溶劑型防水粘結(jié)劑性能研究及其在橋面鋪裝中的應(yīng)用
該文根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)先進(jìn)技術(shù)和水泥混凝土橋梁的使用環(huán)境, 立足于防水和粘 結(jié)功能, 開(kāi)發(fā)了專(zhuān)門(mén)用于橋面鋪裝的溶劑型層間防水粘結(jié)劑, 并提出了其相應(yīng)的技術(shù)要求。 同時(shí)系統(tǒng)研究了溶劑型防水粘結(jié)劑的防水性能、與橋面板及瀝青混凝土的粘結(jié)性能及剪切性 能, 通過(guò)安(寧)-楚(雄)高速公路橋面防水工程的實(shí)施, 研究了其施工工藝, 為我國(guó)今后的橋 面防水技術(shù)提供了一條新思路。
1 前言
隨著我國(guó)高速公路的快速修建, 不可避免地要修 筑諸多橋梁,特別是在云南、四川及貴州等多山地區(qū)。 橋面鋪裝與一般路面使用條件的差異導(dǎo)致其使用性能 要求也有許多不同。由于我國(guó)目前在橋梁防水層方面 的研究較少,沒(méi)有取得突破性進(jìn)展 ,防水材料性能指標(biāo) 參差不齊 ,但總體性能較差,導(dǎo)致橋面鋪裝出現(xiàn)較大面 積的推移和脫層等病害。究其原因, 主要是一些業(yè)主 和施工單位對(duì)防水層的認(rèn)識(shí)不夠, 只強(qiáng)調(diào)防水層應(yīng)具 備防水性能,而忽視其還應(yīng)具備與水泥混泥土基層及 瀝青混凝土面層的粘結(jié)性能 ,或者將粘結(jié)強(qiáng)度指標(biāo)定 得過(guò)低,并且往往未考慮高溫時(shí)的粘結(jié)和剪切性能。 鑒于此,重慶交通科研設(shè)計(jì)院與重慶市智翔鋪道技術(shù) 工程有限公司通過(guò)綜合調(diào)研, 從材料開(kāi)發(fā)、性能研究入 手,開(kāi)發(fā)了橋面專(zhuān)用的溶劑型防水粘結(jié)劑,并提出了相 應(yīng)的技術(shù)要求。
2 及作用機(jī)理
2 .1
溶劑型粘結(jié)劑是根據(jù)相似相溶的原理和性能互補(bǔ)的原則,將瀝青與多種高分子樹(shù)脂及助劑經(jīng)特殊工藝溶解于特定的溶劑中, 而形成的一種單組分橋面防水 材料 。它不僅防水性好, 滲透力強(qiáng) ,而且與水泥混凝土 基層及瀝青混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度明顯優(yōu)于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的橋 面防水材料。
2 .2 作用機(jī)理 溶劑型粘結(jié)劑具有粘度低 、滲透力強(qiáng)的特點(diǎn), 當(dāng)它 涂布于水泥混凝土橋面上時(shí) ,就會(huì)滲透到橋面的微裂 縫內(nèi)部,形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ,從而達(dá)到防水和與水泥 混凝土粘結(jié)的目的;當(dāng)熱拌瀝青混凝土攤鋪于溶劑型 粘結(jié)劑表面時(shí), 防水膜部分熔化,與瀝青混凝土混為一 體,從而實(shí)現(xiàn)了橋面與瀝青鋪裝層之間的有效粘結(jié) 。
3 性能研究
3 .1 粘度測(cè)試
本研究中, 橋面防水材料滲透性能用粘度大小來(lái) 評(píng)價(jià) 。粘度小, 滲透力強(qiáng) ,反之滲透力弱 。通過(guò)對(duì)比試 驗(yàn),分別測(cè)試了改性乳化瀝青與溶劑型粘結(jié)劑在常溫 下的粘度 ,測(cè)試結(jié)果列于表 1 。 測(cè)試結(jié)果表明:在相同試驗(yàn)條件下 ,溶劑型粘結(jié)劑 的粘度僅為改性乳化瀝青的 1/3 , 說(shuō)明溶劑型粘結(jié)劑 的滲透能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于改性乳化瀝青 。
3 .2 防水性能測(cè)試
本研究中,橋面防水材料防水性能用滲水速度來(lái)表 1 改性乳化瀝青與溶劑型粘結(jié)劑的粘度測(cè)試結(jié)果 s 試件編號(hào) 溶劑型粘結(jié)劑 改性乳化瀝青 1 16.6 49 .2 2 16 .2 49 .3 3 16 .1 49 .7 4 16 .8 49 .5 5 16 .0 49 .1 平均值 16 .3 49 .4 注:采用涂氏粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)試;試驗(yàn)溫度 20 ℃ 評(píng)價(jià) ,滲水速度用滲水儀測(cè)定 。滲水速度小, 防水效果 好;反之, 防水效果差 。 同樣通過(guò)對(duì)比試驗(yàn), 分別測(cè)試了空白水泥混凝土、 改性乳化瀝青、熱瀝青及溶劑型粘結(jié)劑在常溫下的滲 水速度,測(cè)試結(jié)果列于表 2 。
