环氧沥青桥面黏结防水层试验研究

张卫华

（吕梁市交通运输局，山西 吕梁 033000）

1 概述

桥面铺装大多采用沥青类材料，它与水泥混凝土桥面板或钢桥面板之间需要通过防水黏结层进行结合，而黏结材料的强度对桥面铺装的使用寿命有很大的影响。如果桥面铺装产生层间剥离现象，将导致桥面铺装工作状态的迅速恶化，行车荷载作用下，铺装层便会产生推移病害，随着降雨等水分的渗入，桥面铺装产生松散或坑槽，如养护维修不及时，还会波及桥面结构的损坏以及钢筋的锈蚀，导致桥梁承载力下降、使用寿命缩短。大量的研究表明，沥青类铺装层损坏的主要原因是黏结层材料的黏结强度不足和层间处治不当所致。

桥面铺装常用防水层的材料有乳剂型黏结材料、热熔性黏结材料和热固性黏结材料（卷材类防水材料已很少使用）。

乳剂型黏结材料一般多指乳化沥青和改性乳化沥青。热熔性黏结材料由沥青掺加各种高分子聚合物（如SBS、PE 等）或橡胶材料组成，即聚合物（或橡胶）改性沥青。这类材料具有一定的变形适应能力，不足之处是在高温时容易软化，导致黏结力下降。目前，国内有不少桥梁在通车后几年内桥面即出现了推移变形等病害。热固性黏结材料主要指环氧沥青。同前两类材料相比，这种材料黏结能力高、适应变形能力强，尤其是在高温条件下不软化、不变形，具有较高的力学性能，远高于桥面铺装层在夏季高温条件下对材料的强度要求[1]。

2 环氧沥青黏结层材料的性能

评价黏结层性能最常用的指标是剪切强度和拉拔强度，二者都是反映材料黏结力的主要力学指标。

环氧沥青的黏结强度有两个评价标准，一是材料自身的黏结强度，通过测定它与钢板之间的黏结力来评价；二是它在水泥混凝土和沥青混凝土之间的黏结强度，需要采用专门制作的黏结力试件来检测评价。

2.1 抗剪切性能

用于钢桥面防水黏结层的环氧沥青，20℃的抗剪强度可达到5～8 MPa，用于水泥混凝土桥面防水黏结层的黏结材料受力条件优于钢桥面，不必要采用太高抗剪切强度的黏结材料。黏结材料自身的黏结强度（以它与钢板之间的黏结强度表示）只要不小于1.0 MPa 即可。本文重点研究用于水泥混凝土铺装和沥青混凝土铺装之间的材料黏结强度及其特性。

车辆行驶过程中，车轮产生的摩阻力对铺装层和黏结层施加了水平推力，特别是载重汽车在较大纵坡的下坡路段行驶时，水平推力更大，最不利的情况是夏季高温条件下的行车作用。有关研究认为，最不利条件下的层间最大剪应力可达到0.68 MPa。因此，黏结层的抗剪切强度不应低于这个数值。

黏结层材料受剪性能的加载剪切试验原理如图1 所示。当对试件施加荷载P 时，试件受剪面上的剪切应力τ =P/S，式中S 为试件受剪切截面积。将试件切割成一定尺寸，测试所施加的最大破坏荷载P。试验加载速度为50 mm/min。

图1 桥面铺装界面受力状态示意图

该研究对环氧沥青黏结材料做了3 种温度（20℃、35℃和60℃）条件下的黏结层剪切试验，材料为TPM-FN-H 型水泥桥面黏结层环氧沥青，技术性能执行DB14/T 1327—2016 地方标准。试验结果如表1 所列。

试件制作方法：在50 mm 厚的C30 水泥混凝土板上涂刷1.0 kg/m2黏结材料后，加铺50 mm 厚SBS改性沥青混合料，120℃烘箱中经过6 h 固化后，切割成90 mm×90 mm 的试件（厚度为100 mm）。钢板与钢板的面积是100 mm×100 mm。

