基于两种防水材料的桥面防水粘结层性能研究

鲁 立

(河南省公路工程局集团有限公司 郑州市 450052)

桥梁建设过程中，防水是桥面铺装设计、施工过程中不可忽视的环节，良好的防水性对于提高桥面使用寿命具有十分重要的意义。尤其对于一些大跨径钢桥而言，桥面防水性能也决定着桥梁主体的耐久性。合理的铺装防水体系能有效防止钢桥面板受到雨水侵蚀，同时也能实现铺装层与桥面板的有效粘结[1-3]。因此，选取两种不同材料的防水体系结构，对其浇注GA-10混凝土后的性能进行试验分析，以此来评定两种防水体系在桥面铺装防水层中的使用效果，为其工程应用提供参考。

1 铺装层防水体系结构

桥面铺装中，单一的防水层无法达到真正防水以及保护桥梁结构的作用，因此，在防水层设计过程中,通常将铺装下层也纳入桥面防水体系结构中，两者组成的整体防水体系能达到良好的防水效果[2-3]。具体结构如图1所示。

图1 桥面防水体系结构示意图

本次研究选取的两种类型防水体系如下所示：

1.1 甲基丙烯酸甲酯树脂材料(MMA)+GA-10防水体系

甲基丙烯酸甲酯树脂(Methyl methacrylate resin)是一种无色流动性易燃液体。微溶于水，溶于乙醇和乙醚，易挥发。由于其独特的强度、韧性，近年来广泛应用于钢桥面铺装的防水粘结层。具有与基底及铺装层粘结性能好、抗刺破能力强、抗氯离子渗入与耐腐蚀性强的特点[3-5]，而且能抵抗铺装层高达250℃的高温，能在低温下迅速固化。此类防水体系在英国等国家使用的比较多，有100多年的应用历史。表1为甲基丙烯酸甲酯树脂材料的技术指标。

MMA防水体系通常由三层组成，最底层为防腐层，在钢板喷砂除锈或混凝土板喷砂打毛之后3h内使用，用于封闭混凝土、水泥砂浆及钢材(包括电镀钢材)和其它金属表面，加强防水膜和基体表面之间的黏合，具有抗腐蚀性，可以隔离钢板与空气接触，防止表面被氧化或腐蚀[4-6]；中间层为甲基丙烯酸甲酯树脂防水层，直接喷涂在底涂层上形成一层坚韧、柔性的无缝防水膜；最上层粘层是一种溶剂型涂层，直接刷涂、滚涂或无气喷涂于防水膜上。固化后，形成一个整体封闭的体系，并与铺装下层GA沥青混合料紧密粘接[5-6]。GA沥青混凝土是一种几乎无空隙(小于1%)，无需压实便能达到其最终强度，且低温性能、防水性能、耐久性能都较好的沥青混合料[6-7]。在钢桥面铺装中，此防水体系除了具有良好的性能外，还有很好的耐久性。其结构如表2所示。

本研究选用Eliminator甲基丙烯酸甲酯树脂防水体系，它由英国Stirling Lloyd Polychcm公司研发，主要用于钢桥面防水。与其它MMA类防水材料相比，Eliminator材料配方不同。Eliminator钢桥面防水粘结体系在钢桥面铺装、水泥混凝土桥面铺装、桥墩及其他结构、轻轨及高速铁路、涵洞及隧道等工程得到广泛的应用[4]，包括美国乔治华盛顿大桥、香港青马大桥、重庆菜园坝大桥等，应用效果良好。本次采用的GA-10沥青混凝土，相关技术指标如表3所示。

1.2 溶剂型粘结剂+GA-10防水体系

溶剂型粘结材料指的是根据相似相溶的原理和性能互补的原则，将沥青、橡胶等多种高分子物质进行溶化而形成的粘结剂，将其涂抹在钢板、水泥混凝土桥面板表面，挥发后形成一层坚韧、密实的网状结构，同时防水膜部分熔化，与沥青混凝土混为一体，从而实现了桥面与沥青铺装层之间的有效粘结。采用此种材料，与传统防水材料(如防水卷材、水溶性防水涂料、反应性防水材料等)相比，铺装沥青混凝土之后的组合结构的粘接强度、抗剪性能明显提高且粘接性能优良[8-9]。国内一些桥梁采用了此种铺装结构，如贵州省镇胜公路北盘江大桥、南京长江四桥、大丽高速桥面等。

