RBS水性環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)層試驗研究及應(yīng)用

羅國偉

(山西交通建設(shè)監(jiān)理咨詢集團(tuán)有限公司 太原市 030012)

0 引言

目前在混凝土橋梁中使用較多的防水粘結(jié)層材料是水性瀝青基材料，該種材料雖然具備一定的防水性能，但其在噴涂的施工過程中，極易受到施工機(jī)械的破壞且不宜察覺，嚴(yán)重影響防水層的完整性，造成不可修復(fù)的破壞[1-2]。因此，研究新型橋面防水粘結(jié)層材料勢在必行。

水性環(huán)氧瀝青是在石油瀝青及環(huán)氧樹脂的基礎(chǔ)上，以水為介質(zhì)，添加一定助劑復(fù)合而成的高性能材料。已有研究表明[3-5]該種防水材料整合了環(huán)氧樹脂與瀝青的綜合性能，高溫下熱固性及耐腐蝕性強(qiáng)，低溫下仍能確保足夠的柔韌性，應(yīng)用在橋面防水粘結(jié)層中可有效切斷上層路面水分入侵，并具備優(yōu)異的粘結(jié)性能。但目前環(huán)氧瀝青在我國橋面防水層中的應(yīng)用尚不成熟，對其性能要求、試驗方法缺乏系統(tǒng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，其在工程中的實(shí)際應(yīng)用效果缺乏有效論證。

選用RBS水性環(huán)氧瀝青作為混凝土橋面鋪裝的防水粘結(jié)層材料，通過室內(nèi)試驗對其防水粘結(jié)性能進(jìn)行了試驗研究，并進(jìn)行了工程應(yīng)用。

1 室內(nèi)試驗

1.1 試驗材料

水性環(huán)氧瀝青：采用廣東雙虹防水保溫工程有限公司生產(chǎn)的RBS水性環(huán)氧瀝青防水材料，其為黑褐色液體，相關(guān)技術(shù)指標(biāo)檢測結(jié)果見表1。

表1 RBS水性環(huán)氧瀝青防水材料主要性能指標(biāo)

1.2 試驗方案

RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的粘結(jié)性能采用40°斜面剪切試驗及拉拔試驗進(jìn)行試驗檢測。試件制備過程如下：

(1)選用車轍板模具制備3.5cm厚的水泥混凝土板，待試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后對其表面刷毛并清除浮漿確保試件表面平整潔凈。

(2)在整平及清理后的水泥混凝土板上分別灑布0.7～1.0kg/m2水性環(huán)氧瀝青防水涂料。

(3)防水涂料灑布完成后對試件進(jìn)行常溫養(yǎng)護(hù)，待干燥后，加鋪SMA-13型瀝青混合料(5cm厚)，并采用輪碾機(jī)碾壓成型。

(4)瀝青面層鋪裝完成后對試件室溫養(yǎng)護(hù)48h，鉆芯取樣進(jìn)行剪切與拉拔試驗。

2 室內(nèi)試驗結(jié)果分析

2.1 抗剪強(qiáng)度試驗

抗剪強(qiáng)度測試采用40°斜面剪切試驗，試驗溫度分別為20℃、40℃，試驗儀器采用剪切與拉拔綜合測試儀(東南大學(xué)研制)[6]，防水層粘結(jié)面的正應(yīng)力設(shè)定為0.15MPa，并以10mm/min速率進(jìn)行加載。試驗測定不同類型防水粘結(jié)層材料在不同灑布量下的剪切強(qiáng)度，結(jié)果如表2所示。

表2 防水粘結(jié)層剪切試驗結(jié)果

由表2及圖1所示試驗結(jié)果可知，常溫條件20℃時，不同灑布量下，各種防水層材料的抗剪強(qiáng)度大小為：RBS水性環(huán)氧瀝青>橡膠瀝青>SBS改性瀝青>改性乳化瀝青。其中不同灑布量下的橡膠瀝青與RBS水性環(huán)氧瀝青剪切強(qiáng)度相當(dāng)，前者略低于后者。當(dāng)灑布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2時，RBS防水層的剪切強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢。當(dāng)灑布量為0.9kg/m2時，剪切強(qiáng)度最大，分別達(dá)到了0.83MPa(20℃)、0.66MPa(40℃)。

