Eliminator防水体系在天津机场二期高架桥钢桥面铺装应用中的试验研究

王雪松，王 刚，赵业海

（1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津市 300074；2.中铁一局集团天津建设工程有限公司，天津市 300250）

1 概述

天津机场二期高架桥项目中共有正交异性板钢箱梁2联，面积约5 430 m2。钢箱梁位于弯、斜、变宽且下坡段，桥面铺装采用两层5 cm改性沥青混凝土，防水层采用双层Eliminator防水体系。

该工程桥面受力情况相对复杂，对防水体系的性能要求较高。为避免钢箱梁桥面铺装出现脱层、推移、开裂、坑洞等病害，提高桥面铺装的使用性能，确保桥梁结构耐久性，优化防水体系设计、施工过程中的相关控制参数。结合工程实际，在施工过程中对防水体系开展了优化改进及相关试验的研究。

2 Eliminator防水体系方案优化及结果

2.1 试验目的

有关Eliminator防水体系的文献大多为一般性介绍，针对性较强的差异化研究资料相对缺乏。为确保防水体系的质量能达到设计的相关要求，结合现场实际，调整优化防水体系组成及接触条件并有针对性地开展相关试验，确定Eliminator防水体系调整优化方案，最终实现确保防水体系工程质量效果的目的。

2.2 试验结果及分析

2.2.1 防水体系黏结强度试验

按原设计要求有代表性地在涂装完环氧富锌底漆的钢箱梁顶面选取10个点位进行拉拔试验，验证防水体系黏结层与基底钢板的黏结强度是否满足大于5.0 MPa的设计要求。

试验将配制好的环氧富锌底漆涂布于处理好的钢桥顶面，底漆完全固化后用专用胶将直径50 mm的拉头粘于其顶面。待专用胶完全固化后通过拉力试验机测试其拉拔力，试验示意图如图1所示。试验加载速度为10 mm/min，黏结强度σ按式（1）计算：

式中：F为轴向拉拔力，N；S为拉头截面面积,mm2。

图1 黏结强度试验示意图

拉拔试验测得的黏结强度结果见表1。

由表1可知，涂装环氧富锌底漆与钢箱梁顶面的黏结强度均较小，合格率仅为60%。因此需要调整涂装底漆方案，以满足黏结强度达到设计要求。

表1 环氧富锌底漆涂装黏结强度试验结果

为确保防水体系底膜黏结层与钢桥面的黏结强度达到设计要求，结合工程实际有针对性地开展三组对比试验，分析底漆类型、粗糙度等因素对防水体系底膜黏结强度的影响。试验分组具体情况见表2。

表2 防水体系黏结层优化试验分组表

三组优化试验测得的黏结强度结果分别见表3～表 5。

表3 分组一试验的黏结强度结果

表4 分组二试验的黏结强度结果

表5 分组三试验的黏结强度结果

由表3～表5可知，分组一、分组二黏结强度的合格率为70%，黏结强度均有小于5.0 MPa的情况出现，无法满足防水体系黏结强度的设计要求。分组三黏结强度为11～13 MPa，均大于5.0 MPa，满足设计要求。

试验结果表明：环氧富锌底漆与钢箱梁表面黏结程度不高，而Zed S94底漆与钢箱梁表面之间的黏结效果相对理想；钢箱梁顶面粗糙度为40～60 μm时防水体系底膜的黏结强度不能完全满足要求；采用喷砂除锈后粗糙度达到50～100 μm时，防水体系底膜与钢箱梁顶面的黏结效果较好。因此为提高Eliminator防水体系底膜黏结层的黏结强度，需同时改善底漆类型及钢桥面粗糙度。

2.2.2 时间对防水体系性能的影响

钢桥面沥青混凝土铺装施工过程中，由于受施工周期、工作面受限等因素的影响，很难做到及时连续摊铺。因此分析时间对防水体系底膜黏结层强度的影响具有重要意义。

试验方案：将三组（每组试件数量为4个）型式为Zed S94专用底漆+粗糙度50～100 μm（喷砂除锈）防水体系的底膜黏结层刷涂在钢板上，6℃温度条件下分别养护 0 h、8 h、16 h、24 h 后，在12℃的环境温度下将钢制拉拔头与黏结层紧密连接并养护1 h后进行拉拔试验。试验结果如图2所示。

图2 拉拔试验结果对比图

由图2可知，Eliminator防水体系底膜的养护时间小于16 h时，其黏结强度随时间的增长而增大；养护时间大于16 h后，黏结强度略有降低，但均稳定在10 MPa以上。

试验结果表明：Eliminator防水黏结层强度形成的最佳时间在16 h左右，沥青混凝土桥面铺装应在最佳时间范围内完成，不会对Eliminator防水体系底膜黏结层的质量造成不利影响，其黏结强度可以得到保证。

2.2.3 防水体系与沥青混凝土铺装层连接优化试验

原设计沥青混凝土桥面铺装层为5 cm SMA10改性沥青混凝土+改性乳化沥青+5 cm SMA10改性沥青混凝土，防水层与沥青混凝土铺装层之间采用Tack Coat No.2胶黏剂粘贴。

由于机场高架桥桥面为斜、弯、不等宽，铺装层层间受力情况相对复杂，对沥青混凝土铺装与防水体系顶面之间的抗剪黏结性能要求较高。由于 SMA沥青混凝土粗粒料在摊铺以及压实过程中会产生对黏结层的热冲击和物理冲击，厚度仅为2 mm的双层Eliminator防水体系有被粗骨料破坏的风险，从而影响防水层体系基本功能的发挥。

为优化防水体系与沥青混凝土铺装的连接，开展三组对比剪切试验，分析黏结剂、沥青混凝土铺装等因素对其剪切强度的影响。试验具体分组情况见表6，每组试件数量为3个。

表6 防水体系与铺装层连接优化试验分组表

试件采用车辙试样成型机成型后，用万能试验机进行剪切试验，试验示意图如图3所示。试验加载速度为10 mm/min，试件剪应力τ按式（2）计算：

图3 剪切试验示意图

式中：P为所受到轴向压力，N；A为剪切面与水平方向夹角，A=45°；Ss为剪切面面积，mm2。

剪切强度试验结果如图4所示。

图4 剪切试验结果图

剪切试验过程中，分组一防水黏结层的完整情况良好，剪切强度偏低。分组二防水黏结层被碎石刺破，防水层出现破损失效。分组三防水黏结层完整性良好，剪切强度较高。

3 结语

通过以上试验研究，得出以下几点结论：

（1）Eliminator防水体系底模黏结层在钢梁表面粗糙度达到50～100 μm并采用Zed S94专用底漆时，黏结力能达到设计要求。

（2）延迟一定时间施工沥青混凝土桥面铺装对Eliminator防水体系底模黏结层强度的影响不大，实际施工可据此调整进度安排。

（3）采用Eliminator双层防水膜+Tack Coat No.2胶黏剂+改性沥青碎石砂胶（4～7 mm）组成的防水体系具有较好的防护完整性，与SMA10沥青混凝土铺装的层间黏结效果较好。

综上所述，在确保钢梁表面粗糙度达到50～100 μm并使用专用Zed S94底漆的前提下，采用Eliminator双层防水膜+Tack Coat No.2胶黏剂+改性沥青碎石砂胶（4～7 mm）的防水体系优化方案是可行的，试验效果达到预期并满足设计要求。工程实践证明其工程效果良好，对类似工程的设计、施工具有借鉴、指导意义。

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