溶劑型粘結劑是根據相似相溶的原理和性能互補的原則,將瀝青與多種高分子樹脂及助劑經特殊工藝溶解于特定的溶劑中, 而形成的一種單組分橋面防水 材料 。它不僅防水性好, 滲透力強 ,而且與水泥混凝土 基層及瀝青混凝土的粘結強度明顯優于國內現有的橋 面防水材料。
2 .2 作用機理 溶劑型粘結劑具有粘度低 、滲透力強的特點, 當它 涂布于水泥混凝土橋面上時 ,就會滲透到橋面的微裂 縫內部,形成致密的網狀結構 ,從而達到防水和與水泥 混凝土粘結的目的;當熱拌瀝青混凝土攤鋪于溶劑型 粘結劑表面時, 防水膜部分熔化,與瀝青混凝土混為一 體,從而實現了橋面與瀝青鋪裝層之間的有效粘結 。
3 性能研究
3 .1 粘度測試
本研究中, 橋面防水材料滲透性能用粘度大小來 評價 。粘度小, 滲透力強 ,反之滲透力弱 。通過對比試 驗,分別測試了改性乳化瀝青與溶劑型粘結劑在常溫 下的粘度 ,測試結果列于表 1 。 測試結果表明:在相同試驗條件下 ,溶劑型粘結劑 的粘度僅為改性乳化瀝青的 1/3 , 說明溶劑型粘結劑 的滲透能力遠遠大于改性乳化瀝青 。
3 .2 防水性能測試
本研究中,橋面防水材料防水性能用滲水速度來表 1 改性乳化瀝青與溶劑型粘結劑的粘度測試結果 s 試件編號 溶劑型粘結劑 改性乳化瀝青 1 16.6 49 .2 2 16 .2 49 .3 3 16 .1 49 .7 4 16 .8 49 .5 5 16 .0 49 .1 平均值 16 .3 49 .4 注:采用涂氏粘度計進行測試;試驗溫度 20 ℃ 評價 ,滲水速度用滲水儀測定 。滲水速度小, 防水效果 好;反之, 防水效果差 。 同樣通過對比試驗, 分別測試了空白水泥混凝土、 改性乳化瀝青、熱瀝青及溶劑型粘結劑在常溫下的滲 水速度,測試結果列于表 2 。
表2 幾種橋面防水粘結劑防水性能測試結果 試件類型 水壓力 / mBAR 滲水速度 /m L· s -1 備注 空白水泥混凝土 504 1.47 ×10 -5 C30 , 1 cm 厚 空白水泥混凝土+ 一層溶劑型粘結劑 502 2.44 ×10 -9 溶劑型粘結劑 用量為 0 .20 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 兩層溶劑型粘結劑 508 0 溶劑型粘結劑 用量為 0 .37 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 三層溶劑型粘結劑 503 0 溶劑型粘結劑 用量為 0 .50 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 一層改性乳化瀝青 509 3.68 ×10 -8 改性乳化瀝青 用量為 0 .40 kg/ m2 空白水泥混凝土+ 一層熱瀝青 507 4.75 ×10 -7 熱瀝青 用量為 0 .41 kg/ m2 以上測試結果表明 , 空白水泥混凝土具有較強的 透水性,涂刷溶劑型粘結劑及瀝青之后的透水性得到 了明顯減弱,但溶劑型粘結劑的效果,乳化瀝青次 之,熱拌瀝青*差。
3 .3 粘結強度測試
橋面防水材料對橋面板的附著力用粘結強度來評價。粘結強度通過測試拉拔力計算得出,拉拔強度 Ψ =P/S , S =πD 2 /4 。其中 P 表示拉拔力, S 表示有效 拉拔面積 , D 表示拉頭的直徑(50 mm)。粘結強度小, 附著力小 ;反之 ,附著力大。通過對比試驗 , 測試了不 同厚度的溶劑型粘結劑及改性乳化瀝青 、熱瀝青與水 泥混凝土之間的粘結強度 ,測試結果列于表 3 。 試驗結果表明, 溶劑型粘結劑與水泥混凝土的“粘 結強度”和溶劑型粘結劑的用量有關 , 隨著用量增大, “粘結強度”降低 ;熱瀝青和乳化瀝青與水泥混凝土的 粘結強度均較低 。因為隨著用量的增大 ,滯留在膜內的少量溶劑尚未揮發干凈 ,膜自身的內聚強度還 未形成,故試件的破壞位置會發生于膜內部, 由此計算 出非溶劑型粘結劑與水泥混凝土橋面之間的界面處的 粘結強度 ,并不能真正反映溶劑型粘結劑在水泥混凝 土上的附著力, 而是反映溶劑型粘結劑自身的抗拉強 度(內聚強度), 而溶劑型粘結劑與水泥混凝土橋面的 附著力要大于此處的粘結強度 。改性乳化瀝青雖然對 水泥混凝土的滲透性較好 ,但由于自身強度太低, 故粘 結強度較低;而熱瀝青對水泥混凝土的滲透性較差 ,界 面結合不夠緊密 ,故粘結強度較低 。