圖1 不同防水粘結(jié)層材料的抗剪強(qiáng)度(20℃)

由表2及圖2所示試驗結(jié)果可知，高溫條件40℃時，不同灑布量下的RBS防水層的剪切強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于SBS改性瀝青與改性乳化瀝青。在灑布量為0.9kg/m2時，RBS防水粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度要優(yōu)于橡膠瀝青，其他灑布量下的剪切強(qiáng)度要稍劣于橡膠瀝青，但差距不大，表明RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層在常溫及高溫下均具有優(yōu)異的抗剪切性能。

圖2 不同防水粘結(jié)層材料的抗剪強(qiáng)度(40℃)

2.2 抗拉強(qiáng)度試驗

拉拔試驗儀器采用剪切與拉拔綜合測試儀(東南大學(xué)研制)，試驗分別在20℃及40℃的溫度條件下進(jìn)行，并以0.5kN/min的速度進(jìn)行加載。試驗結(jié)果如表3所示。

表3 防水粘結(jié)層拉拔試驗結(jié)果

由表3及圖3可知，常溫條件20℃時，不同灑布量下，各種防水層材料的拉拔強(qiáng)度大小為：RBS水性環(huán)氧瀝青>橡膠瀝青>SBS改性瀝青>改性乳化瀝青。其中，不同灑布量下，RBS平均抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到了SBS改性瀝青與改性乳化瀝青的3.2及1.9倍，橡膠瀝青與RBS水性環(huán)氧瀝青拉拔強(qiáng)度相當(dāng)，前者略低于后者。

圖3 不同防水粘結(jié)層材料的抗拉強(qiáng)度(20℃)

由表3及圖4可知，高溫條件40℃時，不同灑布量下，RBS防水粘結(jié)層的拉拔強(qiáng)度優(yōu)勢更加明顯，其平均拉拔強(qiáng)度分別是橡膠瀝青、SBS改性瀝青與改性乳化瀝青的1.6倍、4.9倍及3.1倍。

圖4 不同防水粘結(jié)層材料的抗拉強(qiáng)度(40℃)

常溫20℃及高溫40℃條件下，RBS防水粘結(jié)層在灑布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2的情況下，抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，均在灑布量為0.9kg/m2時達(dá)到峰值，分別為0.70MPa(20℃)、0.63MPa(40℃)。試驗表明RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層在常溫及高溫下均具有優(yōu)異的粘結(jié)性能。

2.3 不透水性試驗

防水性能采用不透水性試驗進(jìn)行檢測，參照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)制備試件進(jìn)行試驗。試驗儀器為不透水儀，試驗水溫為20℃±5℃、測試水壓力范圍為0.1～0.3MPa，測試時間30min。試驗結(jié)果如表4所示。試驗結(jié)果表明RBS防水粘結(jié)層具有較好的不透水性能。

表4 防水粘結(jié)層的不透水試驗結(jié)果

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

某公路橋梁全長155m，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，跨徑組成為30m+50m+75m，橋面鋪裝采用4cm+4cm的SMA型瀝青混合料，采用RBS水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層材料，灑布量為0.9kg/m2，施工現(xiàn)場所采用材料類型均同室內(nèi)試驗。施工現(xiàn)場對橋面防水粘結(jié)層施工工藝進(jìn)行了嚴(yán)格控制，并采用自動檢測設(shè)備對防水粘結(jié)層的相關(guān)性能進(jìn)行了檢測與分析。

3.2 防水粘結(jié)層施工要點(diǎn)

(1)施工條件

施工前應(yīng)確保橋面板達(dá)到足夠強(qiáng)度，并且平整、干燥、潔凈。防水粘結(jié)層灑布時的室外溫度應(yīng)大于10℃，并避免雨霧天氣施工。

(2)橋面清理

施工前應(yīng)對橋面的雜物及灰塵進(jìn)行清理，采用打毛機(jī)清除表面浮漿，側(cè)面浮漿采用人工清理，最后采用鋼絲清掃車再次清掃并及時封閉交通。

