RBS水性环氧沥青桥面防水粘结层试验研究及应用

罗国伟

(山西交通建设监理咨询集团有限公司 太原市 030012)

0 引言

目前在混凝土桥梁中使用较多的防水粘结层材料是水性沥青基材料，该种材料虽然具备一定的防水性能，但其在喷涂的施工过程中，极易受到施工机械的破坏且不宜察觉，严重影响防水层的完整性，造成不可修复的破坏[1-2]。因此，研究新型桥面防水粘结层材料势在必行。

水性环氧沥青是在石油沥青及环氧树脂的基础上，以水为介质，添加一定助剂复合而成的高性能材料。已有研究表明[3-5]该种防水材料整合了环氧树脂与沥青的综合性能，高温下热固性及耐腐蚀性强，低温下仍能确保足够的柔韧性，应用在桥面防水粘结层中可有效切断上层路面水分入侵，并具备优异的粘结性能。但目前环氧沥青在我国桥面防水层中的应用尚不成熟，对其性能要求、试验方法缺乏系统的规范标准，其在工程中的实际应用效果缺乏有效论证。

选用RBS水性环氧沥青作为混凝土桥面铺装的防水粘结层材料，通过室内试验对其防水粘结性能进行了试验研究，并进行了工程应用。

1 室内试验

1.1 试验材料

水性环氧沥青：采用广东双虹防水保温工程有限公司生产的RBS水性环氧沥青防水材料，其为黑褐色液体，相关技术指标检测结果见表1。

表1 RBS水性环氧沥青防水材料主要性能指标

1.2 试验方案

RBS水性环氧沥青防水粘结层的粘结性能采用40°斜面剪切试验及拉拔试验进行试验检测。试件制备过程如下：

(1)选用车辙板模具制备3.5cm厚的水泥混凝土板，待试件标准养护28d后对其表面刷毛并清除浮浆确保试件表面平整洁净。

(2)在整平及清理后的水泥混凝土板上分别洒布0.7～1.0kg/m2水性环氧沥青防水涂料。

(3)防水涂料洒布完成后对试件进行常温养护，待干燥后，加铺SMA-13型沥青混合料(5cm厚)，并采用轮碾机碾压成型。

(4)沥青面层铺装完成后对试件室温养护48h，钻芯取样进行剪切与拉拔试验。

2 室内试验结果分析

2.1 抗剪强度试验

抗剪强度测试采用40°斜面剪切试验，试验温度分别为20℃、40℃，试验仪器采用剪切与拉拔综合测试仪(东南大学研制)[6]，防水层粘结面的正应力设定为0.15MPa，并以10mm/min速率进行加载。试验测定不同类型防水粘结层材料在不同洒布量下的剪切强度，结果如表2所示。

表2 防水粘结层剪切试验结果

由表2及图1所示试验结果可知，常温条件20℃时，不同洒布量下，各种防水层材料的抗剪强度大小为：RBS水性环氧沥青>橡胶沥青>SBS改性沥青>改性乳化沥青。其中不同洒布量下的橡胶沥青与RBS水性环氧沥青剪切强度相当，前者略低于后者。当洒布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2时，RBS防水层的剪切强度呈先增大后减小的趋势。当洒布量为0.9kg/m2时，剪切强度最大，分别达到了0.83MPa(20℃)、0.66MPa(40℃)。

图1 不同防水粘结层材料的抗剪强度(20℃)

由表2及图2所示试验结果可知，高温条件40℃时，不同洒布量下的RBS防水层的剪切强度均远远大于SBS改性沥青与改性乳化沥青。在洒布量为0.9kg/m2时，RBS防水粘结层的剪切强度要优于橡胶沥青，其他洒布量下的剪切强度要稍劣于橡胶沥青，但差距不大，表明RBS水性环氧沥青防水粘结层在常温及高温下均具有优异的抗剪切性能。

图2 不同防水粘结层材料的抗剪强度(40℃)

2.2 抗拉强度试验

拉拔试验仪器采用剪切与拉拔综合测试仪(东南大学研制)，试验分别在20℃及40℃的温度条件下进行，并以0.5kN/min的速度进行加载。试验结果如表3所示。

表3 防水粘结层拉拔试验结果

由表3及图3可知，常温条件20℃时，不同洒布量下，各种防水层材料的拉拔强度大小为：RBS水性环氧沥青>橡胶沥青>SBS改性沥青>改性乳化沥青。其中，不同洒布量下，RBS平均抗拉强度分别达到了SBS改性沥青与改性乳化沥青的3.2及1.9倍，橡胶沥青与RBS水性环氧沥青拉拔强度相当，前者略低于后者。

图3 不同防水粘结层材料的抗拉强度(20℃)

由表3及图4可知，高温条件40℃时，不同洒布量下，RBS防水粘结层的拉拔强度优势更加明显，其平均拉拔强度分别是橡胶沥青、SBS改性沥青与改性乳化沥青的1.6倍、4.9倍及3.1倍。

图4 不同防水粘结层材料的抗拉强度(40℃)

