单组份环氧沥青桥面防水粘结层室内剪切和拉拔性能分析

赵锡娟（江苏东交工程设计顾问有限公司，江苏 南京 210002）



单组份环氧沥青桥面防水粘结层室内剪切和拉拔性能分析

赵锡娟
（江苏东交工程设计顾问有限公司，江苏 南京 210002）

对单组份环氧沥青、双组份环氧沥青和SBS改性沥青3种防水粘结层材料进行室内剪切和拉拔性能对比，同时考虑涂层厚度、界面处理和温度的影响因素，得出3种防水粘结层材料的最佳涂层厚度均为1 mm，最优的界面处理方式为抛丸，并得出抗剪强度/拉拔强度与试验温度均具有很好的二次相关性。

防水粘结层材料；单组份环氧沥青；抗剪切强度；拉拔强度

水泥混凝土桥面沥青铺装最主要的病害是铺装层的剥落、松散和拥包等，究其原因，大都是由桥面铺装界面之间的抗剪强度或粘结强度不足引起的。单组分环氧沥青防水粘结材料是一种环氧沥青高分子材料，主要有连续相的极性物质和非连续相的环氧树脂、沥青等高分子材料，交联后形成热固性聚合物。采用“常温冷施工，高温热固化”的先进设计理念，使得单组分环氧沥青材料具有良好的表面渗透性，对水泥混凝土表面裂纹有修复作用。同时，封堵了水泥混凝土表面的毛细孔，杜绝了“泛白”现象的发生。同时，单组份环氧沥青可以常温洒布，经自然干燥养护，再利用沥青铺装层施工时的温度进行二次反应，粘结性好，简化施工工艺，易于保证施工质量。

在室内进行模拟试验，比较单组分环氧沥青、SBS改性沥青和双组份改性沥青防水粘结层的剪切和拉拔性能，并考虑基面处理方式、施工温度及涂层厚度对剪切和抗拉拔性能的影响。

1　剪切试验

1.1试验设备与方法

为更好地模拟桥面结构实际情况下的受力特性，本文采用自主开发的抗剪强度试验仪器，可以旋转试件模具，改变剪切面与水平方向的夹角。为了全面评价桥面防水粘结层的抗剪切性能，考虑不同夹角、不同基面处理方式、不同温度及不同涂层厚度的影响。

在标准车辙板模子中成型30 cm×30 cm×2.5 cm尺寸的C50水泥混凝土，在标准养护条件下养护28 d，对基面进行处理后，在上面涂刷防水粘结层材料，待干燥后，再按照标准车辙板试件成型方法在上面碾压成型30 cm×30 cm×2.5 cm尺寸的AC-20沥青混合料。待养护24 h后，切割成5 cm×5 cm×5 cm的立方体试件，然后放入剪切试验仪中进行试验。

剪切强度计算按照式（1）计算：

式中：x为剪切强度；F为竖向压力；i为剪切面与水平夹角；A为粘结面积。

每组试验选择4个试件进行，去除4个数据中偏离平均值最大的值，取3个试件的平均值作为测量值，精确到0.01 MPa。

1.2涂层厚度

为更好地指导防水粘结层的现场施工，在室内需确定防水粘结层材料的洒布量。3种材料在0.5 mm、1.0 mm、1.5 mm及2.0 mm不同涂层厚度下的抗剪强度［1］（相同的界面处理方式、剪切夹角45°、试验温度25 ℃）试验结果见表1。

表1　不同涂层厚度下抗剪强度结果 MPa

从表1可看出，3种材料的抗剪强度均随涂层厚度的增加先增大后减小，且在涂层厚度为1 mm左右时抗剪强度达到最大；在相同涂层厚度条件下，3种材料的抗剪强度大小顺序为：单组份环氧沥青＞双组份环氧沥青＞SBS改性沥青。单组份环氧沥青主要由连续相的极性物质和不连续相的高分子材料组成，渗透性好，能修复水泥混凝土板的裂纹；采用的是W/O结构剂型，与水泥混凝土板具有很好的粘结性。所以单组分环氧沥青保证了层间稳定性，表现出优良的抗剪性能。

1.3剪切夹角

对3种防水粘结材料采用相同的界面处理方式（光滑）、相同的涂层厚度（1 mm）、25 ℃下进行不同夹角下的剪切试验，试验结果见表2。

表2可以看出，相同夹角下，3种粘结材料的抗剪切强度大小变化规律为：单组份环氧沥青＞双组份环氧沥青＞SBS改性沥青；3种粘结材料的抗剪强度均随夹角的增大而减小，主要是由于随着夹角的增大，沥青混合料和混凝土间的粘结力越容易被破坏。

