泰州大桥环氧富锌漆及防水粘结层耐高温性能研究

丁志群

（江苏省交通工程建设局，江苏 南京 210005）

1 概述

随着大跨径钢桥在国内的广泛应用，钢桥面铺装层的性能和使用寿命日益受到重视。目前国内已建成使用的大跨径钢箱梁桥面铺装层，绝大多数在没有达到设计使用寿命时，就发生不同程度的推移和脱层等损坏现象［1-2］。调查显示，钢桥面与铺装层的粘结力不足是导致层间脱层破坏的主要原因之一。一旦出现脱层，铺装层将很快发生开裂破坏，进而发生钢板防锈层的破坏，导致空气和水分的侵入，使钢桥面板表面发生锈蚀［3-4］。

环氧富锌漆及防水粘结层是桥面铺装的重要组成部分，铺设在钢桥面板与铺装层之间，具有防锈、防水、粘结的功能。有关研究表明，高温下防水粘结层极易发生破坏，造成防水粘结层失效，进而导致钢桥面铺装破坏［5］。因此防水粘结层除了需要有很好的变形能力、层间结合力、防水防腐蚀性能，还要有良好的耐高温能力。

泰州大桥钢桥面采用“下层浇注式+上层环氧沥青”的铺装结构，下层浇注式沥青混合料的摊铺温度较高，一般会达到200 ℃，故钢桥面的防腐底漆（即环氧富锌漆）以及防水粘结层的耐高温性能是钢桥面铺装体系的薄弱环节。本文以泰州大桥钢桥面铺装为对象，对钢桥面环氧富锌漆以及防水粘结层的耐高温性能进行研究。

2 试验方法与过程

2.1 平钢板试件制作

平钢板试件尺寸为29 cm×29 cm×1.6 cm，经过喷砂除锈处理，使钢板表面清洁度达到Sa2.5级，粗糙度达到Rz40~80 μm。

2.2 环氧富锌漆耐高温性能试验

在处理后的钢板试件表面喷涂环氧富锌漆，控制膜厚在60~80 μm；随后静置至表面完全干燥，进行钢板之间的拉拔强度测试。使用设备为Posit Test附着力试验仪，根据GB/T 5210—2006试验方法进行，具体步骤如下：

（1）23 ℃试验温度［6］下测试环氧富锌漆与钢板之间拉拔强度；

（2）将试件置入60 ℃烘箱保温1 h后，在60 ℃下测试环氧富锌漆与钢板之间的拉拔强度；

（3）将试件置入220 ℃高温炉中保温2 h，然后关闭高温炉并敞开炉门，随炉冷却至23 ℃（约24 h），测试高温老化后环氧富锌漆与钢板间的拉拔强度；

（4）将试件置入60 ℃烘箱里保温1 h后，并测试高温老化后，60 ℃下环氧富锌漆对钢板的拉拔强度；

（5）同上（3）、（4）步骤，将试件置于250 ℃高温炉中保温老化2 h后，分别测试23 ℃和60 ℃条件下环氧富锌漆与钢板间的拉拔强度。

具体试验流程如图1所示：

图1 环氧富锌漆耐高温性能试验流程图

2.3 防水粘结层耐高温性能试验条件

试验所选择的防水粘结层分别为美国Bif环氧沥青防水粘结层和日本Hyper-primer环氧树脂防水粘结层。按照泰州大桥设计要求，分别对处理过的平钢板试件涂刷美国和日本的环氧类防水粘结层，涂布量为0.6~0.68 kg/m2，然后将涂刷过的试件按照2种工况处理：（1）23 ℃静置1 h后，放入220 ℃高温炉里，按照2%的坡度倾斜放置，每隔30 min观察防水粘结层的外观变化和流淌性，置于高温炉内的老化时间共2 h ；（2）23 ℃养生24 h后，放入220 ℃高温炉里，并按照2%的坡度倾斜放置，每隔30 min观察防水粘结层外观变化和流淌性，总共置于高温炉里的老化时间为2 h。试件在220 ℃高温老化2 h后，关闭高温炉并敞开炉门，随炉冷却至23℃（约24h），随后静置1 h，测试23 ℃试验温度下防水粘结层对钢板的拉拔强度。最后将试件置入60 ℃烘箱里保温1 h，并测试60 ℃下防水粘结层对钢板的拉拔强度。

3 试验结果

3.1 环氧富锌漆的耐高温性能

不同温度下环氧富锌漆与钢板的粘结强度试验结果见表1。由表1可以看出，老化后抗拉拔强度比老化前均有下降，其中23 ℃试验温度下，250 ℃老化后的拉拔强度与220 ℃老化后的相比反而提高。其断裂面显示，250 ℃老化后，环氧富锌漆上表层断裂；无论老化前还是老化后，其断裂面基本都在环氧富锌漆自身。

