溶剂型粘结剂在水泥混凝土桥面铺装防水粘结层的应用研究

毛浓平

(广东省长大公路工程有限公司， 广州　510000)

溶剂型粘结剂在水泥混凝土桥面铺装防水粘结层的应用研究

毛浓平

(广东省长大公路工程有限公司， 广州510000)

摘要：以港珠澳大桥组合梁桥面铺装试验段为例，选择3种不同型号溶剂型粘结剂作为防水粘结材料，通过现场检测试验，研究溶剂型粘结剂在水泥混凝土桥面铺装防水粘结层的应用状况。研究结果表明：对于同一种溶剂型粘结剂，人工涂抹施工粘结剂的拉拔强度高于喷涂机施工粘结剂的拉拔强度，不添加玻璃纤维粘结剂的拉拔强度高于添加玻璃纤维粘结剂的拉拔强度；GA10浇注式沥青混合料施工后产生大量气泡和鼓包，溶剂型粘结剂在GA10浇注式沥青混合料+防水粘结层+水泥混凝土基面组成的防水结构体系中应严格控制施工。

关键词：港珠澳大桥；溶剂型粘结剂；防水粘结层；拉拔强度；浇注式沥青混合料

桥面防水粘结层为桥面板提供了一个防止水汽的无渗透性屏障。其将铺装层与桥面板粘结成一个整体，可充分发挥铺装层与桥面板的复合作用，改善桥面板与铺装层受力情况。一个整体性能好的防水粘结层必须能抵抗层间的剪切破坏及水损害，因此对桥面防水粘结层进行研究十分重要。本文以港珠澳大桥组合梁桥面铺装为例，选择3种不同型号的溶剂型粘结剂作为防水粘结材料，通过现场检测试验，研究溶剂型粘结剂在水泥混凝土桥面铺装防水粘结层的应用状况。

1工程概况[1]

1.1工程简介

港珠澳大桥跨越珠江口伶仃洋海域，其东接香港特别行政区，西接广东省珠海市和澳门特别行政区，是我国交通建设史上技术最复杂、环保要求最高、建设要求及技术标准最高的工程之一。

1.2气候条件

港珠澳大桥地处高温多雨的南亚热带海洋性气候区，年平均气温23.0 ℃，最高月平均气温31.8 ℃，最低月平均气温12.1 ℃，极端最高气温38.9 ℃，极端最低气温-1.8 ℃。该地区年平均降雨量2 045.5 mm，年最小降雨量1 200.9 mm，年最大降雨量可达2 894.6 mm，日最大降水量可达620.3 mm；年平均降水天数139 d，大于10 mm的雨水天数可达43.8 d。年平均雾天仅为9.77 d，年平均相对湿度为89%。

分析港珠澳大桥所处地区的气候特征可知，温度和降雨量对防水粘结层施工及浇注式沥青摊铺施工作业影响极大，对工期保证、质量控制形成极大挑战，是影响桥面铺装的主要气候因素。

1.3交通条件

本文根据华杰工程咨询有限公司编制的《港珠澳大桥跨界交通需求分析再评估》[2]，对港珠澳大桥交通量进行预测，并计算出标准轴载，如表1所示。

表1　港珠澳大桥交通量分车型预测结果　辆/d

根据表1预测的交通流量，可计算出15年内港珠澳大桥平均年交通量增长率约为6.6%。由于港珠澳大桥设计为双向6车道，根据下式计算得到该桥15年内每车道累计当量轴次Ne为：

0.35=1.02×107(轴次)

JTG D50—2006《公路沥青路面设计规范》中交通量等级划分规定，当1个车道上BZZ-100累计标准轴次为3×106～1.2×107次时，属于中等交通等级，因此港珠澳大桥的设计交通等级为中等。

2桥面铺装结构设计(组合梁试验段)

2.1防水粘结层体系选择[3]

溶剂型粘结材料指采用溶剂对沥青、橡胶等高分子物质进行溶解而形成的一种粘结材料，若将此种材料涂刷在水泥混凝土基面，则溶剂挥发后会形成1层坚韧、密实的粘结膜，其可与沥青铺装材料之间形成良好的粘结。与传统防水材料(如防水卷材、水溶性防水涂料等)相比，此种材料铺装于沥青混凝土后形成的组合结构其粘结性能明显提高，抗剪性能优良。

2.2水泥混凝土桥面铺装结构设计[4]

港珠澳大桥CB07标桥面铺装试验段为K0+000～K0+300段，其设计组合梁桥面铺装结构层为4.5 cm SMA+3.5 cm GA+防水粘结层+水泥混凝土基面。其桥面铺装结构如图1所示。