常温20℃及高温40℃条件下，RBS防水粘结层在洒布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2的情况下，抗拉强度均呈现出先增大后减小的趋势，均在洒布量为0.9kg/m2时达到峰值，分别为0.70MPa(20℃)、0.63MPa(40℃)。试验表明RBS水性环氧沥青防水粘结层在常温及高温下均具有优异的粘结性能。

2.3 不透水性试验

防水性能采用不透水性试验进行检测，参照相关规范标准制备试件进行试验。试验仪器为不透水仪，试验水温为20℃±5℃、测试水压力范围为0.1～0.3MPa，测试时间30min。试验结果如表4所示。试验结果表明RBS防水粘结层具有较好的不透水性能。

表4 防水粘结层的不透水试验结果

3 工程应用

3.1 工程概况

某公路桥梁全长155m，上部结构采用预应力混凝土连续箱梁，跨径组成为30m+50m+75m，桥面铺装采用4cm+4cm的SMA型沥青混合料，采用RBS水性环氧沥青作为桥面防水粘结层材料，洒布量为0.9kg/m2，施工现场所采用材料类型均同室内试验。施工现场对桥面防水粘结层施工工艺进行了严格控制，并采用自动检测设备对防水粘结层的相关性能进行了检测与分析。

3.2 防水粘结层施工要点

(1)施工条件

施工前应确保桥面板达到足够强度，并且平整、干燥、洁净。防水粘结层洒布时的室外温度应大于10℃，并避免雨雾天气施工。

(2)桥面清理

施工前应对桥面的杂物及灰尘进行清理，采用打毛机清除表面浮浆，侧面浮浆采用人工清理，最后采用钢丝清扫车再次清扫并及时封闭交通。

(3)RBS水性环氧沥青洒布

采用高压无气喷涂设备进行洒布，对于路缘石及中央护栏等构造物的垂直面等不宜洒布地方可进行人工补涂，防水粘结层施工完成并干燥后，应立刻进行沥青混合料的摊铺及碾压，并确保摊铺温度>170℃。

3.3 现场剪切强度测定

防水粘结层及桥面铺装施工完成并养护7d后，采用电动剪切仪对防水粘结层进行水平直剪试验测定剪切强度，现场检测时的温度为26℃，水平剪切强度达到了0.651MPa，满足规范≥0.4MPa(25℃)的要求，表明RBS水性环氧沥青防水粘结层具有较好的抗剪切性能。由于室内试验采用的40°斜面剪切试验，并且测试温度低于施工现场，所以施工检测结果小于室内试验结果。

3.4 现场拉拔强度测定

待防水粘结层及桥面铺装施工完成并养护7d后，施工现场采用拉拔仪测定了抗拉拔强度，检测时的温度为26℃，测得防水粘结层最大拉拔强度为0.67MPa，由于检测温度不同，施工现场所测拉拔强度略低于室内试验20℃时所测值，但检测结果较好地满足规范≥0.4MPa(25℃)的要求，表明RBS水性环氧沥青防水粘结层具有较好的粘结性能。

3.5 持续观测

该预应力混凝土连续箱梁桥梁在通车后的三年内对其进行了持续的观测，观测期间内该桥梁经历了频繁的高温及暴雨天气，并承受了复杂的行车荷载，但观测结果表明：该桥梁在采用RBS水性环氧沥青作为桥面防水粘结层后，检测期间桥面铺装层平整度好，无裂缝、推移及拥包等现象产生，桥面板未检测到渗水，表明RBS水性环氧沥青桥面防水粘结层的实际应用效果优异，可进行推广应用。

4 结论

(1)RBS防水粘结层在洒布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2时，其剪切强度呈先增大后减小的趋势，当洒布量为0.9kg/m2时，剪切强度最大，最大值分别达到了0.83MPa(20℃)、0.66MPa(40℃)。

(2)RBS防水粘结层在洒布量由0.7kg/m2增大到1.0kg/m2情况下，抗拉强度均呈现出先增大后减小的趋势，在洒布量为0.9kg/m2时达到峰值，最大值分别达到了0.70MPa(20℃)、0.63MPa(40℃)。

(3)RBS防水粘结层材料的抗剪切及抗拉拔强度均远远优于SBS改性沥青与改性乳化沥青。其抗拉拔强度平均为橡胶沥青1.6倍，20℃时的抗剪切强度优于橡胶沥青。

(4)温度为40℃时，在洒布量为0.9kg/m2时，RBS防水粘结层的剪切强度要优于橡胶沥青，其他洒布量下的剪切强度要稍劣于橡胶沥青，但差距不大。

(5)推荐RBS防水粘结层材料的最佳洒布量为0.9 kg/m2。

(6)工程应用实例表明：混凝土桥梁在采用RBS水性环氧沥青作为桥面防水粘结层后，桥面铺装层平整度好，无裂缝、推移及拥包等现象产生，桥面板未检测到渗水，表明RBS水性环氧沥青作为桥面防水粘结层的实际应用效果优异，可进行推广应用。