表2 幾種橋面防水粘結(jié)劑防水性能測(cè)試結(jié)果 試件類(lèi)型 水壓力 / mBAR 滲水速度 /m L· s -1 備注 空白水泥混凝土 504 1.47 ×10 -5 C30 , 1 cm 厚 空白水泥混凝土+ 一層溶劑型粘結(jié)劑 502 2.44 ×10 -9 溶劑型粘結(jié)劑 用量為 0 .20 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 兩層溶劑型粘結(jié)劑 508 0 溶劑型粘結(jié)劑 用量為 0 .37 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 三層溶劑型粘結(jié)劑 503 0 溶劑型粘結(jié)劑 用量為 0 .50 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 一層改性乳化瀝青 509 3.68 ×10 -8 改性乳化瀝青 用量為 0 .40 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 一層熱瀝青 507 4.75 ×10 -7 熱瀝青 用量為 0 .41 kg/ m2 以上測(cè)試結(jié)果表明 , 空白水泥混凝土具有較強(qiáng)的 透水性,涂刷溶劑型粘結(jié)劑及瀝青之后的透水性得到 了明顯減弱,但溶劑型粘結(jié)劑的效果,乳化瀝青次 之,熱拌瀝青*差。
3 .3 粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試
橋面防水材料對(duì)橋面板的附著力用粘結(jié)強(qiáng)度來(lái)評(píng)價(jià)。粘結(jié)強(qiáng)度通過(guò)測(cè)試?yán)瘟τ?jì)算得出,拉拔強(qiáng)度 Ψ =P/S , S =πD 2 /4 。其中 P 表示拉拔力, S 表示有效 拉拔面積 , D 表示拉頭的直徑(50 mm)。粘結(jié)強(qiáng)度小, 附著力小 ;反之 ,附著力大。通過(guò)對(duì)比試驗(yàn) , 測(cè)試了不 同厚度的溶劑型粘結(jié)劑及改性乳化瀝青 、熱瀝青與水 泥混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度 ,測(cè)試結(jié)果列于表 3 。 試驗(yàn)結(jié)果表明, 溶劑型粘結(jié)劑與水泥混凝土的“粘 結(jié)強(qiáng)度”和溶劑型粘結(jié)劑的用量有關(guān) , 隨著用量增大, “粘結(jié)強(qiáng)度”降低 ;熱瀝青和乳化瀝青與水泥混凝土的 粘結(jié)強(qiáng)度均較低 。因?yàn)殡S著用量的增大 ,滯留在膜內(nèi)的少量溶劑尚未揮發(fā)干凈 ,膜自身的內(nèi)聚強(qiáng)度還 未形成,故試件的破壞位置會(huì)發(fā)生于膜內(nèi)部, 由此計(jì)算 出非溶劑型粘結(jié)劑與水泥混凝土橋面之間的界面處的 粘結(jié)強(qiáng)度 ,并不能真正反映溶劑型粘結(jié)劑在水泥混凝 土上的附著力, 而是反映溶劑型粘結(jié)劑自身的抗拉強(qiáng) 度(內(nèi)聚強(qiáng)度), 而溶劑型粘結(jié)劑與水泥混凝土橋面的 附著力要大于此處的粘結(jié)強(qiáng)度 。改性乳化瀝青雖然對(duì) 水泥混凝土的滲透性較好 ,但由于自身強(qiáng)度太低, 故粘 結(jié)強(qiáng)度較低;而熱瀝青對(duì)水泥混凝土的滲透性較差 ,界 面結(jié)合不夠緊密 ,故粘結(jié)強(qiáng)度較低 。
3 .4 組合結(jié)構(gòu)剪切強(qiáng)度測(cè)試