图1　组合梁桥面铺装结构示意

浇注式沥青混合料(GA)是空隙率小于1%的沥青混合料，具有十分优良的防水性能。因此，溶剂型粘结剂与GA组成的防水体系可有效阻止水分进入铺装下层及水泥混凝土基面之间，从而可防止出现因水分侵蚀水泥混凝土和界面而造成铺装层粘结力降低、脱层等病害。

3桥面铺装防水粘结层施工

3.1施工前准备[5]

施工前，先对水泥混凝土基面进行了表面清理，使其油污和杂质清楚可见；然后对水泥混凝土基面进行了抛丸打砂处理。抛丸机采用DH-4800车载式抛丸机，抛丸速度为15 m/min。抛丸机磨料选择S550钢丸，组合梁磨料不含钢砂，磨料保持干燥、清洁，不得含有油脂、盐分。搭接宽度选择为3～5 cm，并根据工程实际合理调节设备，以使搭接部分与整体抛丸处理后的效果一致，保证抛丸处理后的表面平整度符合设计要求。

3.2溶剂型粘结剂施工[5-7]

选择日本A公司生产的Caticoat溶剂型粘结剂、重庆B公司生产的GS溶剂型粘结剂以及重庆C公司生产的AF溶剂型粘结剂这3种不同型号的溶剂型粘结剂作为防水粘结材料进行研究，加筋纤维选用玻璃纤维，并结合工程应用现状，确定7种施工工艺方案，如表2所示。

根据拟定的施工工艺方案，对溶剂型粘结剂进行施工，具体施工流程为：1) 将经抛丸打砂处理过的水泥混凝土基面吹干，使其保持干燥；2) 涂抹第1层溶剂型粘结剂，并养护至少24 h；3) 洒布玻璃纤维，涂抹第2层溶剂型粘结剂，进行养护以达到实干状态；4) 在25 ℃气温环境下进行现场拉拔试验。

3.3现场拉拔试验结果及分析[8-9]

桥面防水粘结材料对桥面板的附着力用现场拉拔强度来评价。溶剂型粘结剂检测在溶剂型粘结剂固化后进行，现场随机布点进行现场拉拔试验，现场环境温度为25 ℃。试验时，采用AT-M型数显式拉拔仪对施工后防水粘结层与基层的拉拔强度进行现场检测，采用无溶剂型环氧胶将直径为20 mm的拉拔头粘结在防水粘结层表面，待胶水固化按照拉拔仪说明书操作方法进行检测。试验结果如表3和图2所示。

表2　溶剂型粘结剂防水粘结层施工工艺方案设计　g/m2

表3　7种施工工艺方案的防水粘结层现场拉拔试验结果

图2　7种施工工艺现场拉拔试验结果

对比工艺1、2、3可以看出，在采用人工涂抹且不洒布玻璃纤维的条件下，3种溶剂型粘结剂的现场拉拔强度不同，拉拔强度排序为工艺2>工艺3>工艺1，3种工艺的现场拉拔强度合格率均为90%。说明在采用人工涂抹且不洒布纤维的条件下，GS溶剂型粘结剂与水泥混凝土基面的粘结性能最优，AF溶剂型粘结剂次之，Caticoat溶剂型粘结剂较差。Caticoat溶剂型粘结剂的拉拔强度较为平均，均在0.95～1.24 MPa之间；GS溶剂型粘结剂拉拔强度起伏最大，在0.94～1.71 MPa之间；AF溶剂型粘结剂拉拔强度起伏较大，在0.96～1.63 MPa之间。3种粘结剂的拉拔断裂面均在涂层之间，材料自身发生破坏。

对比工艺4、5可以看出，在采用人工涂抹且洒布玻璃纤维的条件下，工艺4的拉拔强度高于工艺5，2种工艺的现场拉拔强度合格率均为80%。说明在采用人工涂抹且洒布玻璃纤维的条件下，GS溶剂型粘结剂与水泥混凝土板面的粘结性能优于AF溶剂型粘结剂。GS溶剂型粘结剂的拉拔强度起伏相对较大，在0.91～1.54 MPa之间；AF溶剂型粘结剂的拉拔强度起伏相对较小，在0.94～1.49 MPa之间；且2种粘结剂的拉拔强度离散程度均大。这是因为工艺4、5拉拔强度在有纤维点处偏低，无纤维点处偏高。

对比工艺6、7可以看出，在采用喷涂机且同时洒布粘结剂和玻璃纤维的条件下，工艺6的拉拔强度远低于工艺7，工艺6的现场拉拔强度合格率仅为30%，而工艺7的现场拉拔强度合格率达到了80%。说明在采用喷涂机且同时洒布粘结剂和玻璃纤维的条件下，GS溶剂型粘结剂与水泥混凝土板面的粘结性能比AF溶剂型粘结剂差。

