港珠澳大桥钢桥面MMA防水材料喷涂系统的开发与应用

岳晓文，赵 云，肖 丽

（重庆市智翔铺道技术工程有限公司，重庆401336）

0 引 言

钢桥面铺装在桥梁施工建设中的应用日益广泛，其施工质量直接决定桥梁的使用寿命和安全性能。钢桥面铺装具体工序为：首先在架设好的钢桥面上进行喷砂除锈，紧接着喷涂底漆及防水黏结层，最后在防水黏结层表面摊铺沥青混凝土完成铺装作业［1］。其中，防水黏结层施工是钢桥面铺装的核心工序，对钢桥面的防腐、防水保护及沥青混凝土的摊铺质量都影响较大，故其施工质量直接关系到整个钢桥面的铺装质量［2］。目前，国内外桥梁工程钢桥面防水体系设计时多数采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）快速固化液体合成树脂作主要防水材料［3］，通过人工施工将其喷涂至钢桥面形成防水层；但传统人工喷涂施工方式喷涂厚度离散性大，施工效率低下，尤其在作业面积较大的工程中，传统喷涂方式难以保证防水层的施工质量及施工进度；此外，传统喷涂对施工人员需求量大，且材料具有刺激性气味，不利于施工人员身体健康，同时因人工喷涂而浪费的防水材料难以回收，会给环境造成巨大危害［4－8］。目前国内外暂未研发出成熟的自动化机械设备用于该类型防水层的喷涂施工。本文对MMA防水材料自动喷涂设备进行开发，并将该设备投入实际工程应用，为MMA防水材料自动化喷涂提供新型设备。

1 MMA防水材料

MMA（甲基丙烯酸甲酯）树脂作为防水涂料在建筑工程领域已得到广泛应用，国内目前已有百余座钢桥面采用MMA材料进行防水处理［9］，该材料施工后能形成一定厚度的保护膜，抵抗水和氯离子的腐蚀，最终为钢桥面基体提供完整的防护。

为取得较好施工效果，对MMA防水保护膜的特性有以下要求。

（1）材料能迅速固化，完全反应，且不受环境湿度影响，适合南方阴雨潮湿环境。

（2）材料固含量较高，抗氯离子渗透能力强。

（3）材料需要具备极好的物理性能，包括伸拉强度、延伸性、黏结强度、防水、耐老化、耐腐蚀、耐气候、抗穿刺性等。

（4）材料在温度过高或过低的条件下均能正常使用。其具体性能参数如表1所示。

表1 MMA防水材料具体性能参数

2 MMA防水材料喷涂系统

2．1 MMA防水材料喷涂系统的开发

本文以港珠澳大桥CB06标段钢桥面铺装为项目依托，开展MMA防水材料喷涂系统的开发。在前期预研究中，引进了国外移动式小型施工设备，其机械化程度高、施工精度高。然而，该设备采用的单枪喷涂为手持式喷涂，必须由工人手持喷枪进行施工，极易出现雾封层喷洒厚度不均（图1（a））、漏喷等问题；同时，该设备主要用于不含砂混合料的喷涂，其喷嘴型号为HXD641，喷嘴孔径为0．041英寸，对于100目（0．15mm）的砂粒能顺利喷涂，但当砂粒粒径提高到60目（0．25mm）时，喷涂时易出现堵枪现象。通过拆卸喷枪分析堵枪具体原因，发现混合腔内部存在转角，大粒径砂粒易在此处堆积，随着喷洒过程进行，砂粒堆积情况逐渐加重，导致堵枪现象发生（图1（b））。对此，本文基于该手持式喷涂设备对MMA防水材料自动喷涂设备进行开发，主要对其喷洒形式及喷嘴结构两方面进行改进。喷洒形式具体改进方法为，将喷枪固定安装于可横向自由移动的往复机上，实现防水材料的自动往复式喷涂，具体工作形式如图2所示。其中，在左右2个节点处采用开料槽的方式解决节点处积料问题。同时，将喷枪混合腔内部转角取消，将混合腔改为直线型，并且喷嘴孔径由原来的0．041英寸提高到0．082英寸。