表2　不同夹角下25 ℃时的抗剪强度 MPa

1.4界面处理

对水泥混凝土板采用光滑、抛丸及嵌石3种界面处理方式。（1）光滑：仅除去混凝土表面的浮浆，对混凝土表面不进行任何处理；（2）抛丸：用连接在电机上的砂轮进行打磨，然后除去水泥砂浆，以模拟现场的抛丸处理工艺；（3）嵌石：在混凝土表面涂抹好防水粘结材料后，撒布碎石，以模拟桥面洒布防水粘结材料后撒布碎石的工艺。在试验温度25 ℃，夹角45°，涂层厚度为1 mm条件下进行剪切试验，试验结果见表3。

表3　不同处理方式下抗剪强度结果 MPa

从表3的抗剪强度试验结果可看出，采用抛丸处理方式3种材料的抗剪强度最大，其次是嵌石方式，最后是光滑处理方式；且相同处理方式下，单组分环氧沥青的抗剪强度最大，其次是双组份环氧沥青，最后是SBS改性沥青。

1.5试验温度

在室内模拟现场施工温度进行0 ℃、25 ℃、40 ℃、50 ℃和60 ℃下的抗剪强度试验（在45°夹角下采用相同的界面处理方式和涂层厚度），试验结果见表4，可根据室内对防水粘结层强度随温度变化趋势的拟合结果，作为现场检测结果温度折算的依据［2］。3种粘结材料抗剪强度随温度变化曲线见图1。

从表4看出，3种防水粘结层材料的抗剪强度随温度的升高而降低，且与温度具有很好的二次多项式相关关系，单组分环氧沥青的抗剪强度与温度的相关关系最好，相关系数达到0.997 2，3种防水粘结材料的相关性系数大小顺序为单组份环氧沥青＞双组份环氧沥青＞SBS改性沥青。

表4　不同试验温度下3种材料的抗剪强度试验结果

图1　3种粘结材料抗剪强度随温度变化曲线

相同试验温度下单组份环氧沥青的抗剪强度最大，其次是双组份环氧沥青，最后是SBS改性沥青。还可以看出单组份环氧沥青的抗剪强度随温度变化的斜率较小，即单组份环氧沥青的抗剪强度随温度变化与另外两种材料相比不敏感。

2　拉拔试验

2.1试验设备与方法

拉拔试验采用拉拔式附着力测试仪。该拉拔仪器能保证试件在规定温度下按规定的拉伸速度进行拉伸，并且拉伸时无明显振动和偏心。

拉头采用不锈钢或黄铜制作，其尺寸可为边长40 mm的正方形，拉拔强度直接显示在屏幕上，直接读取即可。

对于同一批试件，平行试验不得少于5个。单个试件的试验结果，其允许误差不超过平均值的20%，超过此误差范围的试验结果应舍弃，最后取平均值作为试验结果。

具体试验过程如下［3］：

（1）将拉头底部涂布一层环氧树脂或AB胶，粘附在需测试试件的表面。

（2）待环氧树脂或AB胶完全固化后，用削刀沿拉头四周削切直至露出混凝土板，然后将试件放入规定温度的环境箱内4 h，养护完成后进行试验。

2.2涂层厚度

室内对防水粘结层采用0.5 mm、1 mm、1.5 mm 和2 mm4种涂层厚度（试验温度25 ℃，采用相同的界面处理方式），进行拉拔试验，结果见表5。

表5　3种防水粘结材料在不同厚度下拉拔试验结果（25 ℃） MPa

从试验结果知，3种防水粘结层材料的拉拔强度随涂层厚度的增加先增大后减小，且在涂层厚度为1 mm左右时拉拔强度达到最大，均＞1.2 MPa，满足水性环氧沥青对附着力拉拔强度的要求，故最佳的涂层厚度在1 mm左右，与剪切试验得到的结论一致；在相同涂层厚度下，3种材料的拉拔强度大小顺序为：单组份环氧沥青＞双组份环氧沥青＞SBS改性沥青。单组份环氧沥青由于其连续相和非连续相的材料组成及W/O结构剂型，使其表现出了很好的粘结性。

