新型环氧沥青桥面防水粘结层的试验研究

苏忍让++安中进 +宋绪丁

摘 要：为防止或减少桥面铺装层病害，对环氧沥青桥面铺装层进行研究，对采用改性沥青和环氧树脂配制的A1、A2两种粘结材料进行试验，证明它们在不同温度下都具有很好的抗剪性能和抗拉拔性能；且应用于钢桥桥面比应用于水泥混凝土桥面具有更高的抗剪强度和抗拉强度；A1型环氧树脂沥青材料性能优异，值得在实际工程中大力推广。

关键词：环氧沥青；粘结层；抗剪性能；抗拉拔性能

中图分类号：U414.03 文献标志码：B

Experimental Research on Waterproof Binding Course of Epoxy Asphalt Deck

SU Renrang1， AN Zhongjin1， SONG Xuding2

（1. CCCC Second Highway Engineering Co. Ltd.， Xian 710061， Shaanxi， China； 2. Key Laboratory of

Highway Construction Technology & Equipment of Ministry of Education，

Changan University， Xian 710064， Shaanxi， China）

Abstract： Deck pavement with epoxy asphalt was studied in order to reduce diseases. A1 and A2 were made from modified asphalt and epoxy resin respectively for the test. The results show that both of them have good shear behavior and antipullout property under various temperatures； A1 shows good performance in actual projects and is worth popularizing.

Key words： epoxy asphalt； binding course； shear behavior； antipullout property

0 引 言

中国公路交通量日益上升，加上重载和超载普遍、环境因素、桥面铺装层材料选用不当等因素，使得桥面铺装层出现严重的早期损坏现象。尤其是水泥混凝土桥面铺装层被破坏后，其修复费用往往要数倍于原来的投资，而且修复时间较长，严重影响车辆行驶的安全性、快捷性和舒适性[12]。调研发现，在桥面铺装损害中，有的病害是由于桥面沥青铺装层性能差而引起的；有的是由于层间粘结失效导致的；还有的病害是由于桥面防水效果不佳而引起的。国外很早就开始研究环氧树脂改性石油沥青，并在实体工程中进行使用。将环氧沥青混凝土应用于桥面铺装工程的国家主要有美国、加拿大、荷兰、澳大利亚等[34]。中国在环氧沥青桥面铺装上的研究起步较晚，但是随着基础设施的大量建设，积累了丰富的经验，发展了符合中国气候的环氧沥青桥面铺装[56]。但是，关于环氧树脂沥青材料粘结性能研究的报道不多，因此，本文将环氧树脂沥青材料和其他路面沥青材料（SBS沥青和雨虹粘结材料），应用于水泥混凝土桥面以及钢桥面上，分别在高温（50 ℃）和室温（20 ℃）条件下，对不同沥青材料的剪切强度和抗拉强度进行对比试验研究和工程现场检测。

1 试验材料及试验条件

1.1 试验材料

试验中，A1粘结材料是改性沥青和环氧树脂按7.6∶1的比例配制的，A2粘结材料是改性沥青和环氧树脂按2.45∶1的比例配制的。SBS沥青和雨虹粘结材料是市场购置的粘结材料。

1.2 试验条件

（1） 实验室内剪切和拉拔试验。

实验室内先预制厚度为5 cm的水泥混凝土层，然后按表面处理、涂刷防水粘结层、碾压沥青混凝土铺装的顺序成型试件，再用Φ50 mm钻芯机钻孔取样。剪切试验在加载剪切试验的装置上进行，图1为加载剪切试验装置的原理示意图。防水粘结层受力面与加载方向的夹角α=40°，与刹车情况相似，为最不利情况，测试所能施加的最大破坏荷载为P，试验加载速度为50 mm·min-1[7]。

图1 加载剪切试验装置原理

实验室内拉拔试验用Φ50 mm钻芯机钻孔至水泥混凝土梁板后取出钻头，用快凝环氧树脂将拉头粘在沥青混凝土表面，养护12 h后，将芯样放于拉力试验仪中，以100～200 N·s-1的速度对拉杆进行加力，直至芯样被破坏，试验如图2、3所示。

试验温度采用室温（20 ℃）和高温（50 ℃）两种。在进行高温试验前，将试样放在50 ℃的保温箱保温1 h以上，以保证试样温度均匀。

（2） 现场剪切和拉拔试验。采用本课题组相关人员开发出的层间剪切强度测试仪和层间抗拉强度测试仪各一台进行现场拉拔试验[8]。

2 试验结果及其分析

2.1 水泥混凝土防水粘结层剪切和拉拔试验

图4为用量在0.8 kg·m-2时，水泥混凝土防水粘结层的剪切试验结果。20 ℃条件下，A1和A2材料抗剪强度均明显优于其他防水粘结材料。雨虹防水材料也有较好的抗剪强度，SBS沥青的抗剪能力最差。当温度达到50 ℃时，所有材料的抗剪强度都大大下降，SBS沥青抗剪强度接近于0，A1和A2材料有很好的强度，雨虹材料强度也较好。当用量增加到10 kg·m-2时，A1、A2材料抗剪强度变化不大，雨虹材料抗剪强度减小了很多，SBS沥青抗剪强度较小。