溶剂型粘结材料通过物理过程可以实现与钢板的有效粘接，该材料会随着温度的升高而出现软化或融化，又会随着温度的降低出现凝固。整个过程具有一定的可逆性，这可以使上层混合料与下卧层之间达到更有效的结合，粘结效果良好[2,10]。两层溶剂型粘站剂与GA-10组成的防水体系在使用条件较好、浇注式沥青混合料不透水的情况下，性价比最优。其结构如表4所示。

本研究选取了重庆市某公司生产的GS型溶剂型粘结剂，它是一种新型溶剂型桥面专用防水粘接材料，其特点是除具有优异的防水性能外，还可有效地处理混凝土、钢板与沥青混凝土等之间的层间粘接问题，在行车荷载作用下，路面不易出现推移、脱落、变形等病害[3,11]。表5为溶剂型粘结剂相应的技术要求。

2 防水粘结材料与桥面板强度试验及结果

对于防水粘结材料的实际路用性能，通常采用粘结强度试验来评价防水层与桥面板之间的粘结能力，即测试桥面板与粘结层之间的拉拔强度值来反映防水粘结层的性能优劣[8]。为了测试两种防水粘结材料的粘结性能，将Eliminator防水材料与GS溶剂型粘结剂材料分别涂抹在喷砂除锈达到Sa2.5要求的10cm×10cm×5cm钢板上，待两种材料完全固化后进行拉拔试验，环境温度为25℃左右。具体试验结果如表6所示。

以上试验结果表明，2种防水粘结材料与钢板之间平均拉拔强度值分别为5.27MPa、2.12MPa，均大于相应技术要求5.0MPa与2.0MPa，但在整体性能上，Eliminator防水材料比GS溶剂型粘结剂材料拉拔强度值要高，说明Eliminator防水材料比GS溶剂型粘结剂材料能更好与刚桥面板界面之间粘结，能较好防止铺装防水层与桥面板脱离[9]。

3 组合结构强度试验及结果

防水层与铺装材料组合而成的组合结构其整体性能决定桥面铺装层的路用性能，组合结构的粘结强度以及抗剪能力的好坏影响着桥面铺装层整体的抗剪切变形性能，尤其是高温条件下，组合材料的粘结强度与抗剪切强度影响铺装层的使用寿命[10-11]。组合结构的粘结强度与剪切强度试验方法详见《公路钢桥面铺装设计与施工技术规范》。

3.1 组合结构粘结强度性能试验

组合结构的粘结强度同样采用拉拔试验来测定[12]。在防水粘结层涂抹完后，待其固化24h，再摊铺GA-10浇注式沥青混合料，在试件完全冷却成型后进行组合构件的粘结强度试验，同样采用25℃拉拔试验的方法评价其粘结性能。具体试验结果如表7所示。

由以上结果可知，Eliminator防水材料与铺装下层粘结强度平均值分别为1.06MPa、1.23MPa，均大于1.0MPa，同时从试件破坏形式上看，GS溶剂型粘结剂破坏界面在粘结剂内部，而Eliminator防水材料破坏界面有部分在粘结剂与钢板接触界面，因此总体上看，GS溶剂型粘结剂较Eliminator防水材料与GA-10沥青混合料粘结性更好，能保证铺装层整体有效粘结。

3.2 组合结构剪切强度性能试验

由于防水粘结材料温度敏感性较强，温度对其抗水平推移能力影响较大[2]，故本次试验采用25℃与55℃两种温度条件来模拟桥面实际温度，具体试验结果如表8、表9所示。

从试验数据上看，在25℃时的组合结构剪切强度，Eliminator防水材料强度值明显高于GS溶剂型粘结剂材料，而且在破坏形式上，两者在25℃的破坏界面均在粘结材料内部，说明两种防水材料抗剪切性能优良；在55℃试验组中，Eliminator防水材料强度值高于GS溶剂型粘结剂材料，防水粘结材料受到高温作用后，与25℃时的组合结构强度值相比，两者强度值明显降低。因此两种防水粘结材料温感性较强，但两者性能均能满足相应要求，在受到水平剪切力作用下抗破坏能力较强[13]。

4 结论

对两种不同材料的防水体系进行相关研究，主要得到了以下结论：

(1)Eliminator防水材料与GS溶剂型粘结剂材料两者均能满足桥面铺装防水粘结层所需性能要求，Eliminator防水材料整体性能优于GS溶剂型粘结剂。

(2)在受到温度变化时，Eliminator防水材料、GS溶剂型粘结剂材料与GA-10混凝土之间粘结性能受影响较大，在55℃时，组合结构剪切强度值下降明显，但两种材料防水体系均能抵抗桥面铺装防水层发生的剥落、推移破坏，能与铺装层保持较好协同性。