对比工艺2、4、6可以看出，采用GS溶剂型粘结剂时，施工方式和玻璃纤维对粘结剂与水泥混凝土板面的粘结性能影响较大，拉拔强度排序为工艺2>工艺4>工艺6。人工涂抹施工粘结剂的拉拔强度高于喷涂机施工粘结剂的拉拔强度，这是因为人工涂抹施工可以使粘结剂和玻璃纤维洒布均匀，故现场拉拔强度较高；而喷涂机施工却不能使粘结剂和玻璃纤维洒布均匀，故现场拉拔强度较低。不添加玻璃纤维粘结剂的拉拔强度高于添加玻璃纤维粘结剂的拉拔强度，这是因为现场拉拔强度较高的点其断裂发生在粘结剂与混凝土之间，拉拔强度较低的点其断裂发生在玻璃纤维之间。

对比工艺3、5、7可以看出，采用AF溶剂型粘结剂时，施工方式和玻璃纤维对粘结剂与水泥混凝土板面的粘结性能影响较大，拉拔强度排序为工艺3>工艺5>工艺7。人工涂抹施工粘结剂的拉拔强度高于喷涂机施工粘结剂的拉拔强度，这是因为人工涂抹施工可以使粘结剂和玻璃纤维洒布均匀，故现场拉拔强度较高；而喷涂机施工不能使粘结剂和玻璃纤维洒布均匀，故现场拉拔强度较低。不添加玻璃纤维粘结剂的拉拔强度高于添加玻璃纤维粘结剂的拉拔强度，这是因为现场拉拔强度较高的点断裂发生在粘结剂与混凝土之间，拉拔强度较低的点发生在玻璃纤维之间。

以上检测数据已排除或忽略现场施工和操作工艺的影响，因为在以后的施工中，这些影响也不可避免。

4桥面铺装浇注式沥青混合料施工

4.1GA10浇注式沥青混合料施工[3，10]

待按7种施工工艺方案铺设的防水粘结层养护达到要求后，进行GA10浇注式沥青混合料施工。

将沥青拌和站搅拌完成的浇注式沥青混合料放入专用拌和运输车Cooker中升温拌和、运输。Cooker搅拌速度固定为3～7转/min，且不允许空气进入浇注式沥青混合料中，以减少沥青结合料的氧化；浇注式沥青混合料在搅拌运输车中搅拌45 min，混合料拌和温度控制在220～240 ℃。用摊铺机对浇注式沥青混合料进行现场摊铺施工。摊铺过程中，需控制混合料施工时的温度、摊铺速度、摊铺厚度、缺陷处理等。

4.2GA10混合料检测结果及分析

4.2.1浇注式沥青混合料性能检测结果

对现场摊铺的浇注式沥青混合料进行现场检测，检测结果表明，GA10浇注式沥青混合料各项性能指标均满足设计文件要求。检测结果如表4所示。

4.2.2浇注式沥青混合料气泡及原因分析

对按7种施工工艺方案铺设的防水粘结层上摊铺的GA10浇注式沥青混合料进行切割，观察GA10浇注式沥青混合料底部表面情况。结果发现，按7种施工工艺方案铺设的防水粘结层在GA10浇注式沥青混合料施工后均产生了不同程度的气泡，部分方案防水粘结层施工后没有达到对水泥混凝土基面的防水效果。对于GS溶剂型粘结剂，气泡产生量排序为工艺2>工艺4、工艺6。对于AF溶剂型粘结剂，气泡产生量排序为工艺3>工艺5、工艺7。

表4　GA10浇注式沥青混合料性能检测结果

为分析浇注式沥青混合料气泡产生原因，对GA10浇注式沥青混合料进行了第2次试铺。试铺区域下承层处理方式为：A区域为薄钢板区域，B区域为溶剂粘结剂长时间挥发区域，C区域为溶剂粘结剂短时间挥发区域，D区域为锡箔纸片区域，E区域为泼水区域，F区域为锡箔纸条区域以及未处理的区域。摊铺结束后，观察GA10浇注式沥青混合料上部表面情况，在混合料未完全冷却前，对各区域GA10浇注式沥青混合料进行切割，观察其下部表面情况。结果发现，A、D、F区域上部表面无明显鼓包，下部表面无明显气泡；B区域有少量气泡，但可以接受；C区域表面有大面积鼓包，鼓包密集且单个鼓包面积较大，下部表面有大量气泡；E区域和未处理区域表面有大面积鼓包，下部表面有大量气泡。试铺区域下承层划分如图3所示，GA10混合料内部气泡如图4所示。

