桥面防水粘结层性能对比研究

2016-09-14 07:31詹桂超
公路与汽运 2016年4期
关键词:冻融抗剪桥面

詹桂超

(佛山市交通运输工程质量监督站,广东佛山 528041)

桥面防水粘结层性能对比研究

詹桂超

(佛山市交通运输工程质量监督站,广东佛山 528041)

分别对SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青、日本TAF防水粘层油等3种不同粘结层材料进行基本性能对比研究,通过成型“水泥板+防水粘结层+沥青砼”复合试件进行室内剪切试验、拉拔试验,模拟行车荷载对城市高架桥铺装结构的破坏,探索不同粘结剂用量、不同温度及冻融对防水粘结层的影响,确定各防水粘结剂最佳用量。

桥梁;桥面;防水粘结层;抗剪强度;抗拉强度;冻融循环

在桥面铺装结构中,防水粘结层起承上启下的作用,决定桥面铺装是否具有良好的路用性能。大量工程经验表明,城市高架桥的铺装结构破坏很大原因来自于沥青砼与水泥桥面之间防水粘结层的损坏。中国对桥面铺装粘结层的研究才起步,对其各方面的研究仍不完善,防水粘结层的使用主要依靠工程师的使用经验,缺乏科学理论依据。该文针对目前常用的日本TAF环氧粘层油、SBS改性沥青及SBR改性乳化沥青3种防水粘结层材料进行基本性能质量检验和室内模拟试验分析,研究其路用性能,为防水粘结层的使用提供科学依据。

1 防水粘结剂基本性能分析

目前,中国对桥面铺装粘结层的评价方法尚无具体规范,各单位采用的评价方法也不尽相同。下面主要对防水粘结剂的高温耐热性、低温柔韧性、耐酸碱性、不透水性等基本性能进行分析研究。

1.1高温耐热性

为保证防水粘结层在铺筑沥青砼时受到高温作用不至于流淌而影响其路用性能,防水粘结层需拥有良好的高温耐热性。

将粘结层涂刷于制好的水泥板上,室温下平放7d,分别在160℃下加热30min及在180℃下加热2h,观察水泥板表面的粘结层是否有流淌、粘手、软化、气泡等现象,试验结果如表1所示。从表1来看,SBR改性乳化沥青高温耐热性能不及其他粘结剂,其他两种粘结剂的高温性能都非常好。

表1 防水粘结层材料高温耐热性试验结果

1.2低温柔韧性

为提高桥面铺装层的低温抗裂性,防止低温收缩导致铺装上下层脱离,防水粘结层需具备一定的低温柔韧性。

在牛皮纸上涂抹防水粘结层,室温下放置7d后,剪切成25mm×120mm试件分别放置于-20、-10、-5℃环境中冰冻2h,并将试件用金属棒在2 ~3s内弯曲至180°,观察有无裂纹出现,试验结果如表2所示。

由表2可知:3种防水粘结剂的低温柔韧性均符合要求,其中SBR改性乳化沥青的最好。

表2 防水粘结层材料低温柔韧性试验结果

1.3耐酸碱性

由于外界环境的不确定性,防水粘结层在使用期间可能会遇到酸碱性物质致使其原有性能发生破坏,因而需对防水粘结层进行耐酸碱性检测。

在水泥板上涂抹防水粘结层并在室温下放置7 d,然后分别浸泡在配置好的2%氢氧化钠溶液和2%硫酸溶液中15d,观察是否有剥落、坑槽、气泡等现象,试验结果如表3所示。

表3 防水粘结层材料耐酸碱性试验结果

由表3可知:各防水粘结剂的耐酸碱性良好,符合使用要求,其中SBR改性乳化沥青及5%SBS改性沥青的耐酸碱性稍好于日本TAF环氧粘层油。

1.4不透水性

良好的防水性是防水粘结层的主要性能之一,而且由于在防水粘结层上铺筑沥青混合料可能导致防水粘结层破坏,要求防水粘结剂在具有一定抗破损能力的基础上具有良好的防水性能。

