發(fā)布時間：2022-05-20所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要: 選擇兩種不同類型的防水體系( Eliminator 防水材料與 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料) 對防水體系性能進行試驗研究，結(jié)果表明: 兩種防水粘結(jié)材料組成的防水體系均能滿足鋼橋面鋪裝防水粘結(jié)層的性能要求; Eliminator 防水材料與鋼板之間粘結(jié)強度明顯高于 GS 溶劑型粘結(jié)劑材
摘 要: 選擇兩種不同類型的防水體系( Eliminator 防水材料與 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料) 對防水體系性能進行試驗研究，結(jié)果表明: 兩種防水粘結(jié)材料組成的防水體系均能滿足鋼橋面鋪裝防水粘結(jié)層的性能要求; Eliminator 防水材料與鋼板之間粘結(jié)強度明顯高于 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料; GS 溶劑型粘結(jié)劑材料與鋪裝下層( GA - 10 混凝土) 的粘結(jié)強度略高于 Eliminator 防水材料; Eliminator 防水材料組合結(jié)構(gòu)剪切強度值在 25℃ 優(yōu)于 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料，而在溫度達到 55℃時，兩種防水粘結(jié)材料剪切強度值明顯降低。
關(guān)鍵詞: 橋面鋪裝; 防水體系; Eliminator 防水材料; GS 溶劑型粘結(jié)劑材料; 剪切強度
橋梁建設(shè)過程中，防水是橋面鋪裝設(shè)計、施工過程中不可忽視的環(huán)節(jié)，良好的防水性對于提高橋面使用壽命具有十分重要的意義。尤其對于一些大跨徑鋼橋而言，橋面防水性能也決定著橋梁主體的耐久性。合理的鋪裝防水體系能有效防止鋼橋面板受到雨水侵蝕，同時也能實現(xiàn)鋪裝層與橋面板的有效粘結(jié)[1 - 3]。因此，選取兩種不同材料的防水體系結(jié)構(gòu)，對其澆注 GA - 10 混凝土后的性能進行試驗分析，以此來評定兩種防水體系在橋面鋪裝防水層中的使用效果，為其工程應(yīng)用提供參考。
1 鋪裝層防水體系結(jié)構(gòu)
橋面鋪裝中，單一的防水層無法達到真正防水以及保護橋梁結(jié)構(gòu)的作用，因此，在防水層設(shè)計過程中，通常將鋪裝下層也納入橋面防水體系結(jié)構(gòu)中，兩者 組 成 的 整 體 防 水 體 系 能 達 到 良 好 的 防 水 效果[2 - 3]。具體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
本次研究選取的兩種類型防水體系如下所示:
1. 1 甲基丙烯酸甲酯樹脂材料( MMA) + GA - 10 防水體系甲基 丙 烯 酸 甲 酯 樹 脂 ( Methyl methacrylateresin) 是一種無色流動性易燃液體。微溶于水，溶于乙醇和乙醚，易揮發(fā)。由于其獨特的強度、韌性，近年來廣泛應(yīng)用于鋼橋面鋪裝的防水粘結(jié)層。具有與基底及鋪裝層粘結(jié)性能好、抗刺破能力強、抗氯離子滲入與耐腐蝕性強的特點[3 - 5]，而且能抵抗鋪裝層高達 250℃的高溫，能在低溫下迅速固化。此類防水體系在英國等國家使用的比較多，有 100 多年的應(yīng)用歷史。表 1 為甲基丙烯酸甲酯樹脂材料的技術(shù)指標。
MMA 防水體系通常由三層組成，最底層為防腐層，在鋼板噴砂除銹或混凝土板噴砂打毛之后 3h 內(nèi)使用，用于封閉混凝土、水泥砂漿及鋼材( 包括電鍍鋼材) 和其它金屬表面，加強防水膜和基體表面之間的黏合，具有抗腐蝕性，可以隔離鋼板與空氣接觸，防止表面被氧化或腐蝕[4 - 6]; 中間層為甲基丙烯酸甲酯樹脂防水層，直接噴涂在底涂層上形成一層堅韌、柔性的無縫防水膜; 最上層粘層是一種溶劑型涂層，直接刷涂、滾涂或無氣噴涂于防水膜上。固化后，形成一個整體封閉的體系，并與鋪裝下層 GA 瀝青混合料緊密粘接[5 - 6]。GA 瀝青混凝土是一種幾乎無空隙( 小于 1% ) ，無需壓實便能達到其最終強度，且低溫性能、防水性能、耐久性能都較好的瀝青混合料[6 - 7]。在鋼橋面鋪裝中，此防水體系除了具有良好的性能外，還有很好的耐久性。其結(jié)構(gòu)如表 2 所示。
