溶剂型防水粘结剂

溶剂型防水粘结剂性能研究及其在桥面铺装中的应用 摘 要: 该文根据国内外相关先进技术和水泥混凝土桥梁的使用环境, 立足于防水和粘 结功能, 开发了专门用于桥面铺装的溶剂型层间防水粘结剂, 并提出了其相应的技术要求。 同时系统研究了溶剂型防水粘结剂的防水性能、与桥面板及沥青混凝土的粘结性能及剪切性 能, 通过安(宁)-楚(雄)高速公路桥面防水工程的实施, 研究了其施工工艺, 为我国今后的桥 面防水技术提供了一条新思路。关键词:桥面铺装;防水层;粘结剂 1 前言随着我国高速公路的快速修建, 不可避免地要修 筑诸多桥梁,特别是在云南、四川及贵州等多山地区。 桥面铺装与一般路面使用条件的差异导致其使用性能 要求也有许多不同。

由于我国目前在桥梁防水层方面 的研究较少,没有取得打破性进展 ,防水材料性能指标 参差不齐 ,但总体性能较差,导致桥面铺装出现较大面 积的推移和脱层等病害。究其原因, 主要是一些业主 和施工单位对防水层的认识不够, 只强调防水层应具 备防水性能,而忽视其还应具备与水泥混泥土基层及 沥青混凝土面层的粘结性能 ,或者将粘结强度指标定 得过低,并且往往未考虑高温时的粘结和剪切性能。 鉴于此,重庆交通科研设计院与重庆市智翔铺道技术 工程有限公司通过综合调研, 从材料开发、性能研究入 手,开发了桥面专项使用的溶剂型防水粘结剂,并提出了相 应的技术要求。 2 材料简介及作用机理 2 .1 材料简介溶剂型粘结剂是根据相似相溶的原理和性能互补 的原则,将沥青与多种***树脂及助剂经特殊工艺溶解于特定的溶剂中, 而形成的一种单组分桥面防水 材料 。它不仅防水性好, 渗透力强 ,而且与水泥混凝土 基层及沥青混凝土的粘结强度明显优于国内现有的桥 面防水材料。 2 .2 作用机理 溶剂型粘结剂具有粘度低 、渗透力强的特点, 当它 涂布于水泥混凝土桥面上时 ,就会渗透到桥面的微裂 缝内部,形成致密的网状结构 ,从而达到防水和与水泥 混凝土粘结的目的;当热拌沥青混凝土摊铺于溶剂型 粘结剂表面时, 防水膜部分熔化,与沥青混凝土混为一 体,从而实现了桥面与沥青铺装层之间的有效粘结 。 3 性能研究 3 .1 粘度测试本研究中, 桥面防水材料渗透性能用粘度大小来 评价 。粘度小, 渗透力强 ,反之渗透力弱 。通过对比试 验,分别测试了改性乳化沥青与溶剂型粘结剂在常温 下的粘度 ,测试结果列于表 1 。 测试结果表明:在相同试验条件下 ,溶剂型粘结剂 的粘度仅为改性乳化沥青的 1/3 , 说明溶剂型粘结剂 的渗透能力远远大于改性乳化沥青 。 3 .2 防水性能测试本研究中 ,桥面防水材料防水性能用渗水速度来表 1 改性乳化沥青与溶剂型粘结剂的粘度测试结果 s 试件编号 溶剂型粘结剂 改性乳化沥青 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:采用涂氏粘度计进行测试;试验温度 20 ℃ 评价 ,渗水速度用渗水仪测定 。

