不同冻融周期下钢桥面铺装结构环氧沥青粘结剂性能研究

李稳 秦立龙 潘 登 刘英杰

（山东东方路桥建设有限公司，山东 临沂 276002）

0 引言

随着我国桥梁建设标准的提高，桥面铺装材料的质量和使用期限越来越受到关注[1]。大量研究和试验证明，环氧沥青粘结剂具有非常好的粘结性，可以广泛用于浇注式沥青混合料铺装体系，提升桥梁后续的使用质量，并节约后续大量的桥梁养护成本[2-3]。气候、温度等自然环境的变化对环氧沥青粘结剂的性能有较大影响，但常见的环氧沥青粘结剂性能评价较少关注这项指标[4-6]。本文通过分析不同冻融循环次数下的环氧沥青防水粘结层的界面粘结性能，判定气候、温度变化对于环氧沥青粘结剂性能的影响。

1 工程概况

某桥梁位于山东省临沂市临临高速段，多年平均气温14.8℃，1月平均气温-2.6℃，极端最低气温-14.8℃，温度差异较大对钢桥面铺装有极大的不利影响，极易导致桥面出现开裂、车辙、脱层等工程病害。该桥梁钢桥面铺装防水粘结层采用环氧沥青粘结剂，该体系由主剂、固化剂、基质沥青3种材料构成；铺装上层采用40mm高粘性沥青玛蹄脂混合料SMA-13；铺装下层采用40mm浇注式沥青混合料GA；此摊铺结构能很好地适应对钢桥面铺装的防水要求，可以有效地保护桥梁的耐久性和抗臭氧性能，同时可以提高桥梁的使用寿命。

2 环氧沥青粘结剂原材料分析

2.1 环氧树脂技术要求

环氧树脂包含A（主剂）和B（固化剂）两个组分，其质量比为56∶44。环氧树脂的性能需要满足JT/T1131—2017《钢桥面铺装冷拌树脂沥青》规范中的要求，选择的环氧树脂主剂和固化剂的技术要求如表1 和表2所示。

表1 环氧树脂主剂的技术要求

表2 环氧树脂固化剂的技术要求

2.2 沥青性能分析

选择热拌沥青作为试验对象，具体的试验项目及试验结果如表3所示。从试验结果来看，本次试验选用的沥青性能满足规范要求。

表3 沥青性能试验结果

3 环氧沥青粘结剂试件成型与性能研究

3.1 试件成型

采用旋转压实仪制作环氧沥青粘结层试件（见图1所示），步骤如下：

图1 按规范成型的试件

（1）圆形钢板试件尺寸：Φ100mm×15mm，打磨光滑洁净；

（2）环氧沥青防水粘结层的主剂和固化剂同时放入30℃烘箱中养护2h，按50∶50的比例混合搅拌3min，按照0.4kg/m2均匀涂布到钢板上；

（3）将钢板水平放置室温养护到干，表面清洁度Sa-2.5级，粗糙度60～100；

（4）将钢板放入旋转压实模具底部，165℃下倒入热拌沥青，做40mm浇筑式沥青，制备旋转压实125次成型高度为63.5mm试件；

（5）试件室温养护1d后脱模，再将试件放入60℃烘箱中养护4d至试件完全固化[7]。

3.2 试件抗拔性能分析

为模拟实际工程施工环境，更好地评价环氧防水粘结层材料经历不同冻融周期（-20℃-8h，105℃-8h）后性能变化，选取经历不同周期（0次、2次、4次、6次、8次）的环氧防水粘结层试件测试拉拔强度，拉升速度500mm/min。样品标号为1#、2#、3#、4#、5#。实验结果如图2所示。

图2 不同冻融周期的拉拔试验结果

根据试验结果可知：随着冻融次数的增多，防水粘结层的强度显著下降。试件被拉伸的程度增加。

3.3 试件剪切性能分析

选取经历不同周期（0次、2次、4次、6次、8次）的试件，样品标号为1#（0次）、2#（2次）、3#（4次）、4#（6次）、5#（8次）。将不同冻融周期的试件在25℃温度下进行剪切性能实验（见图3所示），选择万能材料试验机进行试验。将试件置于试验模具中，开动万能材料试验机匀速加载直至破坏，记录破坏时的最大荷载值，准确至0.01kN，破坏位置观察界面情况确定。剪切完成，测试从恒温箱中取出试件至测出最大荷载值的时间，不超过120 s。并及时测量钢板的长宽，准确至0.1mm。

图3 剪切试验示意图

根据试验结果（见图4、图5所示）可知：试件的破坏情况全部为混合料内部断裂，剪切试验结果有效。且随着冻融时间和次数的增加，环氧树脂防水粘结层试件的剪切强度下降。

图4 不同冻融周期试件的剪切数据

图5 不同冻融周期试件的破坏界面

3.4 试件粘结强度分析

选取经历不同周期（0次、2次、4次、6次、8次）的试件，样品标号为1#（0次）、2#（2次）、3#（4次）、4#（6次）、5#（8次），进行粘结强度试验（见图6所示）。

图6 混合料与下部结构之间的粘结强度测试

由试验结果（见图7、图8所示）可知：试件的破坏点均为沥青混合料内部，试验数据有效，且随着冻融次数和时间的增加，粘结程度下降。

图7 不同冻融周期试件的拉拔数据

图8 不同冻融周期试件的破坏界面

3.5 试件防水性能分析

为讨论该试件是否具有良好的不透水性，使用粘层渗水仪测试其抗渗水性能，对比分析不同冻融周期下防水粘层材料抗渗水性能的优劣。选取经历不同周期（0次、2次、4次、6次、8次）的试件，样品标号为1#（0次）、2#（2次）、3#（4次）、4#（6次）、5#（8次），进行渗水试验。

由试验结果（见表4所示）可知：随着冻融次数和时间的增加，试件在6～8次冻融循环后，开始渗水。

表4 渗水试验结果

4 结束语

本文通过试验研究环氧沥青粘结剂经历不同冻融周期后性能的变化情况，研究结论如下：（1）随着冻融次数的增多，环氧树脂粘结剂作防水粘结层的试件强度呈现明显的下降状态，试件拉伸率增加；（2）随着冻融次数的增多，环氧树脂粘结剂作防水粘结层的沥青混合料试件粘结强度、剪切强度均下降，冻融周期为6次、8 次的试件开始出现渗水情况。该结论对钢桥面铺装施工质量的提升以及施工现场的后期维护都有积极的意义。