水性环氧沥青桥面防水粘结材料的路用性能及应用

张 凯 严以楼 钱海涛

（1.宏基路桥建筑材料有限公司 阜阳 236000；2.江苏省交通规划设计院股份有限公司 南京 210000； 3.江苏省交通技师学院 镇江 212006）

防水粘结层是水泥混凝土桥梁桥面铺装的重要组成部分，起到承上启下的作用，是铺装体系中的关键层位之一。防水粘结材料的选择与防水粘结层的性能密切相关，选择优质的防水粘结层材料是提高桥面结构耐久性的关键［1］。环氧类材料是一种高性能热固性复合材料，用于桥面铺装防水粘结层，具有较强的粘结性能、防水性能、高温性能等综合路用性能，但油性环氧树脂及环氧沥青的价格较高，限制了其在水泥混凝土桥梁中的应用［2］。水性环氧沥青材料除了环氧树脂类材料特有的力学性能和高温性能优异外，还具备优良的施工性能、优异的路用性能、卓越的耐久性能等特性，更适用于水泥混凝土桥梁的防水粘结层。

1 水性环氧沥青防水粘结层材料特性

水性环氧沥青防水粘结材料是由水性环氧树脂和乳化沥青混合而成的一种新型热固性防水粘结层材料。水性环氧沥青防水粘结材料常温下为液态，具有良好的渗透性和常温施工特性。与热融性材料相比，其力学性能优，而且耐久性好。水性环氧沥青材料作为桥面防水粘结层，通过渗透浸入下承层的环氧树脂和沥青材料交联固化后修复下承层的微裂缝，将桥面板、防水粘结层、沥青铺装层有机地形成一个整体，从而形成防水和粘结性能良好的铺装体系。

水性环氧沥青防水粘结材料的组成特性决定了其粘结过程与普通防水材料的粘结过程不同。经初步喷洒后，水性环氧沥青材料在自然状态下，材料中的水分挥发、破乳、初步凝结后达到一定的强度；当沥青上面层混合料铺筑到水性环氧沥青防水粘结层时，材料中本身含有的高温固化剂在高温作用下，二次固化，达到更高的强度［3］。固化后的水性环氧沥青防水粘结层材料形成不可逆、不熔化的空间网络体系。

2 水性环氧沥青桥面防水粘结层路用性能

桥面防水粘结材料种类众多，化学组成、技术性能等存在较大的差异，对防水粘结材料性能的评价需要选择合适的试验方法及技术标准。国外对防水粘结层研究比较早，如英国交通研究所（TRL）、美国材料试验协会（ASTM）等机构分别提出了防水粘结材料试验方法，常用的防水粘结层力学性能室内评价试验主要包括剪切试验及拉拔试验。

室内试验采用有足够强度的水泥混凝土试块进行剪切和拉拔试验，试块规格为50mm×50 mm×30mm，涂抹防水粘结层材料前需清除试块表面的浮浆，再将2试块粘结成一个整体。由于水性环氧沥青防水粘结材料为热固性材料，为保证测试结果的统一性，需将试块进行高温固化后再进行剪切和拉拔试验。为综合评定水性环氧沥青的路用性能，室内试验通过对SBS改性沥青＋碎石、橡胶沥青＋碎石、环氧树脂、环氧沥青（质量比1∶7），以及水性环氧沥青等几种新型高效防水粘结材料的力学性能进行测试，剪切试验和拉拔试验采用中间只涂刷粘结材料的水泥混凝土复合件，附着力拉拔试验采用模拟桥面防水粘结层结构的水泥板试件进行测试。

2.1 水性环氧沥青粘结材料的抗剪强度测试

抗剪性能是防水粘结层最为重要的技术性能之一。行业标准（JT／T 535－2004）要求将防水粘结材料分别粘结在沥青混合料和水泥混凝土上，在60℃温度下，压力机夹具角度为30°～40°，并保持粘结面正应力为0.15MPa，加载速度为10mm／min，测试其剪切力［4］。室内试验采用东南大学研制的剪切与拉拔综合测试仪对几种桥面防水粘结材料的抗剪强度进行测试，测试结果见表1。

表1 不同桥面防水粘结材料的抗剪强度测试结果 MPa

由表1可见，几种桥面防水粘结材料的抗剪强度测试结果差异较大，各材料的抗剪强度随着温度的升高而降低。环氧树脂材料不同温度下的抗剪强度明显优于其他材料，但由于其价格较高，无法大规模应用；其次是水性环氧沥青材料，SBS改性沥青的抗剪强度最低。综合来看，环氧树脂防水粘结层高低温抗剪强度均较为突出，SBS改性沥青和橡胶沥青常温和高温剪切强度较为接近，水性环氧沥青常温抗剪强度较优，高温抗剪强度也较高，能够满足桥面防水粘结层材料的技术要求。

2.2 水性环氧沥青粘结材料的拉拔强度测试

粘结性能是防水粘结层的主要性能之一，通过粘结性试验可以评价防水粘结层与混凝土面板的粘结能力。室内试验采用东南大学研制的剪切与拉拔综合测试仪对几种桥面防水粘结材料的拉拔强度进行测试，测试结果见表2。

表2 不同桥面防水粘结材料的拉拔强度测试结果 MPa

由表2可见，几种桥面防水粘结材料的抗拉拔强度随着温度的升高而降低，不同温度下，环氧树脂材料的拉拔强度均最大，水性环氧沥青材料其次，SBS改性沥青最低，这与抗剪强度的试验结果是一致的。综合来看，水性环氧沥青常温拉拔强度较优，高温拉拔强度也较高，明显优于当前常用的SBS改性沥青和橡胶沥青材料。