采用“水泥砼+防水粘结层+沥青砼”的室内模拟试件,使用路面渗水仪检测在57cm水柱下经过30min后另一面是否渗水。试验结果表明:3种防水粘结层均无渗水情况发生,均表现出优良的不透水性。

2 路用性能检测

对已发生破坏的桥面铺装进行分析,发现防水粘结层破坏的主要原因是其粘结强度不足。因此,采用直剪试验和拉拔试验测定防水粘结层的抗剪强度与抗拉强度,评价其粘结性能。

城市高架桥多为水泥砼桥体上铺装沥青砼桥面,故在水泥砼板上涂抹防水粘结层并铺设沥青混合料成型复合试件进行室内试验,沥青砼选用AC -13型。

2.1剪切试验

为模拟汽车行驶时对路面的剪切作用,进行直剪试验,剪切速率为50mm/min。温度对防水粘结层有巨大影响,不同温度下其抗剪强度差别较大,而且不同材料的温度敏感性也不尽相同。同时防水粘结层的厚度对其抗剪强度也有较大影响。因此,对不同粘结层厚度、不同温度下的防水粘结层进行抗剪强度分析,粘结层厚度选用0.5、1.0、1.5、2.0 mm,考虑到夏季高温环境的不利影响,温度选择25 和60℃。25和60℃下不同粘结层厚度防水粘结层剪切试验结果如表4所示。

由表4可知:在同一温度下,3种防水粘结层材料的抗剪强度都随着粘结层厚度的增加先上升后下降,并且不同粘结层材料都存在一个最佳粘结层厚度,SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青及日本TAF环氧粘层油的最佳粘结层厚度分别为1.5、1.5和1.0mm。

表4 不同温度下不同粘结层厚度防水粘结层的抗剪强度

图1为25、60℃下不同防水粘结层在各自最佳厚度下的抗剪强度。从中可见:抗剪强度为SBR改性乳化沥青<5%SBS改性沥青<日本TAF粘层油;随着温度的升高,粘结层的抗剪强度大幅度下降,60℃下的抗剪强度仅为25℃的30%左右。

图1 不同温度下各防水粘结层最佳厚度时的抗剪强度对比

2.2拉拔试验

桥梁在汽车荷载作用下会产生振动,如果防水粘结层与上下层的粘结强度不足,会影响桥面受力,降低铺装的整体疲劳寿命。下面采用拉拔试验确定防水粘结层与上下结构的粘结强度,研究铺装层之间的粘结受力情况。

试件按照“水泥板+防水粘结层+沥青砼”成型,并用钻芯机钻取直径为100mm芯样,上下表面用AB胶粘结拉头,待AB胶完全固化后以150N/s的拉拔速度进行拉拔试验,直至芯样发生破坏。分别在25、60℃下对防水粘结层最佳厚度时的试样进行拉拔试验,试验结果如表5和图2所示。

表5 不同温度下各防水粘结层最佳厚度时的层间抗拉强度

图2 不同温度下各防水粘结层最佳厚度时的层间抗拉强度

由表5和图2可知:3种防水粘结层材料在相同温度下的拉拔强度相差较大,为SBR改性乳化沥青<5%SBS改性沥青<日本TAF粘层油,且都随着温度变化有较大改变,高温不利环境下的拉拔强度仅为常温下的20%左右。因此,在高温环境下应对车流量及行车荷载进行管制,降低重载交通。

3 冻融对防水粘结层的影响

在中国大部分地区,尤其是北方城市,春、秋天降雨量较大而冬天气温较低。如果雨水没有及时从桥面排除,在冬季气温较低时,水分会在桥面铺装结构内部冻结,待春季气温回升后形成冻融,加上雨季的侵蚀,会降低防水粘结层的抗剪、抗拉强度,进而降低铺装结构的疲劳寿命。

通过室内模拟试验分析防水粘结层经过冻融循环后抗剪、抗拉强度的变化。25℃下水浴6h,然后-18℃下冰冻24h为一个冻融循环,经过4个冻融循环后,在25℃烘箱中保温6h后进行剪切试验和拉拔试验,分析冻融循环对防水粘结层抗剪、拉拔强度的影响。剪切试验结果如表6、图3所示,拉拔试验结果如表7、图4所示。