3 .4 組合結構剪切強度測試
橋面鋪裝防水層的使用效果是一個綜合性指標, 既包括防水層與水泥混凝土的粘結性能 , 也包括防水 層的防水性能及其與鋪裝層瀝青混凝土的粘結性能和 剪切性能 。特別是高溫下組合結構的剪切性能指標非 常重要,高溫剪切性能的優劣直接關系到橋面鋪裝是 否會出現脫層和推移等病害 。剪切強度 τ=F/S , S = πD 2 /4 。其中 F 表示剪應力, S 表示有效剪切面積 , D 表示試件的直徑(100 mm)。 本研究中 , 同樣通過對比試驗 , 研究了組合結構 (空白水泥混凝土 +三層溶劑型粘結劑 +5 cmAC16 瀝青混凝土 、空白水泥混凝土 +改性乳化瀝青 +5 cmAC16 瀝青混凝土 、空白水泥混凝土 +熱瀝青 +5 cmAC16 瀝青混凝土)的常溫(25 ℃)和高溫(40 ℃)剪 切性能,測試結果列于表 4 和表 5 。 剪切強度的測試結果表明 ,無論是常溫或高溫 ,三 層溶劑型粘結劑與水泥混凝土及 5 cm AC16 構成的 組合結構的剪切強度明顯高于其余兩種組合結構的剪 切強度。說明作為橋面防水材料, 溶劑型粘結劑能夠 實現橋面與瀝青鋪裝層的有效粘結, 組合結構常溫和 高溫下的剪切性能優良 , 對于減少甚至避免橋面鋪裝的層間推移、脫層等病害是非常有利的 。
4 溶劑型粘結劑在云南安(寧)-楚 (雄)路試驗工程中的應用
云南安楚高速公路K93 +915 大橋及 K95 +815 大橋是兩座水泥混凝土橋梁 ,也是溶劑型粘結劑首次 在云南省的試點工程 ,總面積為 6 000 m 2 左右 。云南 省普遍存在橋面鋪裝層發生推移的現象 , 其原因主要 是鋪裝層與水泥混凝土基層之間的粘結強度不夠, 導 致層間抗剪性能嚴重不足。同時, 又考慮到兩座大橋 的鋪裝下層采用的是防水性能并不突出的 AC -25 型 瀝青混凝土,為了確保鋪裝下層與水泥混凝土橋面實 現有效粘結,提高鋪裝層與橋面的抗剪性能, 并起到良 好的防水效果, 必須適當加大溶劑型粘結劑的用量(厚 度)。整個施工工序分為 3 步進行 :
(1)水泥混凝土基層的處理,水泥混凝土橋面狀況較差,表現為 :平整度差 、浮漿較多、油類物質污染嚴 重等 。進場后首先進行水泥混凝土基層的處理 ,處理 內容包括 :基層浮漿的鏟除、油污的清洗和各類灰塵雜 質的清理 。
(2)溶劑型粘結劑的凃布。考慮到K93 +915 大 橋橋面狀況,溶劑型粘結劑厚度須在 0 .3 mm 左右(量為 0 .5 kg/m 2 左右),由于用量較大, 為了使溶劑充分 揮發 ,將凃布工藝分為 3 次完成, 大致為 :第一次涂布 約0 .25 kg/m 2 , 第二次約 0 .15 kg/m 2 , 第三次約 0 .10 kg/m 2 。
(3)性能檢測。溶劑型粘結劑施工完3 d 后進行 了防水性能的測試。通過測定涂布三層溶劑型粘結劑 的橋面的滲水系數來評價其防水性能。測得的滲透系 數為 0 。測試結果表明 ,溶劑型粘結劑的防水性能優 良。由拉拔力與拉頭面積計算得出的粘結強度在 0 .8 MPa 左右 ,試驗拉頭的破壞位置均發生在溶劑型粘結 劑的內部 ,而不是溶劑型粘結劑與水泥混凝土的界面 處,這與室內試驗基本吻合。
5 結論
(1)作為橋面鋪裝的防水層,溶劑型粘結劑具有 優良的防水性能 ,當其達到一定厚度時 ,橋面的滲水速 度為 0 。
(2)作為橋面鋪裝的粘結層,溶劑型粘結劑與水 泥混泥土橋面板及瀝青混凝土鋪裝的粘結性能良好, 組合結構具有優良的高溫和常溫的剪切性能 ,對于防 止橋面鋪裝的推移、脫層等病害提供了技術保障。
(3)結合安楚公路橋面的實際情況, 選擇了較大 用量(0 .5 kg/m 2)的溶劑型粘結劑作為該試驗工程的 防水層,確保了橋面鋪裝良好的綜合性能。