本研究選用 Eliminator 甲基丙烯酸甲酯樹脂防水體系，它由英國 Stirling Lloyd Polychcm 公司研發(fā)，主要用于鋼橋面防水。與其它 MMA 類防水材料相比，Eliminator 材料配方不同。Eliminator 鋼橋面防水粘結(jié)體系在鋼橋面鋪裝、水泥混凝土橋面鋪裝、橋墩及其他結(jié)構(gòu)、輕軌及高速鐵路、涵洞及隧道等工程得到廣泛的應(yīng)用[4]，包括美國喬治華盛頓大橋、香港青馬大橋、重慶菜園壩大橋等，應(yīng)用效果良好。本次采用的 GA - 10 瀝青混凝土，相關(guān)技術(shù)指標如表 3 所示。
1. 2 溶劑型粘結(jié)劑 + GA - 10 防水體系
溶劑型粘結(jié)材料指的是根據(jù)相似相溶的原理和性能互補的原則，將瀝青、橡膠等多種高分子物質(zhì)進行溶化而形成的粘結(jié)劑，將其涂抹在鋼板、水泥混凝土橋面板表面，揮發(fā)后形成一層堅韌、密實的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，同時防水膜部分熔化，與瀝青混凝土混為一體，從而實現(xiàn)了橋面與瀝青鋪裝層之間的有效粘結(jié)。采用此種材料，與傳統(tǒng)防水材料( 如防水卷材、水溶性防水涂料、反應(yīng)性防水材料等) 相比，鋪裝瀝青混凝土之后的組合結(jié)構(gòu)的粘接強度、抗剪性能明顯提高且粘接性能優(yōu)良[8 - 9]。國內(nèi)一些橋梁采用了此種鋪裝結(jié)構(gòu)，如貴州省鎮(zhèn)勝公路北盤江大橋、南京長江四橋、大麗高速橋面等。
溶劑型粘結(jié)材料通過物理過程可以實現(xiàn)與鋼板的有效粘接，該材料會隨著溫度的升高而出現(xiàn)軟化或融化，又會隨著溫度的降低出現(xiàn)凝固。整個過程具有一定的可逆性，這可以使上層混合料與下臥層之間達到更有效的結(jié)合，粘結(jié)效果良好[2，10]。兩層溶劑型粘站劑與 GA - 10 組成的防水體系在使用條件較好、澆注式瀝青混合料不透水的情況下，性價比最優(yōu)。其結(jié)構(gòu)如表 4 所示。
本研究選取了重慶市某公司生產(chǎn)的 GS 型溶劑型粘結(jié)劑，它是一種新型溶劑型橋面專用防水粘接材料，其特點是除具有優(yōu)異的防水性能外，還可有效地處理混凝土、鋼板與瀝青混凝土等之間的層間粘接問題，在行車荷載作用下，路面不易出現(xiàn)推移、脫落、變形等病害[3，11]。表 5 為溶劑型粘結(jié)劑相應(yīng)的技術(shù)要求。
2 防水粘結(jié)材料與橋面板強度試驗及結(jié)果
對于防水粘結(jié)材料的實際路用性能，通常采用粘結(jié)強度試驗來評價防水層與橋面板之間的粘結(jié)能力，即測試橋面板與粘結(jié)層之間的拉拔強度值來反映防水粘結(jié)層的性能優(yōu)劣[8]。為了測試兩種防水粘結(jié)材料的粘結(jié)性能，將 Eliminator 防水材料與 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料分別涂抹在噴砂除銹達到 Sa2. 5 要求的 10cm × 10cm × 5cm 鋼板上，待兩種材料完全固化后進行拉拔試驗，環(huán)境溫度為 25℃ 左右。具體試驗結(jié)果如表 6 所示。
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以上試驗結(jié)果表明，2種防水粘結(jié)材料與鋼板之間平均拉拔強度值分別為 5. 27MPa、2. 12MPa，均大于相應(yīng)技術(shù)要求 5. 0MPa 與 2. 0MPa，但在整體性能上，Eliminator 防水材料比 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料拉拔強度值要高，說明 Eliminator 防水材料比 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料能更好與剛橋面板界面之間粘結(jié)，能較好防止鋪裝防水層與橋面板脫離[9]。