从第2次试铺和试验段施工效果可以看出，GA10浇注式沥青混合料气泡不是由水泥混凝土基面表面水所致，而是由水泥混凝土空隙中的残留毛细水以及粘结剂自身没有完全挥发掉的水分或气体所致。GA10浇注式沥青混合料浇筑温度为220～240 ℃，在此高温条件下，水泥混凝土中的毛细水发生挥发，如果防水粘结层的溶剂型粘结剂没有全部挥发并形成有效封闭层，则水汽将冲破防水粘结层，在GA10浇注式沥青混合料下表面形成大量气孔，并在GA10浇注式沥青混合料中形成大量气泡，其不仅会降低防水粘结层与GA10浇注式沥青混合料的粘结性能，也会降低GA10浇注式沥青混合料的耐久性。因此，溶剂型粘结剂用于GA10浇注式沥青混合料+防水粘结层+水泥混凝土基面组成的防水结构体系中，溶剂型粘结剂施工一定要严格组织，可不撒布加筋纤维(其很容易形成夹层，影响粘结力)，并施工后要预留合理的时间供溶剂型粘结剂挥发并形成保护膜，且应尽可能人工滚涂。

图3　试铺区域下承层划分

图4　GA10混合料底部表面和内部的气泡

5结束语

本文研究了3种不同类型溶剂型粘结剂在港珠澳大桥组合梁桥面铺装试验段防水粘结层中的应用状况，并得到了以下结论。

1) 对于同一种溶剂型粘结剂，用人工涂抹施工粘结剂的拉拔强度高于用喷涂机施工粘结剂的拉拔强度，不添加玻璃纤维粘结剂的拉拔强度高于添加玻璃纤维粘结剂的拉拔强度。对于施工工艺相同的不同溶剂型粘结剂，其拉拔强度差异不大。其中，GS溶剂型粘结剂在人工涂抹不添纤维条件下其拉拔强度最大；在喷涂机同时洒布粘结剂和纤维条件下其拉拔强度最小。

2) GA10浇注式沥青混合料在粘结剂未完全挥发情况下施工后会产生大量气泡，对防水粘结层与GA10浇注式沥青混合料下表面的粘结性能和GA10浇注式沥青混合料的耐久性产生不利影响。溶剂型粘结剂用于GA10浇注式沥青混合料+防水粘结层+水泥混凝土基面组成的防水结构体系时应严格组织施工，施工后要预留合理的时间供溶剂型粘结剂挥发以形成保护膜。

参 考 文 献

[1]广东省长大公路工程有限公司.港珠澳大桥主体工程桥梁工程CB07标第一阶段试验段总结报告[R].广州：广东省长大公路工程有限公司，2015.

[2]华杰工程咨询有限公司.港珠澳大桥跨界交通需求分析再评估[R].广州：华杰工程咨询有限公司，2010.

[3]招商局重庆交通科研设计院有限公司.港珠澳大桥钢桥面铺装专题研究报告[R].重庆：招商局重庆交通科研设计院有限公司，2013.

[4]中铁大桥勘测设计院集团有限公司.港珠澳大桥主体工程组合梁桥面铺装设计图[R].北京：中铁大桥勘测设计院集团有限公司,2014.

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[7]张继东，陈春.混凝土桥面铺装防水粘结层施工工艺[J].公路交通技术，2010(6)：21-23.

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[9]刘红琼.水泥砼桥桥面铺装防水粘结层性能研究[D].重庆：重庆交通大学，2008.

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Research on Application of Solvent-based Adhesives in Waterproof Bond Course of Cement Concrete Deck Pavement

MAO Nongping

Abstract:With the test section of combined beam deck pavement of Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge, this paper selects 3 different models of solvent-based adhesives as waterproof binding material to study application of solvent-based adhesives in waterproof bond course of cement concrete deck pavement through site detection test. The results of study show that for the same solvent-based adhesive, the pull strength of adhesive constructed by manual smearing is higher than that of adhesive constructed by coating machine, and the pull strength of adhesive without addition of glass fiber is higher than that of adhesive with addition of glass fiber; GA10 cast asphalt mixture produces a lot of bubbles and bumps after construction, and construction of solvent-based adhesives in waterproof structural system of GA10 cast asphalt mixture+waterproof bond course+cement concrete surface course shall be strictly controlled.

Keywords:Hongkong-Zhuhai-Macau Bridge; solvent-based adhesive; waterproof bond course; pull strength; cast asphalt mixture

文章编号：1009-6477(2016)02-0011-06

中图分类号：U416.216

文献标识码：A

作者简介：毛浓平(1982-)，男，陕西省商洛市人，大专，工程师。

收稿日期：2015-09-17

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.02.003