表1 环氧富锌漆与钢板的拉拔强度试验结果

需要指出的是，环氧富锌漆老化后对钢板的粘结强度虽未出现明显下降，但已经出现颜色明显变淡的现象。

3.2 防水粘结层耐高温性能

（1）美国环氧沥青粘结层

图2为美国环氧沥青在2%的坡度， 220 ℃高温下经过不同时间的外观变化，可以看出刚涂布好，表面色泽未出现明显变化；30 min后，出现了比较明显的流淌；90 min后，环氧沥青基本已经成表干状态，不再具有流淌性。

图2 美国环氧沥青防水粘结层在220 ℃、2%坡度下不同时间的状态

表2为220 ℃老化前后环氧富锌漆钢板组合件的拉拔强度试验结果，可以看出：①环氧沥青在老化后，无论是23 ℃、60℃，其粘结强度损失较大，其中23 ℃强度损失率达到80%，60 ℃损失率达到50%以上；②无论老化前，还是老化后，相同温度下的拉拔断裂面都一致，见图3。

表2 美国环氧沥青粘结层在不同条件下的拉拔强度试验结果

图3 美国环氧沥青老化120 min后拉拔试验

（2）日本环氧树脂粘结层

日本环氧树脂原为透明色，23 ℃养生1 d后，基本指干。220 ℃高温老化过程中，很快出现流淌，不均匀变色、鼓包等现象，见图4。主要特点如下：①220 ℃高温环境下，很快泛黄并伴有不均匀变色的特征；②在60 min后出现表干状态，基本不再具有流动性；③120 min后，出现黑黄不均的外观，表面伴有微细条纹、局部脱皮和鼓包现象，但其材质已经变硬，有一定的强度。

图4 日本环氧树脂防水粘结层在2%坡度、220℃下不同时间的状态

日本环氧树脂粘结层虽然在老化过程中出现较明显的不均匀变色和鼓包现象（图5），但其强度相比美国环氧沥青防水粘结层没有明显的劣势，尤其是其老化后23 ℃拉拔强度达到3.09 MPa，比美国环氧沥青的还要大（表3）。

表3 220 ℃日本环氧树脂老化2 h后在不同温度下的拉拔强度试验结果

图5 日本环氧树脂防水粘结层老化后拉拔试验

4 粘结层对比分析

（1）美国环氧类防水粘结层静置1 h，日本环氧类防水粘结层养生1 d。

从以上结果看，日本环氧类粘结层在老化后虽出现明显不均匀变色等异常现象，但其粘结强度试验结果相对美国环氧沥青却未出现明显的相对劣化，故本文对美国、日本的环氧类粘结层进行了进一步试验分析。

本文对老化后的美国、日本环氧类防水粘结层试件，分别进行60 ℃养生1 h和24 h的拉拔试验，结果见表4。美国环氧沥青在养生24 h的时间后，其强度有所增长，而日本环氧树脂其强度已经没有明显变化。

表4 美国、日本环氧类防水粘结层拉拔强度试验结果

（2）美国环氧类防水粘结层养生1 d，日本环氧类防水粘结层静置1 h。

将美国环氧类防水粘结层和日本环氧类防水粘结层的养生时间进行调整，即日本环氧类防水粘结层涂布后静置1 h，美国环氧类防水粘结层涂布后23 ℃养生1 d，随后置入220 ℃高温炉里老化2 h，炉冷却后，测试其在23 ℃试验温度和60 ℃下与钢板间的拉拔强度，试验结果见表5。

表5 美国、日本环氧类防水粘结层在高温老化后防水粘结层拉拔强度

5 结论

（1）防水粘结层有着“承上启下”的作用，防水体系的破坏会直接引起桥面铺装层的整体破坏，应充分认识防水体系设计的重要性，根据实际情况选择出适合的防水材料；

（2）环氧富锌漆在220 ℃老化前后，强度损失不大，但其颜色出现明显变化；

（3）美国环氧沥青防水粘结层在2%坡度、220 ℃条件下，出现明显流淌，约90 min后，失去流动性；在220℃老化后，强度损失较大，其中23 ℃温度下强度损失率达到80%，60 ℃损失率达到50%以上；

（4）日本环氧树脂防水粘结层在2%坡度、220 ℃条件下，出现明显流淌、颜色泛黄泛黑、不均匀变色，出现微细条纹、局部脱皮和鼓包的现象，约60 min后，失去流动性；

（5）日本环氧树脂防水粘结层的拉拔强度试验结果显示，其老化后强度相对美国环氧沥青没有劣势。

［1］ 任艳，刘细军.不同钢桥面铺装粘结层材料性能研究［J］.城市道桥与防洪，2014（6）：286-288.

［2］王胜，叶奋，武金婷，等.钢桥面环氧沥青防水粘结层耐久性影响分析［J］.华东交通大学学报，2012（29）：39-42.

［3］陈志一.大跨径正交异性钢桥面铺装防水粘结剂层研究［D］.西安：长安大学，2008.

［4］于力.环氧沥青在大跨径钢桥面粘结层中的应用研究［J］.公路，2004（3）：56-59.

［5］赵国云，王军.钢桥面铺装防水粘结层常见病害类型与设计应考虑的因素［J］.道路与桥梁防水，2014（24）：42-48.

［6］GB/T 30598—2014道路与桥梁铺装用环氧沥青材料通用技术条件［S］.