(3)RBS水性環(huán)氧瀝青灑布

采用高壓無氣噴涂設(shè)備進(jìn)行灑布，對于路緣石及中央護(hù)欄等構(gòu)造物的垂直面等不宜灑布地方可進(jìn)行人工補(bǔ)涂，防水粘結(jié)層施工完成并干燥后，應(yīng)立刻進(jìn)行瀝青混合料的攤鋪及碾壓，并確保攤鋪溫度>170℃。

3.3 現(xiàn)場剪切強(qiáng)度測定

防水粘結(jié)層及橋面鋪裝施工完成并養(yǎng)護(hù)7d后，采用電動剪切儀對防水粘結(jié)層進(jìn)行水平直剪試驗測定剪切強(qiáng)度，現(xiàn)場檢測時的溫度為26℃，水平剪切強(qiáng)度達(dá)到了0.651MPa，滿足規(guī)范≥0.4MPa(25℃)的要求，表明RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層具有較好的抗剪切性能。由于室內(nèi)試驗采用的40°斜面剪切試驗，并且測試溫度低于施工現(xiàn)場，所以施工檢測結(jié)果小于室內(nèi)試驗結(jié)果。

3.4 現(xiàn)場拉拔強(qiáng)度測定

待防水粘結(jié)層及橋面鋪裝施工完成并養(yǎng)護(hù)7d后，施工現(xiàn)場采用拉拔儀測定了抗拉拔強(qiáng)度，檢測時的溫度為26℃，測得防水粘結(jié)層最大拉拔強(qiáng)度為0.67MPa，由于檢測溫度不同，施工現(xiàn)場所測拉拔強(qiáng)度略低于室內(nèi)試驗20℃時所測值，但檢測結(jié)果較好地滿足規(guī)范≥0.4MPa(25℃)的要求，表明RBS水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層具有較好的粘結(jié)性能。

3.5 持續(xù)觀測

該預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋梁在通車后的三年內(nèi)對其進(jìn)行了持續(xù)的觀測，觀測期間內(nèi)該橋梁經(jīng)歷了頻繁的高溫及暴雨天氣，并承受了復(fù)雜的行車荷載，但觀測結(jié)果表明：該橋梁在采用RBS水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層后，檢測期間橋面鋪裝層平整度好，無裂縫、推移及擁包等現(xiàn)象產(chǎn)生，橋面板未檢測到滲水，表明RBS水性環(huán)氧瀝青橋面防水粘結(jié)層的實(shí)際應(yīng)用效果優(yōu)異，可進(jìn)行推廣應(yīng)用。

4 結(jié)論

(1)RBS防水粘結(jié)層在灑布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2時，其剪切強(qiáng)度呈先增大后減小的趨勢，當(dāng)灑布量為0.9kg/m2時，剪切強(qiáng)度最大，最大值分別達(dá)到了0.83MPa(20℃)、0.66MPa(40℃)。

(2)RBS防水粘結(jié)層在灑布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2情況下，抗拉強(qiáng)度均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在灑布量為0.9kg/m2時達(dá)到峰值，最大值分別達(dá)到了0.70MPa(20℃)、0.63MPa(40℃)。

(3)RBS防水粘結(jié)層材料的抗剪切及抗拉拔強(qiáng)度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于SBS改性瀝青與改性乳化瀝青。其抗拉拔強(qiáng)度平均為橡膠瀝青1.6倍，20℃時的抗剪切強(qiáng)度優(yōu)于橡膠瀝青。

(4)溫度為40℃時，在灑布量為0.9kg/m2時，RBS防水粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度要優(yōu)于橡膠瀝青，其他灑布量下的剪切強(qiáng)度要稍劣于橡膠瀝青，但差距不大。

(5)推薦RBS防水粘結(jié)層材料的最佳灑布量為0.9 kg/m2。

(6)工程應(yīng)用實(shí)例表明：混凝土橋梁在采用RBS水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層后，橋面鋪裝層平整度好，無裂縫、推移及擁包等現(xiàn)象產(chǎn)生，橋面板未檢測到滲水，表明RBS水性環(huán)氧瀝青作為橋面防水粘結(jié)層的實(shí)際應(yīng)用效果優(yōu)異，可進(jìn)行推廣應(yīng)用。