料进行基本性能质量检验和室内模拟试验分析，研究其路用性能，为防水粘结层的使用提供科学依据。

1防水粘结剂基本性能分析
目前，中国对桥面铺装粘结层的评价方法尚无具体规范，各单位采用的评价方法也不尽相同。

下面主要对防水粘结剂的高温耐热性、低温柔韧性、耐酸碱性、不透水性等基本性能进行分析研究。

11高温耐热性
为保证防水粘结层在铺筑沥青砼时受到高温作用不至于流淌而影响其路用性能，防水粘结层需拥有良好的高温耐热性。

将粘结层涂刷于制好的水泥板上，室温下平放7d，分别在160°C下加热3 0min及在18 0°C下加热2 7观察水泥板表面的粘结层是否有流淌、粘手、软化、气泡等现象，试验结果如表1所示。

从表1来 看，SBR改性乳化沥青高温耐热性能不及其他粘结剂，其他两种粘结剂的高温性能都非常好。

表1防水粘结层材料高温耐热性试验结果
下列试验条件下的试验结果防水粘结层材料 --------------------------------
160 C,30 mn180 C,2 h SBR改性乳化沥青有粘手、气泡现象有粘手、气泡现象
SBS改性沥青 无粘手、气泡现象无粘手、气泡现象
日本TAF环氧粘层油无粘手、气泡现象无粘手、气泡现象1*低温柔韧性
为提高桥面铺装层的低温抗裂性，防止低温收缩导致铺装上下层脱离，防水粘结层需具备一定的低温柔韧性。

在牛皮纸上涂抹防水粘结层，室温下放置7 d 后，剪切成25m m X120m m试件分别放置于一20、一10、一5°C环境中冰冻2h,并将试件用金属棒在2 〜3.内弯曲至180°，观察有无裂纹出现，试验结果如表2所示。

由表2可知'种防水粘结剂的低温柔韧性均符合要求，其中S B R改性乳化沥青的最好。

表2防水粘结层材料低温柔韧性试验结果
防水粘结层材料
下列温度！C)下的试验结果
一20一10一5 SBR改性乳化沥青有相应柔度，弯曲不脆裂无变化无变化5；SBS改性沥青有相应柔度，弯曲时脆裂有相应柔度，弯曲时脆裂保持良好日本 TAF环氧粘层油有相应柔度，弯曲时脆裂有一定柔度，弯曲时脆裂保持良好
2016年第=期詹桂超：桥面防水粘结层性能对比研究187
!3耐酸碱性
由于外界环境的不确定性，防水粘结层在使用 期间可能会遇到酸碱性物质致使其原有性能发生破 坏，因而需对防水粘结层进行耐酸碱性检测。

在水泥板上涂抹防水粘结层并在室温下放置7 *然后分别浸泡在配置好的2;氢氧化钠溶液和 2;硫酸溶液中15*观察是否有剥落、坑槽、气泡等 现象，试验结果如表3所示。

表3
防水粘结层材料耐酸碱性试验结果
防水粘结层材料
不同溶液中的耐酸碱性
2;N aO H 溶液
2;H 2SO =溶液SBR 改性乳化沥青
表面完好，无剥落、坑槽、气泡表面完好$无剥落、坑槽、气泡5; SBS 改性沥青表面完好，无剥落、坑槽、气泡表面完好$无剥落、坑槽、气泡日本TAF 环氧粘层油
表面基本完好，无剥落，有少许坑槽与气泡
表面基本完好$无剥 落$有少许坑槽与气泡
由表3可知：各防水粘结剂的耐酸碱性良好，符 合使用要求，其中
SB R 改性乳化沥青及5; S B S 改
性沥青的耐酸碱性稍好于日本T A F 环氧粘层油。

!4不透水性
良好的防水性是防水粘结层的主要性能之一， 而且由于在防水粘结层上铺筑沥青混合料可能导致 防水粘结层破坏，要求防水粘结剂在具有一■定抗破 损能力的基础上具有良好的防水性能。