渗水速度小, 防水效果 好;反之, 防水效果差 。 同样通过对比试验, 分别测试了空白水泥混凝土、 改性乳化沥青、热沥青及溶剂型粘结剂在常温下的渗 水速度,测试结果列于表 2 。表 2 几种桥面防水粘结剂防水性能测试结果 试件类型 水压力 / mBAR 渗水速度 /m L· s -1 备注 空白水泥混凝土 504 1.47 ×10 -5 C30 , 1 cm 厚 空白水泥混凝土一层溶剂型粘结剂 502 2.44 ×10 -9 溶剂型粘结剂 用量为 0 .20 kg/ m2 空白水泥混凝土两层溶剂型粘结剂 508 0 溶剂型粘结剂 用量为 0 .37 kg/ m2 空白水泥混凝土三层溶剂型粘结剂 503 0 溶剂型粘结剂 用量为 0 .50 kg/ m2 空白水泥混凝土一层改性乳化沥青 509 3.68 ×10 -8 改性乳化沥青 用量为 0 .40 kg/ m2 空白水泥混凝土一层热沥青 507 4.75 ×10 -7 热沥青 用量为 0 .41 kg/ m2 以上测试结果表明 , 空白水泥混凝土具有较强的 透水性,涂刷溶剂型粘结剂及沥青之后的透水性得到 了明显减弱,但溶剂型粘结剂的效果较好,乳化沥青次 之,热拌沥青较差。 3 .3 粘结强度测试桥面防水材料对桥面板的附着力用粘结强度来评 价。粘结强度通过测试拉拔力计算得出 ,拉拔强度 Ψ =P/S , S =πD 2 /4 。其中 P 表示拉拔力, S 表示有效 拉拔面积 , D 表示拉头的直径(50 mm)。粘结强度小, 附着力小 ;反之 ,附着力大。通过对比试验 , 测试了不 同厚度的溶剂型粘结剂及改性乳化沥青 、热沥青与水 泥混凝土之间的粘结强度 ,测试结果列于表 3 。 试验结果表明, 溶剂型粘结剂与水泥混凝土的“粘 结强度”和溶剂型粘结剂的用量有关 , 随着用量加大, “粘结强度”降低 ;热沥青和乳化沥青与水泥混凝土的 粘结强度均较低 。因为随着用量的加大 ,滞留在膜内的少量溶剂尚未挥发干净 ,膜自身的较大内聚强度还 未形成,故试件的破坏位置会发生于膜内部, 由此计算 出非溶剂型粘结剂与水泥混凝土桥面之间的界面处的 粘结强度 ,并不能真实反映溶剂型粘结剂在水泥混凝 土上的附着力, 而是反映溶剂型粘结剂自身的抗拉强 度(内聚强度), 而溶剂型粘结剂与水泥混凝土桥面的 附着力要大于此处的粘结强度 。

改性乳化沥青虽然对 水泥混凝土的渗透性较好 ,但由于自身强度太低, 故粘 结强度较低;而热沥青对水泥混凝土的渗透性较差 ,界 面结合不够紧密 ,故粘结强度较低 。 3 .4 组合结构剪切强度测试桥面铺装防水层的使用效果是一个综合性指标, 既包括防水层与水泥混凝土的粘结性能 , 也包括防水 层的防水性能及其与铺装层沥青混凝土的粘结性能和 剪切性能 。特别是高温下组合结构的剪切性能指标非 常重要,高温剪切性能的优劣直接关系到桥面铺装是 否会出现脱层和推移等病害 。剪切强度 τ=F/S , S = πD 2 /4 。其中 F 表示剪应力, S 表示有效剪切面积 , D 表示试件的直径(100 mm)。 本研究中 , 同样通过对比试验 , 研究了组合结构 (空白水泥混凝土 三层溶剂型粘结剂 5 cmAC16 沥青混凝土 、空白水泥混凝土 改性乳化沥青 5 cmAC16 沥青混凝土 、空白水泥混凝土 热沥青 5 cmAC16 沥青混凝土)的常温(25 ℃)和高温(40 ℃)剪 切性能,测试结果列于表 4 和表 5 。 剪切强度的测试结果表明 ,无论是常温或高温 ,三 层溶剂型粘结剂与水泥混凝土及 5 cm AC16 构成的 组合结构的剪切强度明显高于其余两种组合结构的剪 切强度。说明作为桥面防水材料, 溶剂型粘结剂能够 实现桥面与沥青铺装层的有效粘结, 组合结构常温和 高温下的剪切性能优良 , 对于减少甚至避免桥面铺装的层间推移、脱层等病害是非常有利的 。 4 溶剂型粘结剂在云南安(宁)-楚 (雄)路试验工程中的应用云南安楚高速公路 K93 915 大桥及 K95 815 大桥是两座水泥混凝土桥梁 ,也是溶剂型粘结剂初次 在云南省的试点工程 ,总面积为 6 000 m 2 左右 。

云南 省普遍存在桥面铺装层发生推移的现象 , 其原因主要 是铺装层与水泥混凝土基层之间的粘结强度不够, 导 致层间抗剪性能严重不足。同时, 又考虑到两座大桥 的铺装下层采用的是防水性能并不突出的 AC -25 型 沥青混凝土,为了确保铺装下层与水泥混凝土桥面实 现有效粘结,提高铺装层与桥面的抗剪性能, 并起到良 好的防水效果, 必须适当加大溶剂型粘结剂的用量(厚 度)。整个施工工序分为 3 步进行 : (1)水泥混凝土基层的处理,水泥混凝土桥面状 况较差,表现为 :平整度差 、浮浆较多、油类物质污染严 重等 。进场后首先进行水泥混凝土基层的处理 ,处理 内容包括 :基层浮浆的铲除、油污的清洗和各类灰尘杂 质的清理 。(2)溶剂型粘结剂的凃布。考虑到 K93 915 大 桥桥面状况,溶剂型粘结剂厚度须在 0 .3 mm 左右(量为 0 .5 kg/m 2 左右),由于用量较大, 为了使溶剂充分 挥发 ,将凃布工艺分为 3 次完成, 大致为 :较好次涂布 约0 .25 kg/m 2 , 约 0 .15 kg/m 2 ,

