水泥混凝土桥面铺装防水粘结层研究

张 青 吴维平

(江西赣粤高速公路股份有限公司，江西 南昌 330025)

1 概述

桥面铺装作为世界性难题一直未被彻底解决，特别是混凝土桥面铺装层常见的早期损坏现象，如车辙、推移、开裂、坑槽、脱离等，这些损坏已成为影响高速公路使用功能发挥以及诱发交通事故的一大病害[1]。根据结构分析可知粘结层对桥面铺装结构的应力、应变影响很明显，对桥面铺装的使用耐久性，起到至关重要的作用[2]。

本文为了进一步推广防水粘结层的应用，针对目前常用的SBS改性沥青+碎石、改性乳化沥青、水性环氧沥青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。

2 实验

2.1 原材料

本文选用SBS改性沥青、改性乳化沥青、水性环氧沥青性能指标见表1～表3。

表1 SBS改性沥青性能指标

表2 改性乳化沥青性能指标

2.2 实验方法

本文拟从界面拉拔试验、劈裂试验以及防渗透性能试验三个方面来评价粘结层材料的综合性能。

表3 水性环氧沥青性能指标

2.2.1 拉拔试验

1)利用总厚度为10 cm的车辙试模，在室内成型水泥混凝土板，水泥混凝土板厚度5 cm，待水泥板形成强度后，在表面撒布SBS改性沥青+碎石、改性乳化沥青以及水性环氧沥青三种防水粘结层材料；

2)在粘结层上铺筑5 cm厚的AC-13C混合料；

3)将成型好的复合车辙板进行室内钻芯不取出，芯样直径为100 mm，每个车辙板取芯数量为5个～6个；

4)将拉拔头用环氧树脂粘结在芯样表面上，待树脂固化后，按照一定速率施加竖向拉力F直至粘层破坏，拉拔仪将自动记录过程中的拉拔力峰值。

2.2.2 劈裂试验

为进一步验证三种材料的劈裂强度及冻融之后的劈裂强度，对铺装结构进行了劈裂试验，具体试验过程如下：

1)利用总厚度为10 cm的车辙试模，在室内成型水泥混凝土板，水泥混凝土板厚度5 cm，待水泥板形成强度后，在表面撒布SBS改性沥青+碎石、改性乳化沥青以及水性环氧沥青三种防水粘结层材料；

2)在粘结层上铺筑5 cm厚的AC-13C混合料；

3)将成型好的复合车辙板进行室内取芯，芯样直径100 mm，每块板取芯数量为5个～6个，分为条件(进行冻融循环)与非条件两组；

4)将条件组芯样试件进行冻融条件下的模拟，真空饱水后放入恒温冰箱-18 ℃保持16 h，再将试件置于60 ℃±0.5 ℃水浴中保温24 h；

5)将所有芯样试件在25 ℃±0.5 ℃水浴中保温2 h后进行劈裂试验。

2.2.3 渗水试验

桥面防水粘结层在满足以上性能的同时，必须还要满足防水性能的要求，所以须进行防水渗透试验。试验先按照粘结层的施工过程，在预制的水泥混凝土板上涂抹粘结层材料，待破乳、水分蒸发充分后在粘结层上进行0.5 m静水压试验，在96 h内观察记录水位情况，以此来检验粘结层材料的防水渗透性能。

综上，本文采用的防水粘结层性能评价指标体系见表4，分别从粘结效果、水稳定性、防渗透性能三个方面对不同粘结层材料的性能进行评估。

表4 本项目建立的防水粘结层材料性能评价指标体系

3 实验结果

3.1 粘结强度

通过测试三种粘结材料的层间拉拔强度，对比优选出拉拔性能较好的粘层材料。

三种粘层材料的拉拔强度试验结果如图1所示，从图1中可知，水性环氧沥青拉拔强度最高，改性乳化沥青次之，SBS+碎石强度最低。水性环氧沥青的拉拔强度较SBS+碎石提高25.9%，因此，在拉拔强度来看，水性环氧沥青作为桥面防水粘结层材料使用具有更好的粘结效果。

3.2 水稳定性

为进一步验证三种材料的劈裂强度及冻融之后的劈裂强度，对铺装结构进行了劈裂试验。

表5 冻融劈裂试验结果

劈裂试验结果如表5和图2所示，从劈裂试验结果可知，采用水性环氧沥青作为防水粘结层的劈裂强度最高，其TSR值也最高，而其他两种材料的劈裂强度稍低于水性环氧沥青，但TSR远远低于水性环氧沥青。说明水性环氧沥青具有很好的防水以及抗冻融效果，因此采用此种材料作为桥面防水粘结层，将有利于提高桥面铺装结构的抗水损害能力以及使用寿命。

3.3 防渗透性能

从渗透试验结果来看，改性乳化沥青和水性环氧沥青在经过96 h之后，没有发生渗水现象，渗水系数为0 mL/min，说明这两种材料的防渗效果好；而SBS改性沥青+碎石在不到30 min内，水分完全渗透，渗水系数接近20 mL/min，这主要是因为SBS改性沥青+碎石表面不够致密，从而导致水分容易从空隙中渗透，在实际使用过程中可能导致水泥混凝土面板的侵蚀，影响整体结构的耐久性。因此，从渗水试验可知，水性环氧沥青材料与改性乳化沥青具有更好的防渗透性能。

4 结语

本文通过对SBS改性沥青+碎石、改性乳化沥青以及水性环氧沥青等三种典型防水粘结层材料的粘结强度、水稳定性、防渗透性能进行系统研究，通过对三种材料关键性能的试验评价，得出以下结论：

1)通过拉拔试验、劈裂试验、渗水试验，以拉拔强度、劈裂强度、TSR和渗水系数为指标，建立了防水粘结层材料性能评价指标体系；

2)拉拔试验与劈裂试验结果表明，水性环氧沥青的拉拔强度最高，较SBS改性沥青+碎石可提高25.9%，并且劈裂强度也要高于另外两种粘结层材料，表明水性环氧沥青具有更好的粘结效果；

3)冻融劈裂前后芯样的TSR大小表明，水性环氧沥青的TSR值比另外两种材料提高10%以上，并且表面密实不渗水，因而具有更好的水稳定性和防渗透性能；

4)从拉拔强度、劈裂强度、TSR以及渗水试验结果可知，水性环氧沥青各项性能均优于其他两种材料，因此推荐水性环氧沥青作为桥面防水粘结层材料。