采用“水泥砼f 防水粘结层f 沥青砼”的室内模 拟试件，使用路面渗水仪检测在57 cm 水柱下经过 30
m in 后另一面是否渗水。

试验结果表明：3种防
水粘结层均无渗水情况发生，均表现出优良的不透 水性。

2路用性能检测
对已发生破坏的桥面铺装进行分析，发现防水
粘结层破坏的主要原因是其粘结强度不足。

因此， 采用直剪试验和拉拔试验测定防水粘结层的抗剪强 度与抗拉强度，评价其粘结性能。

城市高架桥多为水泥砼桥体上铺装沥青砼桥
表4
不同温度下不同粘结层厚度防水粘结层的抗剪强度
防水粘结层材料
25 C 下不同厚度（mm )时的
抗剪强度/MPa 60 C 下不同厚度（mm )时的
抗剪强度/MPa
0. 5
11:520:511 52SBR 改性乳化沥青
0. 240. 290. 350:320:050:060:090:075; SBS 改性沥青0.20:520:560:470:110:140:180:16日本 TAF 环氧粘层油
0. 67
0:74
0:71
0. 68
0:23
0:27
0:25
0:21
图1为25、60°C 下不同防水粘结层在各自最佳 性乳化沥青<5; S B S 改性沥青< 日本T A F 粘层
厚度下的抗剪强度。

从中可见：抗剪强度为
S B R 改
油；随着温度的升高，粘结层的抗剪强度大幅度下
面，故在水泥砼板上涂抹防水粘结层并铺设沥青混 合料成型复合试件进行室内试验，沥青砼选用AC
一13 型。

2.1剪切试验
为模拟汽车行驶时对路面的剪切作用，进行直 剪试验，剪切速率为50
mm /min 。

温度对防水粘结
层有巨大影响，不同温度下其抗剪强度差别较大，而 且不同材料的温度敏感性也不尽相同。

同时防水粘 结层的厚度对其抗剪强度也有较大影响。

因此，对 不同粘结层厚度、不同温度下的防水粘结层进行抗 剪强度分析，粘结层厚度选用0. 5、1. 0、1. 5、2. 0
m m ,考虑到夏季高温环境的不利影响，温度选择25
和60 C 。

25和60 C 下不同粘结层厚度防水粘结
层剪切试验结果如表=所示。

由表=可知：在同一温度下，3种防水粘结层材 料的抗剪强度都随着粘结层厚度的增加先上升后下 降，并且不同粘结层材料都存在一个最佳粘结层厚 度，SB R 改性乳化沥青、S B S 改性沥青及日本
TAF
环氧粘层油 的 最 佳 粘 结 层 厚 度 分 别 为 1:5 1:5 和 1:0 mm 。

188公路与 汽运
2016年7月
10
〇
SBR 改性乳化沥青5%SBS 改性沥青日本TAF 环氧粘层油
防水粘结层材料
图3
冻融对层间抗剪强度的影响
SBR 改性乳化沥青5%SBS 改性沥青日本TAF 环氧粘层油 防水粘结层材料
图1
不同温度下各防水粘结层最佳厚度时的抗剪强度对比
2.2拉拔试验
桥梁在汽车荷载作用下会产生振动，如果防水 粘结层与上下层的粘结强度不足，会影响桥面受力， 降低铺装的整体疲劳寿命。

下面采用拉拔试验确定 防水粘结层与上下结构的粘结强度，研究铺装层之 间的粘结受力情况。

试件按照“水泥板f 防水粘结层f 沥青砼”成
型，并用钻芯机钻取直径为100 m m 芯样，上下表面
用
A B 胶粘结拉头，待A B 胶完全固化后以150N/S
的拉拔速度进行拉拔试验，直至芯样发生破坏。

分 别在25、60°C 下对防水粘结层最佳厚度时的试样进 行拉拔试验，试验结果如表5和图2所示。

表5
不同温度下各防水粘结层最佳厚度时的
层间抗拉强度
不同温度！C )下层间
防水粘结层材料
抗拉强度/MPa 25
60SBR 改性乳化沥青
0:10:075； SBS 改性沥青0.790:12日本TAF 环氧粘层油
0:2
0:17
防水粘结层材料
图2"不同温度下各防水粘结层最佳厚度时的
层间抗拉强度
C 下的抗剪强度仅为25C 的30;左右。

0.74
由表5和图2可知：3种防水粘结层材料在相
同温度下的拉拔强度相差较大，为
S B R 改性乳化沥 青<5; S B S 改性沥青< 日本T A F 粘层油，且都随
着温度变化有较大改变，高温不利环境下的拉拔强 度仅为常温下的20;左右。

