混凝土桥面铺装环氧沥青防水粘结层性能研究

第38卷第6期2012年12月四川建筑科学研究Sichuan Building Science收稿日期：2012-08-07作者简介：文滔（1989－），男，在读研究生，研究方向为土木工程。

E －mail ：169408@qq．com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200092）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：TU58文献标识码：B文章编号：1008－1933（2012）06－229－030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混凝土桥为主，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间内，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21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［1-3］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22mm 厚的沥青碎石，面层厚度一般为7 10cm 。

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［4-6］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：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C30，参照JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》制备强度等级为C30的水泥混凝土试件。

首先，在特制试模（10cm ˑ10cm ˑ10cm ）内浇筑混凝土（配合比为水泥ʒ砂ʒ水ʒ石子=C ʒS ʒG ʒW =330ʒ747ʒ165ʒ1135）。

水泥混凝土试件制备时，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。

试件养生7d 后拆模放入养护室，28d 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JTGE30—2005《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氧化镁/%三氧化硫/%烧失量/%抗压强度/MPa 抗拉强度/MPa3d 28d 3d 28d ≤5．0≤3．5≤5．0≥21．0≥42．5≥4．0≥6．5从表1可知，水泥的主要技术性能满足规范的922要求。

2．2防水粘结层的技术性质［7-10］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NJ多组分环氧沥青HLN7611。

A、B组分的比例为1ʒ7.6。

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HLN-7611重量比（AʒB）100ʒ760断裂延伸率（23ħ，%）≥40拉拔强度23ħ，混凝土≥1．20MPa 23ħ，钢板≥1．50MPa剪切强度23ħ，混凝土≥1．00MPa 23ħ，钢板≥1．20MPa不透水性，0．3MPa30min不渗水耐热性200ħ，不熔化抗刺破及渗水暴露轮碾试验（0．7MPa，100次）后，0．3MPa水压下不渗水在荷载作用下的热挠曲温度/ħ－10 －18粘度增至1000cP的时间（120ħ）/min≥123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1环氧沥青防水材料的最佳用量试验试验结果见表3。

表3环氧沥青不同用量的抗剪试验结果用量/（kg/m2）抗剪压力/kN①②③平均值/kN抗剪强度/MPa0．575．978．780．378．35．031．083．679．581．181．45．231．566．973．774．871．84．62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 kg/m2，当用量大于或小于最佳用量时，抗剪强度都图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0.9kg/m2。

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（25ħ）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（25ħ）抗剪试验结果材料种类抗剪压力/kN①②③平均值抗剪强度/MPa环氧沥青83．280．581．481．75．25 3．2．2防水粘结层材料的高温（50ħ）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AC－20C沥青混凝土脱模后，将试件放入120ħ烘箱4 6h，之后取出试件置于50ħ的恒温箱中养护24h，试验结果见表5。

表5防水粘结层材料的高温（50ħ）抗剪试验结果材料种类抗剪压力/kN①②③平均值抗剪强度/MPa环氧沥青3．633．573．703．630．23 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（25ħ）及高温（50ħ）下进行。

3．3．1防水粘结层材料的常温（25ħ）粘结试验参照JGJ/T55—2000《普通混凝土配合比设计规程》制备强度等级为C30的水泥混凝土试件，厚度为40 50mm，长和宽均为100mm，养护21d，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032四川建筑科学研究第38卷工和养护；用专用拉拔头固定在防水粘结层表面，将试件放入120ħ烘箱4 6h，之后取出试件移至25ħ的恒温箱中养护24h，然后采用浙江上虞生产的SZLY-10B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（25ħ）粘结试验结果材料种类粘结力/kN①②③平均值粘结强度/MPa环氧沥青1．521．811．731．691．873．3．2防水粘结层材料的高温（50ħ）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50ħ的恒温箱中养护24h，试验结果见表7。

表7防水粘结层材料的高温（50ħ）粘结试验结果材料种类粘结力/kN①②③平均值粘结强度/MPa环氧沥青0．821．040．970．941．053．4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AC=20C沥青混凝土，将试件放入120ħ烘箱4 6h，之后取出试件移至25ħ的恒温箱中养护24h，测其残留抗剪强度τ1；将另一部分试件移至50ħ的恒温水箱浸水48h，然后转至25ħ的恒温水箱继续浸水1h，测其残留抗剪强度τ2，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材料种类抗剪压力/kN①②③平均值抗剪强度/MPa环氧沥青19．1318．919．2119．081．23表9防水粘结层材料浸水残留抗剪强度比试验结果材料种类浸水残留抗剪强度/MPaτ1τ2τ2ʒτ1环氧沥青5．251．230．23 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25ħ，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10Hz。

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0.1kN。

另外，由于防水粘结层材料破坏时的抗剪压力一般不超过35 kN，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AC－20C沥青混凝土，将试件放入120ħ烘箱4 6h，之后取出试件移至25ħ的恒温箱中养护24h。

采用MTS810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10。

总共测试3组数据，分别编号为①、②、③，取其平均值。

表10防水粘结层材料的疲劳试验结果材料种类疲劳寿命/次①②③平均值环氧沥青75416954731572704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1ʒ7.6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0.9kg/m3时，其强度达到最大。

2）环氧沥青在常温（25ħ）的情况下抗剪强度达到了5.25MPa，比技术指标要求高出425%，可见环氧沥青防水粘结层在常温下的抗剪性能优异。