混凝土桥用环氧沥青防水粘结层材料性能试验研究.doc

混凝土桥用环氧沥青防水粘结层材料性能试验研究胡伟（东南大学交通规划设计院 210096）摘要：目前，环氧沥青防水粘结层材料开始应用于水泥混凝土桥梁，本文结合苏通大桥北引桥相关工程实 际，尝试根据室内外试验对环氧沥青防水粘结层材料特性进行初步分析，并对施工方法作一简介。 关键词：环氧沥青； 防水粘结层；性能试验 中图分类号: U443文献标识码： A Research on the epoxy asphalt of waterproof layer for the concrete bridge Abstract: Now, the epoxy asphalt of waterproof layer begins to appear on the concrete bridge. Basing on the construction of sutong bridges north approach span and the indoor and outdoor experiments, this article tries to make a preliminary analysis on the epoxy asphalt of waterproof layer, and makes a brief introduction about the job practice. Key words:the epoxy asphalt; waterproof layer; performance testing一、概述 桥面防水的重要意义在于通过从根本上切断水的来源从而有效的保证桥梁免遭破坏、延长桥梁使用寿命、提高桥梁的耐久性。目前水泥混凝土桥梁普遍使用水性沥青基喷涂型防水材料，但在实际施工中存在抗硌破性能差的缺点，即施工过程中车轮、特别是摊铺机履带轮和重载料车等对防水层的硌破，以及热沥青碾压摊铺过程中对防水层的硌破，据观察此类破坏普遍存在，很难解决，因此，有必要探索用于水泥混凝土桥梁的新型防水材料。 环氧沥青防水粘结材料主要使用于钢桥面铺装，随着人们对于环氧沥青防水材料优异的防水粘结特性的不断认识，目前，环氧沥青防水粘结材料开始逐渐在水泥混凝土桥梁使用。环氧沥青防水粘结材料是一种采用环氧树脂和石油沥青以及其它助剂等组成的一种高性能复合材料，固化后的环氧沥青形成不可逆、不熔化的空间网络体系。不同于常规树脂类和沥青类材料，该材料在低温下表现出优异的柔韧性、高温下又具有独特的热固性、同时具有很好的耐腐蚀性能。采用环氧沥青作为混凝土桥防水粘结层，具有高强的粘结性能，并能有效的阻止水分的渗透。 在水泥混凝土桥梁上使用环氧沥青防水粘结材料目前处于起步阶段，对于性能指标要求以及施工试验方法均没有明确的规范规定，如环氧沥青防水粘结材料的低温柔性就不能采用路桥用水性沥青基防水涂料（JT/T5352004）中的相关方法。本文结合苏通大桥北引桥相关工程实际，尝试对环氧沥青防水粘结材料的相关路用性能进行定量分析，并探索了相关的试验方法，对于各种防水材料进行了室内外试验的对比，并对施工方法作一简介。二、室内性能试验及分析 苏通大桥引桥上部结构为跨径30m、50m、75m的预应力砼连续箱梁，下部结构为钻孔灌注桩基础、矩形实体承台、矩形薄壁和矩形空心墩，引桥桥面沥青铺装设计采用二层共8cm厚（4cm4cm分两层施工）SMA13沥青混凝土结构型式。考虑到大交通量以及重载交通对桥面的影响，苏通大桥北引桥桥面防水粘结层采用南通东南环氧沥青防水材料。由于环氧沥青防水材料与其它防水材料性质差异较大，采用相关企业标准1对其原材料进行了相关性能，试验结果见表1。