2.3界面处理

对混凝土采用光滑、抛丸及嵌石3种界面处理方式，在试验温度25 ℃，涂层厚度为1 mm下进行拉拔试验［4］，试验结果见表6。

表6　不同基面处理下的拉拔结果 MPa

从表6拉拔试验结果可知，采用抛丸处理方式时拉拔强度最大，其次是嵌石方式，最后是光滑处理方式，说明在现场施工过程中对水泥混凝土板采用抛丸处理方式能使防水粘结层与水泥混凝土板达到很好的粘结效果；在相同处理方式下，拉拔强度大小顺序为：单组份环氧沥青＞双组份环氧沥青＞SBS改性沥青，与剪切试验得到的结果规律一致。

2.4试验温度

在室内模拟现场施工温度进行0 ℃、20 ℃、35 ℃、50 ℃和60 ℃下的拉拔试验（采用相同的界面处理方式和涂层厚度），试验结果见表7，拉拔强度随温度的变化规律见图2。

表7　不同环境温度下3种材料的拉拔结果

图2　3种材料拉拔强度随温度变化的规律

从表7和图2可以看出，3种防水粘结材料的拉拔强度随温度的升高而降低，且3种材料与温度具有很好的二次多项式相关关系，单组分环氧沥青与温度的相关系数达到0.997，3种防水粘结材料的相关性系数大小顺序为：单组份环氧沥青＞双组份环氧沥青＞SBS改性沥青。

在相同环境温度下单组分环氧沥青的拉拔强度最大，其次是双组份环氧沥青，最后是SBS改性沥青。还可以看出单组份环氧沥青的拉拔强度随温度变化的斜率较小，即单组份环氧沥青的拉拔强度随温度变化不敏感。

3　结语

（1）采用自主开发的室内剪切设备对3种防水粘结层材料进行剪切试验，提出了剪切强度随涂层厚度、剪切夹角、界面处理方式及环境温度的变化规律，并得出剪切强度与试验温度具有很好的二次相关性。

（2）提出了抗剪强度随涂层厚度、剪切夹角及环境温度的变化规律均是先增大后减小，且相同条件下单组份环氧沥青防水粘结层材料的抗剪强度最大，其次是双组份环氧沥青，最后是SBS改性沥青；提出了采用抛丸处理方式3种材料的抗剪强度最大，其次是嵌石方式，最后是光滑处理方式，且相同处理方式下，单组份环氧沥青的抗剪强度最大。

（3）采用附着力拉拔试验对3种防水粘结层材料进行室内拉拔强度试验，提出了拉拔强度随涂层厚度、界面处理方式及试验温度的变化规律与室内剪切试验结果规律一致，并得出拉拔强度与试验温度也具有很好的二次相关性；结合拉拔强度和和抗剪强度试验结果得出3种防水粘结层材料的最佳涂层厚度为1 mm。

［1］纪伦，李云良，任俊达，等.桥面铺面防水粘结层胶结材料洒布量的确定方法［J］.哈尔滨工业大学学报，2014，46（4）：58-62.

［2］石龙海.温度对沥青混凝土桥面铺装抗剪强度的影响分析［D］.哈尔滨：东北林业大学，2011.

［3］JT/T 535—2004路桥用水性沥青基防水涂料［S］.

［4］李小重，范要武，黄晓明.水泥混凝土桥面铺装防水粘结层的分析与设计［J］.中外公路，2006（2）：151-155.

Analysis of Laboratory Shear and Drawing Performance of One-component Epoxy Asphalt Waterproof Cohesive Layer

Zhao Xijuan
（Jiangsu Dong Jiao Engineering Design Consulting Co.，LTD， Nanjing 210002， China）

This paper compared laboratory shear performance and drawing performance of one-component epoxy asphalt， twocomponent epoxy asphalt and SBS modified asphalt.Meanwhile，considering the influence of coating thickness， interface treatment and temperature factors， it concluded that the best coating thickness for three kinds of waterproof cohesive layer materials was 1 mm and the best interface treatment was blasting. And the shear strength and the intensity of drawing with test temperature had the very good quadratic correlation.

waterproof cohesive layer material； one-component epoxy asphalt； shear strength； intensity of drawing

U444，U443.33

A

1672-9889（2016）02-0029-04

江苏省公路科技计划项目（项目编号：2012Y02G）

赵锡娟（1982-），女，山东菏泽人，工程师，主要从事道路材料科研方面的工作。

（2015-07-10）