因此，在高温环境下应 对车流量及行车荷载进行管制，降低重载交通。

3冻融对防水粘结层的影响
在中国大部分地区，尤其是北方城市，春、秋天
降雨量较大而冬天气温较低。

如果雨水没有及时从 桥面排除，在冬季气温较低时，水分会在桥面铺装结 构内部冻结，待春季气温回升后形成冻融，加上雨季 的侵蚀，会降低防水粘结层的抗剪、抗拉强度，进而 降低铺装结构的疲劳寿命。

通过室内模拟试验分析防水粘结层经过冻融循 环后抗剪、抗拉强度的变化。

25C 下水浴6h ，然后
一18
C 下冰冻2=h 为一个冻融循环，经过=个冻融
循环后，在25
C 烘箱中保温6h 后进行剪切试验和
拉拔试验，分析冻融循环对防水粘结层抗剪、拉拔强 度的影响。

剪切试验结果如表6、图3所示，拉拔试 验结果如表7、图4所示。

表（冻融对层间抗剪强度的影响
层间抗剪
残留抗 防水粘结层材料
强度/MPa 剪强度冻融前冻融后
比/；SBR 改性乳化沥青
0:2902482.5; SBS 改性沥青0:5204484日本 TAF 环氧粘层油
0:4
065
87.
■冻融后抗剪强度
残留抗剪强度比
n 100
%/纪
幽
摆铤铝鈿饀
o o o o o o o o 98765432
M S
/蝴瞍铖輻呜葡资
降
2016年第=期
詹桂超：桥面防水粘结层性能对比研究
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0.1
0.0
SBR 改性乳化沥青5%SBS 改性沥青日本TAF 环氧粘层油
防水粘结层材料
图4
冻融对层间抗拉强度的影响
由表6和图3可知：冻融循环对桥面铺装结构 层间抗剪强度有明显影响，冻融前后3种防水粘结 层材料的抗剪强度都有一定程度降低，冻融后
SBR
改性乳化沥青粘结层的抗剪强度与残留抗剪强度比 较低，其次为
S B S 改性沥青粘结层，最后为曰本
T A F 环氧粘层油。

由表$和图4可知：冻融循环对桥面铺装结构 层间抗拉强度的影响与对抗剪强度的影响相同，冻 融后
SB R 改性乳化沥青粘结层的抗拉强度与残留
抗压强度比相对较低，其次为S B S 改性沥青粘结
层，最后为日本
T A F 环氧粘层油。

4结论
(1) S B R 改性乳化沥青、S B S 改性沥青、日本
T A F 环氧粘层油3种防水粘结层材料均符合渗水
要求，不透水性能良好。

(2)
不同防水粘结层都存在一个最佳撒铺厚 度，S B R 改性乳化沥青和S B S 改性沥青均为1. 5 mm ，日本T A F 环氧粘层油为1. 0 mm 。

!)温度对防水粘结层的抗剪、抗拉强度影响
很大，随着温度的升高而降低，其中
S B R 改性乳化
沥青防水粘结层的抗剪、抗拉强度相对较差，其次为
S B S 改性沥青粘结层，日本T A F 环氧粘层油最高。

!)冻融后防水粘结层的抗剪、抗拉强度有一 定程度降低，SB R 改性乳化沥青防水粘结层较低，
其次为
S B S 改性沥青粘结层，日本T A F 环氧粘层
油最高。

冻融对3种防水粘结层的影响差别不大。

!)根据试验结果，综合考虑价格因素，S B R 改 性乳化沥青作为防水粘结层性能相对较差，S B S 改
性沥青防水粘结层性价比最高；曰本
T A F 防水粘
层油的价格较高，一般城市高架桥不推荐使用，但其 各项性能都很好，且冻融对其影响较小，建议在交通 量、荷载较大地段及北方冻融较严重地区使用。

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收稿日期：2016 — 03 —15
表）冻融对层间抗拉强度的影响
防水粘结层材料
层间抗拉
强度/MPa
冻融前冻融后残留抗拉 强度比/；
SBR 改性乳化沥青
0 310 2374 25； SBS 改性沥青0 790 6379 7日本TAF 环氧粘层油
0 92
0 77
83. 7
■冻融后抗拉强度
残留抗拉强度比o o o o o o o o
9
8765432。