东南环氧沥青防水材料原材料性能试验表1品种试验项目 环氧沥青A组分试验环氧沥青B组分试验外观 /淡黄色粘稠棕黑粘稠粘度，（120） mPa.s17242含水量 %0.060.09色度 APHA400/闪点（开口杯法） 216222相对密度，（20） g/ml1.160.97为了对比环氧沥青防水材料与水性沥青基防水材料的路用性能，依据防水粘结层在桥面铺装层中所处的特殊环境，选取有代表性的防水材料进行性能试验，对改性乳化沥青（苏通大桥连接线下封层采用），天津禹王FYT-1、FYT-2型桥面防水材料，南通东南环氧沥青防水材料进行了相关的性能试验，包括防水材料的延伸抗裂性、低温柔性（耐低温性）、高温稳定性（耐热性）、与水泥混凝土的粘结性能、抗剪切性能、施工便利性等，具体试验结果见表2。防水材料路用性能汇总 表2 规格项目FYT1FYT2改性乳化沥青环氧沥青防水材料与水泥砼粘结强度 25±2， (Mpa)0.4611.0520.4341.826 (水泥砼内部断裂)防水材料与水泥砼抗剪强度25±2，剪切角=40o(Mpa)0.3971.1690.5062.173延伸率 %4169551584232抗低温柔性2 -20,2h无裂纹无裂纹有裂纹/耐热性 160 30min不流淌、不起泡不流淌、不起泡略有流淌、不起泡300不熔化试验结果表明：环氧沥青粘结强度较高，本次试验进行拉拔试验时均为水泥砼内部断裂，环氧沥青粘结面保持良好，因此，此强度仅表征水泥砼内部强度，不能表征环氧沥青实际粘结强度。另外，环氧沥青耐热性采用加热至300不熔化流淌来进行评定，高于水性沥青基防水材料的160评定标准。以上试验数据说明相对于水性沥青基防水材料，环氧沥青防水材料具有较好的粘结性能、抗剪切性能以及高温稳定性。 一般水性沥青基防水材料表征低温柔性的试验方法为在铁皮上涂刷防水涂料并成型，在-20绕10mm棒以不产生裂纹来进行评定2，因环氧沥青强度较高，低温时变形较大即发生脆断，不能以此评定低温柔性，一种测定环氧沥青防水材料低温柔性的方法是测量材料在低温下的断裂延伸率，但经试验发现变形量较小即断裂，难以精确测量数值，在此我们尝试设计一种新的试验评定方法：在37×7cm铁片上均匀成型环氧沥青材料以及其它防水材料，养护结束后在-15时在沥青混合料小梁弯曲机上将铁片于跨中处以50mm/min进行加载弯曲，直至防水材料出现裂纹，以此时跨中处的变形值来表征低温柔性，同时成型SBS改性沥青、FYT相关试件进行相同试验，试验结果见表3。防水材料低温柔性试验表3项目东南环氧沥青SBS改性乳化沥青FYT铁片弯曲（15） cm跨中变形3cm时出现裂纹跨中变形2cm时出现裂纹至最大变形均无裂纹根据试验结果可以看出，环氧沥青低温柔性基本与SBS改性沥青相当，但远小于水性沥青基防水涂料的低温柔性。为了更好的模拟现场实际使用效果，采用上下界面分别用水泥砼和沥青混凝土成型试件，并进行了常温以及高温的强度试验，其中FYT桥面防水材料成型如下：先涂刷2层FYT-1型、再涂刷1层FYT-2型防水材料，改性乳化沥青防水材料涂刷2遍，环氧沥青防水材料按规定用量涂刷养护成型，具体试验结果见表4。防水材料模拟现场试验汇总表4项目FYT改性乳化沥青东南环氧沥青模拟现场粘结强度 25±2， (Mpa)0.3680.6310.903(沥青混合料内部断裂)模拟现场粘结强度 40±2， (Mpa)0.2860.2060.402(沥青混合料内部断裂)模拟现场抗剪强度 25±2，剪切角=40o(Mpa)0.5190.7451.535(沥青混合料内部移动)模拟现场抗剪强度 40±2，剪切角=40o(Mpa)0.3830.3020.623防水材料模拟现场试验表明：环氧沥青粘结及剪切强度高于其它防水材料，粘结强度在25和40均为沥青混合料内部断裂，此粘结强度不能表征环氧沥青实际粘结强度；抗剪强度是25时在沥青混合料内部发生移动，此抗剪强度不能表征环氧沥青实际抗剪强度。 三、试验段现场试验及分析 为了进一步对比环氧沥青防水材料与其它水性沥青基防水材料的实际路用性能，在苏通大桥现场进行了试验段铺筑，在施工7天后进行了现场水平剪切以及拉拔试验。现场水平剪切以及拉拔试验结果见表5。