由此可见，SBS沥青在低温状态下有一定的抗剪强度，但很低；而在高温下几乎不具有抗剪强度。雨虹材料在高低温状态下都有较好的抗剪性能，但是用量变化对其抗剪强度影响较大。A1和A2材料不管在高低温状态还是不同用量下，都比其他防水粘结材料具有更好的抗剪性能。endprint

图5为用量在0.8 kg·m-2时，水泥混凝土防水粘结层的拉拔试验结果。 20 ℃条件下， SBS沥青的抗拉强度最低，雨虹防水材料次之，而A1与A2材料相比其他材料具有较好的抗拉强度。A1材料抗拉强度是SBS沥青的5倍，是雨虹防水材料的4倍；A2材料的抗拉强度分别是SBS沥青的7倍，雨虹防水材料的5倍。但当温度达到50 ℃时，所有材料的抗拉强度都大大下降，SBS沥青和雨虹材料的强度几乎为0，说明SBS沥青和雨虹材料在高温状态下不具有良好的抗拉性能；而A1和A2材料的强度分别为0.42 MPa和0.6 MPa。当用量增加到1.0 kg·m-2时，A1、A2材料抗拉强度变化不大，雨虹材料抗剪强度减小了很多，SBS强度还是比较小。

试验数据表明，A1与A2材料相比其他防水粘结材料具有更好的高低温抗拉拔性能。

2.2 桥面钢板防水粘结层剪切和拉拔试验

图6为用量在0.8 kg·m-2时，桥面钢板防水粘结层剪切试验结果。20 ℃条件下， A1和A2材料的剪切性能都很高，A2材料的剪切强度更为突出，而SBS沥青剪切性能很差。50 ℃条件下，A1和A2材料的剪切强度比20 ℃时都有所降低，但比同等条件下与水泥混凝土防水粘结层的剪切强度高。SBS沥青的剪切性能几乎为0。雨虹材料涂于钢板试件表面4 h后，无粘结力，从工程实用性角度考虑，雨虹材料不适用于钢板与铺装层之间的粘结。

2.3 工程现场实际检测结果及分析

利用项目组开发的层间剪切仪和拉拔仪对以下两个工程的施工现场进行了试验检测，图8为现场检测的情况。

（1） 苏州某快速路高架桥部分均洒布A1型热固性环氧沥青粘结材料，基层为水泥混凝土桥面，下面层为AC25C沥青混凝土，厚为6 cm，水泥桥面防水粘结层为环氧沥青。通过现场检测，在K4+486左幅处，桥面层间剪切力为7 733 N，剪切强度为0.985 MPa；在K4+466右幅处，桥面层间剪切力为8 227 N，剪切强度为1.048 MPa；在K4+442右幅处，桥面层间剪切力为9 122 N，剪切强度为1162 MPa。

（2） 郑州某公铁两用桥工程水泥混凝土桥面部分均洒布A1型热固性环氧沥青，基层为水泥混凝土桥面，下面层为AC25C沥青混凝土，厚为6 cm，水泥桥面防水粘结层为环氧沥青。通过现场检测，在K17+655左幅处，桥面层间剪切力为8 780 N，剪切强度为1.121 MPa；在K21+150右幅处，桥面层间剪切力为9 954 N，剪切强度为1.268 MPa。

由苏州和郑州两个工程项目的现场检测报告结果可以看出：A型热固性环氧沥青粘结材料在苏州两个点的剪切强度分别为0.985 MPa和1.048 MPa，一个点的拉拔强度为1.162 MPa；在郑州两个点的剪切强度分别为1.121 MPa和1.268 MPa。虽然监测点很少，但是同一个项目不同桩号的检测结果都很接近；剪切强度和抗拉强度的检测结果基本都达到了1 MPa，说明环氧沥青作为防水粘结层材料在实际工程应用中的性能表现优异。

3 结 语

将环氧树脂沥青材料和其他路面沥青材料（SBS沥青和雨虹粘结材料）用于水泥混凝土桥面以及钢桥面上，对其在高温（50 ℃）和室温（20 ℃）条件下的剪切强度和抗拉强度性能进行了对比试验研究和工程现场检测，结论如下。

（1） A1和A2型环氧树脂沥青材料不管是在高低温状态和还是在不同用量下，都比其他防水粘结材料具有更好的抗剪强度和抗拉强度。

（2） A1和A2型环氧树脂沥青材料应用于钢桥桥面比应用于水泥混凝土桥面具有更高的抗剪强度和抗拉强度。

（3） A1型环氧树脂沥青材料应用于两个工程的实践表明，新型环氧沥青作为防水粘结层材料在实际工程应用中的性能表现优异，应大力推广使用。

参考文献：

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[8] 刘 昕.沥青路面碾压智能质量控制施工技术研究[J].筑路机械与施工机械化，2014，31（10）：4650.

[责任编辑：谭忠华]endprint