表1 环氧沥青黏结层剪切试验结果

从表1 可以看出，钢板与钢板之间的环氧沥青黏结层，无论是20℃或35℃的抗剪强度均大于1.0 MPa，60℃的抗剪强度也接近1.0 MPa，破坏面位于黏结层。沥青混凝土与C30 混凝土之间的环氧沥青黏结层，20℃条件下抗剪强度大于1.0 MPa，破坏面位于黏结层；35℃条件下，抗剪强度为0.76 MPa，剪切破坏发生在沥青混凝土界面，这就意味着环氧沥青的黏结力大于被黏结对象（沥青混凝土）的强度；60℃条件下的强度为0.32 MPa，沥青混凝土已经破坏。从表1 中可以看出，环氧沥青黏结层的抗剪强度不同温度下均高于改性沥青。

2.2 抗拉拔性能

水泥混凝土和沥青混凝土铺装层之间的环氧沥青黏结层抗拉拔试验，试件制作方法和剪切试验相同，不同的是采用了圆柱形拉拔试件。即：固化成型后采用100 mm 直径的钻心机钻取圆柱形试件，在规定温度下进行拉拔试验，试验结果见表2。

表2 黏结层拉拔强度试验结果[1]

由表2 中的试验结果可见，组合1 中，在20℃和35℃温度下环氧沥青的黏结力均大于1.0 MPa，60℃温度下的黏结强度也接近1.0 MPa，改性沥青黏结料20℃的拉拔强度为0.66 MPa，均大于力学计算得出的层间竖向最大拉应力0.633 MPa。而改性沥青黏结料在大于35℃温度下的拉拔强度却低于层间竖向最大拉应力。

组合2 中，在20℃温度下的环氧沥青黏结层的拉拔强度为0.94 MPa，改性沥青黏结层的拉拔强度为0.65 MPa，也能满足最大拉应力要求。但35℃以上时拉拔强度则较小，其破坏面位置在沥青混合料界面。实际上，在这一温度条件下检测到的数据是沥青混合料中结合料的强度，而非黏结层的黏结力（聚合物改性沥青混凝土抗拉强度试验数据为：20℃时 1.29 MPa，25℃时 0.51 MPa，35℃时 0.26 MPa；C30～C50 混凝土的抗拉强度为1.7～2.4 MPa）。在60℃情况下试件已经破坏，不能完成拉拔试验。

从组合1 的试验结果来看，环氧沥青黏结料在各种温度条件下的黏结强度均大于或接近于1.0 MPa，而聚合物改性沥青的黏结力都远小于前者。事实上，环氧沥青混凝土试件在常温下的抗拉强度大于1.5 MPa[1]，且随温度的改变，强度变化较小。说明环氧沥青黏结材料在用于防水黏结层时，黏结力优势更加明显。

3 应用实例

2011 年8 月，太原机场快速路高架桥二标段采用环氧沥青防水黏结层28 000 m2。2012 年9 月，太旧高速公路武宿立交桥桥面大修工程采用环氧沥青防水黏结层24 000 m2。使用效果良好，至今桥面无任何病害。尤其是武宿立交桥，在重载交通条件下使用6 年，保持了良好的使用效果。2013 年在重庆“涪- 丰- 石”高速公路采用环氧沥青防水黏结层170 000 m2，通车5 年来桥面结构未发生早期损坏现象，使用状况良好。2014 年在京港澳高速公路石家庄绕城段改扩建工程中，用于滹沱河大桥等4 座桥梁的桥面防水黏结层，到目前已运营4 年多，使用状况完好。

4 结语

环氧沥青防水黏结层是一种很好的桥面功能层，有利于沥青混凝土桥面铺装和水泥混凝土铺装层之间的充分结合，确保桥面铺装层与下承层形成共同受力体，延长桥面铺装层的使用寿命。同时，还有利于提高桥面铺装层的防水性能，既保护桥面铺装自身不受水的破坏，也对桥梁结构起到很好的保护作用，延长桥梁主体结构的使用寿命，提高了桥梁服务水平，减少了桥面及桥梁结构维修养护费用。