防水层试验段试验结果表5桥面处理方案防水层结构是否铺筑中面层气温()水平剪切(Mpa)拉拔强度(Mpa)1机械打磨东南环氧沥青是30350.3630.3122 抛丸法东南环氧沥青是30350.4120.3143 机械打磨FYT是30350 .3760.3904 抛丸法FYT是30350.5030.491试验段现场试验表明：在施工7天后，环氧沥青防水材料抗剪切能力基本与水性沥青基防水材料相当，粘结力略小于水性沥青基防水材料。这是因为环氧沥青完全固化达到最终强度需要一定的时间，在施工现场常温养护的条件下需50天左右方可达到最终强度，而一般水性沥青基防水材料7天左右即可达到最终强度，考虑到工期实际情况，未进行50天后现场水平剪切以及拉拔试验。四、相关施工方法 苏通大桥北引桥环氧沥青防水粘结层于2007年10月初进行施工，经检测各项指标均满足要求。环氧沥青防水粘结层施工工艺包括：桥面处理、非喷洒区防护、原材料准备、防水粘结层材料洒布、碎石撒布等。1、施工条件（1）桥面混凝土强度应达到技术规范要求。（2）桥面板应保证干燥、清洁，无漏筋和浮浆现象，最好采用抛丸处理。（3）施工环境温度应高于10，应尽量避免施工期间出现雨、雾天气。2、桥面清洁 首先用扫帚或森林灭火器对桥面浮尘、杂物清除，并对桥面局部浮浆采用专用工具清除，凸出桥面的结构物侧面采用人工清除。清扫后应达到无水泥浮浆及浮尘要求。清扫后应封闭交通，保证桥面不再受污染。每次的清洁范围，应略大于粘结料的喷洒范围。3、非喷洒区的防护 凡与铺装层接触的部位都属喷洒区。当天的喷洒区要与次日铺装层的施工区相对应，且喷洒区边缘要比铺装区边缘多出23cm。为避免与铺装层接触以外的部位（如缘石和护栏座的大部分面积）遭受污染，这些部位应采用塑料薄膜和胶粘带事先覆盖。4、粘结料准备 采用专用的环氧沥青补给车将已预热过的（保温120）环氧沥青运至施工现场，加入到智能化沥青洒布车中。5、喷洒 智能化沥青洒布车进入施工现场前用吹风机进行除尘。按设计要求在智能化沥青洒布车上通过计量装置设定A组与B组料混合比，达到计量准确，混合均匀。环氧沥青防水粘结层喷洒应均匀，并且保证喷洒量达到设计要求。喷洒粘结料前作业区内要保持干燥。喷洒区边缘应保持横平竖直（采用两侧挡板法）。路缘石、落水口、护栏座等的外侧垂直面上，在喷洒时，要求一并喷洒，对未喷洒到的部位，可用人工补涂。粘结料喷洒后如遭雨淋，必须经太阳曝晒或风干，确认干燥后，对粘结料进行检查，若有必要，可再适量补洒一层粘结料，再进行铺装层施工6、碎石撒布 为防止铺装层施工中机具发生粘轮，环氧沥青喷洒一定工作面后即采用碎石撒布机进行等粒径碎石撒布，原定碎石粒径为9.5mm13.2mm，考虑到苏通大桥北引桥下面层为4cm的SMA-13混合料，厚度较薄，如采用大粒径的碎石，对于结构层厚度及碾压将产生影响，因此确定采用4.75mm9.5mm粒径碎石，撒布覆盖率应达到6070，根据现场施工情况来看，基本无粘轮现象。施工过程中，确保碎石撒布均匀，对撒布不均匀路段应进行人工补撒。7、后续施工工序 环氧沥青防水粘结层喷洒后应在24天内进行铺装层作业，如因故不能在预定时间内进行铺装施工，则需在铺装层施工前重新喷洒粘结料。五、结语（1）采用环氧沥青作为混凝土桥防水粘结层，具有高强的粘结性能和抗剪切性能，并能有效的阻止水分的渗透。（2）环氧沥青防水材料抗剪切强度以及粘结强度指标高于水性沥青基防水材料，高温性能高于水性沥青基防水材料，低温柔性基本与SBS改性沥青相当，可有效保证苏通大桥引桥所需的抗剪切力及粘结力。（3）因传统方法不适用于评价环氧沥青防水材料的低温柔性，本文尝试采用新方法来定量分析环氧沥青防水材料的低温柔性，取得良好效果。 （4）目前在水泥混凝土桥梁上使用环氧沥青防水粘结材料处于起步阶段，对于性能指标要求以及施工试验方法均没有明确的规范规定，对于环氧沥青防水材料的粘结性能以及抗剪切性能的增长特性等，还需要进一步深入研究。