图1 传统设备存在的问题

图2 喷涂方式的改进

2．2 MMA防水材料喷涂最佳工艺方案

为验证MMA防水材料喷涂设备的实际使用效果，本文对其最佳工作参数进行了选取。结合以往工程经验可知，影响防水喷涂施工质量（厚度和均匀性）的因素分别为流量V、喷嘴离地高度H、喷枪横向移动速度S［10］。借鉴 MMA防水材料在其他工程项目的使用效果，试验段拟选择3种工艺组合方案进行喷涂施工，通过检测湿膜厚度、干膜厚度、拉拔强度等指标评价各施工工艺效果，并选择满足设计要求的最佳工艺方案组合。具体试验方案如表2所示。

表2 全自动防水粘结层喷涂试验段方案

各工艺组合方案测试结果如表3所示。

表3 防水层自动喷涂设备工艺组合及检测结果

3种方案中，方案一湿膜厚度分布在1 000～1 200μm 之间，干膜厚度分布在1．05～1．26mm之间；方案二湿膜厚度分布在1 100～1 600μm，干膜厚度分布在1．21～1．86mm之间；方案三湿膜厚度分布在1 200～1 800μm之间，干膜厚度分布在1．20～1．86mm之间。3种方案均满足施工要求，但方案一离散性最小（均匀性最好）。因此，通过本次对比试验，确定方案一（流量V＝531L·h－1，喷嘴高度H＝65cm，行走速度S＝140mm·s－1）为防水自动喷涂设备较佳的工艺参数组合。

2．3 MMA防水材料喷涂系统应用

对港珠澳大桥CB06标段第二阶段试验段行车道使用MMA防水材料喷涂设备进行施工（图3）。设备工作参数按照方案一进行选取。具体施工流程如下。

（1）各项底漆检测指标符合要求后开展防水层施工。

（2）防水层喷涂前对路缘石等结构物进行包裹，防止涂料飞溅污染。

（3）为桥上防水作业配备一套大型风雨棚，其使用情况良好，防风效果理想。

（4）车行道使用自动喷涂设备进行防水层喷涂施工。

（5）按照施工规范要求做好湿膜、干膜厚度检测和拉拔强度检测。

2．4 质量检测与评价

图3 防水层自动化作业

钢桥面防水层施工质量的主要评价指标为防水层干膜厚度、与底漆黏结强度、涂层均匀性［11－15］。因此，两层防水膜喷涂完毕后，分别对这3个指标进行检测。港珠澳大桥施工技术要求中规定，防水层干膜厚度应不小于2mm，与底漆的黏结强度不应小于2MPa，涂层均匀、密实，不应出现漏喷、孔洞等现象。本文选择左幅行车道施工桩号K21＋517～K21＋850之间路段作为试验区段。

待防水层干透后进行干膜厚度的检测，测试结果见表4。

由表4可知，试验段左幅行车道施工桩号K21＋517～K21＋850之间路段两层防水膜干膜厚度检测共有106个点，其中102个测点的干膜厚度大于2mm，仅4个测点的干膜厚度小于2mm，极值为1．82mm，本次试验喷涂合格率为96．3%。

对已涂装防水膜进行拉拔强度测试，结果见表5。由表5可知：拉拔强度测试共检测12点，其中最小值为4．79MPa，最大值为8．65MPa，平均值为6．52MPa，所有测点强度均满足不小于2MPa的设计要求，且界面断裂情况良好。

表4 左幅行车道K21＋517～K21＋850段防水层干膜厚度检测结果

表5 左幅行车道K21＋517～K21＋850段防水层与底漆拉拔强度检测结果

采用气孔探测仪对左幅行车道施工桩号K21＋517～K21＋850之间路段防水层进行了电火花测试，检验防水膜的施工均匀性和密实性，结果表明所施工的防水层均匀密实，无漏喷和孔洞现象。

3 结 语

本文在传统混合料喷涂设备的基础上，根据MMA混合料的特性，对MMA防水材料自动喷涂系统进行了开发，包括对喷涂形式和喷枪结构的改进，并以港珠澳大桥CB06标段施工为项目依托，对MMA防水材料自动喷涂系统的施工质量进行测试。结果表明：经过MMA防水材料自动喷涂系统施工的防水层在干膜厚度、与底漆黏结强度、涂层均匀性等方面完全符合项目施工技术规范，同时相比传统喷涂形式，其施工效率得到大大提升。该设备填补了国内MMA防水材料自动化喷涂领域的空白。