2.3 水性环氧沥青粘结材料的附着力拉拔强度测试

以往的室内评价试验通过采用复合件拉拔强度来评价粘结层粘结强度，此种试验在界面构造上虽与现场状况比较类似，但操作过程比较复杂，操作较困难［5］。另外，根据目前工程应用情况可知，现场性能验评试验实施难度较大，并且存在对桥面有损检测造成的破坏。为此，采用如图1所示的新型附着力拉拔试验来测试防水粘结层与水泥混凝土面板以及粘结层与铺装层之间的粘结性能。该测试方法的仪器简易，携带方便，试验操作简便，而且可以实时获得检测数据，及时反映桥面防水粘结层的实际状况。为衡量不同防水粘结材料的耐久性，对老化前和老化后（180℃，老化1h）的附着力拉拔强度进行试验测试，测试结果见表3。

图1 附着力拉拔试验（粘结强度试验）

表3 不同桥面防水粘结材料的附着力拉拔强度测试结果

由表3可见，几种桥面防水粘结材料附着力拉拔强度的变化规律与拉拔试验的结果一致。但由于该试验模拟几种材料的实际应用结构进行测试的，SBS改性沥青和橡胶沥青常采用碎石封层结构，其他3种环氧类材料采用直接喷洒技术，SBS改性沥青和橡胶沥青＋碎石结构的附着力拉拔强度比拉拔试验测试结果高，其他3种环氧材料的测试结果基本一致。从老化后的强度变化来看，纯沥青类的防水粘结层抗老化性能较差，老化后强度比不及65%，而环氧类的防水粘结层的老化后强度比均在80%以上。因此，水性环氧沥青的粘结强度较高，而且抗老化性能较好，明显优于当前常用的SBS改性沥青和橡胶沥青材料，能够满足桥面防水粘结层材料的技术要求。

3 水性环氧沥青防水粘结层的应用效果分析

南京浦口新城某大桥作为连接浦口新城与过江隧道的重要通道，对桥梁的建设技术提出较高的要求，尤其桥面上下坡路段对桥面铺装体系中的防水粘结层要求较高，防水粘结层必须具有优异的防水粘结性能。因此，本工程桥面防水粘结层采用水性环氧沥青防水粘结层材料，铺筑面积达到6 000m2。

为提高防水粘结层与水泥混凝土桥面粘结力，在防水粘结层施工前需要清除水泥板表面低强度的水泥砂浆，按规定采用抛丸工艺或铣刨工艺清除水泥混凝土桥面水泥砂浆，并用空压机清风吹净浮灰。在洒布防水粘结层材料之前，先在施工现场采用人工刷涂方法通过试验确定水性环氧沥青粘结材料的用量，一般推荐为0.7～0.9kg／m2，本工程中采用0.9kg／m2的洒布量。本工程水性环氧沥青防水粘结层的造价在22元／m2左右，略高于改性乳化沥青12～13元／m2，略低于热喷沥青＋碎石类防水粘结层24～25元／m2，远低于油性环氧35～40元／m2的造价。因此，水性环氧沥青防水粘结层在材料性能和工程造价上都具有明显的优势，具有良好的性价比，适合大规模推广应用。

为保证施工质量控制要求，对水性环氧沥青防水粘结层施工质量进行现场检测，采用附着力拉拔试验方法对水性环氧沥青材料的粘结性能进行测试。在路面温度40℃左右时，水性环氧沥青防水粘结层的附着力拉拔强度达到0.87MPa，大于技术要求的0.8MPa，表明水性环氧沥青防水粘结层材料的基本力学性能和路用性能均达到防水粘结层技术指标要求。

水性环氧沥青桥面铺装防水粘结层洒布后，防水粘结层成膜效果良好，采用常温洒布后的防水粘结层表面均匀，无花白现象。在桥梁通车运营1年后，对试验段的路面性能以及病害情况进行现场观测，目前铺装桥面体系性能良好，没有出现桥面铺装病害，表明水性环氧沥青桥面铺装防水粘结层的粘结性能良好。

4 结语

水性环氧沥青材料属于反应型材料，与热融性材料相比，能大幅度地提高力学性能和耐久性能。水性环氧沥青防水粘结材料的各项力学性能几乎介于热喷沥青＋碎石、环氧树脂之间，其具有优良的低温柔韧性和耐热性，在常温和高温时的剪切和拉拔强度均优于常用的沥青类材料，而且其耐久性较好。当然，桥面防水粘结材料种类众多，化学组成、技术性能等存在较大的差异，不同种类的防水粘结层材料均有各自的优缺点，在实际工程应用中应根据工程具体情况选择应用。

［1］ 吴立新，吕 巍，赵 阳.基于性能试验的典型桥面防水粘结层应用探讨［J］.北方交通，2014（6）：36－39.

［2］ 樊叶华，黄 卫.江阴大桥钢桥面柔性防水粘结层特性分析［J］.公路交通科技，2007（6）：33－36.

［3］ 李宇霞，王红军.NKY水性环氧沥青防水粘结层材料在水泥混凝土桥面上的应用研究［J］.公路交通科技：应用技术版，2007（6）：343－346.

［4］ 周少林，褚 峰，吴 边，等.桥面铺装防水粘结材料力学性能试验研究［J］.中外公路，2014，34（3）：272－275.

［5］ 刘 发.新型桥面防水粘结层界面强度评价方法研究［J］.现代交通技术，2013（2）：13－15.