3 組合結(jié)構(gòu)強度試驗及結(jié)果
防水層與鋪裝材料組合而成的組合結(jié)構(gòu)其整體性能決定橋面鋪裝層的路用性能，組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度以及抗剪能力的好壞影響著橋面鋪裝層整體的抗剪切變形性能，尤其是高溫條件下，組合材料的粘結(jié)強度與抗剪切強度影響鋪裝層的使用壽命[10 - 11]。組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度與剪切強度試驗方法詳見《公路鋼橋面鋪裝設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》。
3. 1 組合結(jié)構(gòu)粘結(jié)強度性能試驗
組合結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強度同樣采用拉拔試驗來測定[12]。在防水粘結(jié)層涂抹完后，待其固化 24h，再攤鋪 GA - 10 澆注式瀝青混合料，在試件完全冷卻成型后進行組合構(gòu)件的粘結(jié)強度試驗，同樣采用 25℃拉拔試驗的方法評價其粘結(jié)性能。具體試驗結(jié)果如表 7 所示。
由以上結(jié)果可知，Eliminator 防水材料與鋪裝下層粘結(jié)強度平均值分別為 1. 06MPa、1. 23MPa，均大于 1. 0MPa，同時從試件破壞形式上看，GS 溶劑型粘結(jié)劑破壞界面在粘結(jié)劑內(nèi)部，而 Eliminator 防水材料破壞界面有部分在粘結(jié)劑與鋼板接觸界面，因此總體上看，GS 溶劑型粘結(jié)劑較 Eliminator 防水材料與 GA - 10 瀝青混合料粘結(jié)性更好，能保證鋪裝層整體有效粘結(jié)。
3. 2 組合結(jié)構(gòu)剪切強度性能試驗
由于防水粘結(jié)材料溫度敏感性較強，溫度對其抗水平推移能力影響較大[2]，故本次試驗采用 25℃ 與 55℃兩種溫度條件來模擬橋面實際溫度，具體試驗結(jié)果如表 8、表 9 所示。
從試驗數(shù)據(jù)上看，在 25℃ 時的組合結(jié)構(gòu)剪切強度，Eliminator 防水材料強度值明顯高于 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料，而且在破壞形式上，兩者在 25℃ 的破壞界面均在粘結(jié)材料內(nèi)部，說明兩種防水材料抗剪切性能優(yōu)良; 在 55℃ 試驗組中，Eliminator 防水材料強度值高于 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料，防水粘結(jié)材料受到高溫作用后，與 25℃ 時的組合結(jié)構(gòu)強度值相比，兩者強度值明顯降低。因此兩種防水粘結(jié)材料溫感性較強，但兩者性能均能滿足相應(yīng)要求，在受到水平剪切力作用下抗破壞能力較強[13]。
4 結(jié)論
對兩種不同材料的防水體系進行相關(guān)研究，主要得到了以下結(jié)論:
( 1) Eliminator 防水材料與 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料兩者均能滿足橋面鋪裝防水粘結(jié)層所需性能要求，Eliminator 防水材料整體性能優(yōu)于 GS 溶劑型粘結(jié)劑。
( 2) 在受到溫度變化時，Eliminator 防水材料、 GS 溶劑型粘結(jié)劑材料與 GA - 10 混凝土之間粘結(jié)性能受影響較大，在 55℃ 時，組合結(jié)構(gòu)剪切強度值下降明顯，但兩種材料防水體系均能抵抗橋面鋪裝防水層發(fā)生的剝落、推移破壞，能與鋪裝層保持較好協(xié)同性。——論文作者：魯 立
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