橋面鋪裝防水層的使用效果是一個(gè)綜合性指標(biāo), 既包括防水層與水泥混凝土的粘結(jié)性能 , 也包括防水 層的防水性能及其與鋪裝層瀝青混凝土的粘結(jié)性能和 剪切性能 。特別是高溫下組合結(jié)構(gòu)的剪切性能指標(biāo)非 常重要,高溫剪切性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到橋面鋪裝是 否會(huì)出現(xiàn)脫層和推移等病害 。剪切強(qiáng)度 τ=F/S , S = πD 2 /4 。其中 F 表示剪應(yīng)力, S 表示有效剪切面積 , D 表示試件的直徑(100 mm)。 本研究中 , 同樣通過(guò)對(duì)比試驗(yàn) , 研究了組合結(jié)構(gòu) (空白水泥混凝土 +三層溶劑型粘結(jié)劑 +5 cmAC16 瀝青混凝土 、空白水泥混凝土 +改性乳化瀝青 +5 cmAC16 瀝青混凝土 、空白水泥混凝土 +熱瀝青 +5 cmAC16 瀝青混凝土)的常溫(25 ℃)和高溫(40 ℃)剪 切性能,測(cè)試結(jié)果列于表 4 和表 5 。 剪切強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果表明 ,無(wú)論是常溫或高溫 ,三 層溶劑型粘結(jié)劑與水泥混凝土及 5 cm AC16 構(gòu)成的 組合結(jié)構(gòu)的剪切強(qiáng)度明顯高于其余兩種組合結(jié)構(gòu)的剪 切強(qiáng)度。說(shuō)明作為橋面防水材料, 溶劑型粘結(jié)劑能夠 實(shí)現(xiàn)橋面與瀝青鋪裝層的有效粘結(jié), 組合結(jié)構(gòu)常溫和 高溫下的剪切性能優(yōu)良 , 對(duì)于減少甚至避免橋面鋪裝的層間推移、脫層等病害是非常有利的 。
4 溶劑型粘結(jié)劑在云南安(寧)-楚 (雄)路試驗(yàn)工程中的應(yīng)用
云南安楚高速公路K93 +915 大橋及 K95 +815 大橋是兩座水泥混凝土橋梁 ,也是溶劑型粘結(jié)劑首次 在云南省的試點(diǎn)工程 ,總面積為 6 000 m 2 左右 。云南 省普遍存在橋面鋪裝層發(fā)生推移的現(xiàn)象 , 其原因主要 是鋪裝層與水泥混凝土基層之間的粘結(jié)強(qiáng)度不夠, 導(dǎo) 致層間抗剪性能?chē)?yán)重不足。同時(shí), 又考慮到兩座大橋 的鋪裝下層采用的是防水性能并不突出的 AC -25 型 瀝青混凝土,為了確保鋪裝下層與水泥混凝土橋面實(shí) 現(xiàn)有效粘結(jié),提高鋪裝層與橋面的抗剪性能, 并起到良 好的防水效果, 必須適當(dāng)加大溶劑型粘結(jié)劑的用量(厚 度)。整個(gè)施工工序分為 3 步進(jìn)行 :
(1)水泥混凝土基層的處理,水泥混凝土橋面狀況較差,表現(xiàn)為 :平整度差 、浮漿較多、油類(lèi)物質(zhì)污染嚴(yán) 重等 。進(jìn)場(chǎng)后首先進(jìn)行水泥混凝土基層的處理 ,處理 內(nèi)容包括 :基層浮漿的鏟除、油污的清洗和各類(lèi)灰塵雜 質(zhì)的清理 。
(2)溶劑型粘結(jié)劑的凃布。考慮到K93 +915 大 橋橋面狀況,溶劑型粘結(jié)劑厚度須在 0 .3 mm 左右(量為 0 .5 kg/m 2 左右),由于用量較大, 為了使溶劑充分 揮發(fā) ,將凃布工藝分為 3 次完成, 大致為 :第一次涂布 約0 .25 kg/m 2 , 第二次約 0 .15 kg/m 2 , 第三次約 0 .10 kg/m 2 。
(3)性能檢測(cè)。溶劑型粘結(jié)劑施工完3 d 后進(jìn)行 了防水性能的測(cè)試。通過(guò)測(cè)定涂布三層溶劑型粘結(jié)劑 的橋面的滲水系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)其防水性能。測(cè)得的滲透系 數(shù)為 0 。測(cè)試結(jié)果表明 ,溶劑型粘結(jié)劑的防水性能優(yōu) 良。由拉拔力與拉頭面積計(jì)算得出的粘結(jié)強(qiáng)度在 0 .8 MPa 左右 ,試驗(yàn)拉頭的破壞位置均發(fā)生在溶劑型粘結(jié) 劑的內(nèi)部 ,而不是溶劑型粘結(jié)劑與水泥混凝土的界面 處,這與室內(nèi)試驗(yàn)基本吻合。
5 結(jié)論
(1)作為橋面鋪裝的防水層,溶劑型粘結(jié)劑具有 優(yōu)良的防水性能 ,當(dāng)其達(dá)到一定厚度時(shí) ,橋面的滲水速 度為 0 。
(2)作為橋面鋪裝的粘結(jié)層,溶劑型粘結(jié)劑與水 泥混泥土橋面板及瀝青混凝土鋪裝的粘結(jié)性能良好, 組合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的高溫和常溫的剪切性能 ,對(duì)于防 止橋面鋪裝的推移、脫層等病害提供了技術(shù)保障。
(3)結(jié)合安楚公路橋面的實(shí)際情況, 選擇了較大 用量(0 .5 kg/m 2)的溶劑型粘結(jié)劑作為該試驗(yàn)工程的 防水層,確保了橋面鋪裝良好的綜合性能。