表6 冻融对层间抗剪强度的影响

图3 冻融对层间抗剪强度的影响

表7 冻融对层间抗拉强度的影响

图4 冻融对层间抗拉强度的影响

由表6和图3可知:冻融循环对桥面铺装结构层间抗剪强度有明显影响,冻融前后3种防水粘结层材料的抗剪强度都有一定程度降低,冻融后SBR改性乳化沥青粘结层的抗剪强度与残留抗剪强度比较低,其次为SBS改性沥青粘结层,最后为日本TAF环氧粘层油。

由表7和图4可知:冻融循环对桥面铺装结构层间抗拉强度的影响与对抗剪强度的影响相同,冻融后SBR改性乳化沥青粘结层的抗拉强度与残留抗压强度比相对较低,其次为SBS改性沥青粘结层,最后为日本TAF环氧粘层油。

4 结论

(1)SBR改性乳化沥青、SBS改性沥青、日本TAF环氧粘层油3种防水粘结层材料均符合渗水要求,不透水性能良好。

(2)不同防水粘结层都存在一个最佳撒铺厚度,SBR改性乳化沥青和SBS改性沥青均为1.5 mm,日本TAF环氧粘层油为1.0mm。

(3)温度对防水粘结层的抗剪、抗拉强度影响很大,随着温度的升高而降低,其中SBR改性乳化沥青防水粘结层的抗剪、抗拉强度相对较差,其次为SBS改性沥青粘结层,日本TAF环氧粘层油最高。

(4)冻融后防水粘结层的抗剪、抗拉强度有一定程度降低,SBR改性乳化沥青防水粘结层较低,其次为SBS改性沥青粘结层,日本TAF环氧粘层油最高。冻融对3种防水粘结层的影响差别不大。

(5)根据试验结果,综合考虑价格因素,SBR改性乳化沥青作为防水粘结层性能相对较差,SBS改性沥青防水粘结层性价比最高;日本TAF防水粘层油的价格较高,一般城市高架桥不推荐使用,但其各项性能都很好,且冻融对其影响较小,建议在交通量、荷载较大地段及北方冻融较严重地区使用。

[1] 程道虎,韩森,李娜,等.混凝土桥面防水粘层材料最佳用量与层间抗剪强度分析[J].世界桥梁,2010(2).

[2] 李海池.混凝土桥面防水粘结材料性能研究[D].西安:长安大学,2011.

[3] 苏新国,颜赫,鲁圣弟,等.沥青路面层间粘结效果影响因素[J].长安大学学报:自然科学版,2013,33(3).

[4] 应荣华,张志勇,姚辉.沥青路面防水粘结层性能分析[J].长沙理工大学报:自然科学版,2007,4(4).

[5] 于颖,张思源.桥面铺装防水粘结层力学性能室内试验研究[J].科技资讯,2009(22).

[6] 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).

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

[8] 王伟.改性乳化沥青桥面防水粘结层材料研究[D].西安:长安大学,2013.

[9] 刘聪慧.几种水泥混凝土桥面防水粘结层性能研究[D].武汉:武汉理工大学,2009.

[10] 陈夏,周浩.沥青混凝土桥面铺装防水粘结层的研究与应用[J].城市道桥与防洪,2012(6).

[11] 柏园.桥面铺装粘结层的研究[D].西安:长安大学,2005.

[12] 马涛,黄晓明,居浩.桥面防水粘结材料性能研究[J].公路交通科技,2007,24(1).

[13] 赵锋军,鲁国烽,陈修和,等.钢桥面铺装环氧树脂防水粘结层施工质量控制[J].公路与汽运,2015(6).

[14] 马尉倘.SAC型橡胶沥青混合料在马房大桥钢桥面铺装中的应用[J].公路与汽运,2014(3).

U443.33

A

1671-2668(2016)04-0186-04

2016-03-15

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