第三次约 0 .10 kg/m 2 。 (3)性能检测 。溶剂型粘结剂施工完 3 d 后进行 了防水性能的测试。通过测定涂布三层溶剂型粘结剂 的桥面的渗水系数来评价其防水性能。测得的渗透系 数为 0 。测试结果表明 ,溶剂型粘结剂的防水性能优 良。由拉拔力与拉头面积计算得出的粘结强度在 0 .8 MPa 左右 ,试验拉头的破坏位置均发生在溶剂型粘结 剂的内部 ,而不是溶剂型粘结剂与水泥混凝土的界面 处,这与室内试验基本吻合。 5 结论 (1)作为桥面铺装的防水层 ,溶剂型粘结剂具有 优良的防水性能 ,当其达到一定厚度时 ,桥面的渗水速 度为 0 。 (2)作为桥面铺装的粘结层 ,溶剂型粘结剂与水 泥混泥土桥面板及沥青混凝土铺装的粘结性能良好, 组合结构具有优良的高温和常温的剪切性能 ,对于防 止桥面铺装的推移、脱层等病害提供了技术保障。 (3)结合安楚公路桥面的实际情况, 选择了较大 用量(0 .5 kg/m 2)的溶剂型粘结剂作为该试验工程的 防水层,确保了桥面铺装良好的综合性能。

随着经济建设的高速发展，我国的市政建设得以飞速发展，建造了许多跨江桥、立交桥、高架桥，这对于缓解城市交通拥挤的局面起着非常积较的作用。但是随着交通量的日益增长，重载高速的车辆行驶，这不仅使已有标准桥梁受到损伤，就连比较新的桥梁也不同程度产生了病害。特别是桥面伸缩缝部分。桥面伸缩缝由于设置在梁端构造薄弱部位。直接承担车辆反复荷载作用，又大多暴露在大自然中，受到各种自然环境的影响．因而可以说伸缩缝是易损坏，难修补的部位，经常会发生各种不同程度的缺陷。桥面伸缩缝的损坏，不仅影响着桥梁的正常使用。而且加大了养护维修的工程量，造成了一定的经济损失和不良社会影响，这一问题必须引起我们高度重视。根据我国既有桥梁伸缩缝的维修改造情况，笔者从伸缩缝的基本病害，几种常用伸缩装置的性能特点及维修施工方法，以及今后桥梁伸缩缝装置的发展方向等这几个方面谈谈自己的体会。

　　1.桥梁伸缩缝的基本病害

　　根据近年来对桥梁伸缩缝调查情况，其基本侵害概括如下：

　　(1)98%以上的伸缩缝出现程度不同的渗漏。伸缩缝的渗漏，首先会加速桥梁支座的破坏以致失效，其次是桥面污水通过伸缩缝渗漏后，含酸、碱腐蚀性物质与伸缩缝处的粱端混凝土发生化学作用，导致砼的疏松、剥落。进一步就会影响到结构钢筋的锈蚀，从而又加速砼的破坏，另外桥面污水通过损坏的伸缩缝渗漏到桥梁墩台，使其污浊不堪，影响市容。

　　(2)由于混凝土标号低，未设置钢筋网，钢筋网与桥面板钢筋的锚固互不相连，车辆的弹跳与震动引起刚性带砼破坏。

　　(3)伸缩缝两侧桥面铺装层破裂，破碎变形严重。

　　(4)锚固螺栓螺丝磨损，橡胶板松动或脱出。

　　(5)固定铁件松动，整条橡胶带脱出。

　　2.选型

　　桥梁伸缩缝的型式选择必须根据其所在道路性质，桥梁类型，需要的伸缩量，所处的自然环境，结合考虑其整体的耐久性、平整性、防水性及施工的便利性、经济合理性等方面。钢制伸缩缝多用于钢桥上，直接用螺栓牢固地将其安装于钢粱的翼缘板上，其它型式的伸缩缝多用于砼桥上，其锚固问题则通过预埋钢筋，浇筑预留槽砼一次成整体解决。根据我省桥梁伸缩缝的破坏情况分析，我们选取伸缩缝必须满足以下三方面的要求：一是满足粱体伸缩自如的需要，二是缝位不出现漏水，三是连接部位具有足够的刚度以及足够的锚固强度。