胡海波，吳小韻，錢振東

(1.中鐵大橋局集團(tuán)有限公司,湖北 武漢 430050；2.東南大學(xué) 智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究中心，江蘇 南京 211189)

鋼橋面防水粘結(jié)層是橋面鋪裝不可或缺的一部分，其主要作用是保護(hù)鋼板免遭滲水侵蝕，同時為鋼板與面層提供層間粘結(jié)的作用。粘結(jié)強(qiáng)度的大小將會直接影響橋面鋪裝的耐久性能及使用壽命，不少學(xué)者對溫度[1]、濕度條件[2]與粘結(jié)強(qiáng)度的關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)研究。對于施工來講，溫度、濕度及用量等都有明確的限制要求，但各層材料施工的間隔時間有時卻沒有一個明確的說明，現(xiàn)有的規(guī)范及施工指南對于施工間隔時間的規(guī)定較少，施工時往往會因?yàn)楣て谕涎訑R置導(dǎo)致防水粘結(jié)層施工完成后質(zhì)量較差，甚至影響整個橋面鋪裝的質(zhì)量，所以對于各層結(jié)構(gòu)的間隔時間進(jìn)行相關(guān)研究十分重要。

現(xiàn)有的澆注式鋼橋面鋪裝防水粘結(jié)層體系可以歸結(jié)為四種類型[3]：反應(yīng)性樹脂防水粘結(jié)體系、甲基丙烯酸甲酯樹脂防水粘結(jié)體系、溶劑型防水粘結(jié)體系、環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)體系。姚美珍[4]、錢振東等[5]對環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑與施工間隔時間的關(guān)系進(jìn)行了研究，對于武漢青山長江大橋采用的甲基丙烯酸甲酯樹脂防水粘結(jié)體系相關(guān)研究較少，該體系現(xiàn)場施工方案為噴砂除銹完成后3 h內(nèi)進(jìn)行防腐底漆的輥涂，待底漆固化后，即可進(jìn)行兩層樹脂膜的涂布，樹脂膜噴涂結(jié)束后約1 h(23 ℃)并完全固化后可涂布丙烯酸樹脂粘結(jié)劑，粘結(jié)劑固化后擱置或進(jìn)行下一步GA-10混合料的攤鋪。防水粘結(jié)層及澆注式瀝青混合料施工過程中，底漆與樹脂膜、粘結(jié)劑與澆注式瀝青混合料的施工間隔時間并未作出明確規(guī)定，故本文結(jié)合武漢青山長江大橋鋼橋面鋪裝實(shí)體工程，采用拉拔試驗(yàn)測出其粘接強(qiáng)度與施工間隔時間的關(guān)系，探究最佳施工間隔時間以保證施工質(zhì)量，為青山長江大橋鋼橋面防水粘結(jié)層施工提供更好的指導(dǎo)，也可為類似項(xiàng)目提供借鑒和參考。

1 工程概況

武漢青山長江大橋全長7547.6 m，其中長江大橋段(主橋、灘地橋、跨堤孔橋)長4.3736 km，接線引橋長3.174 km(南岸引橋長1.634 km，北岸引橋長1.540 km)。中跨鋼箱梁鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)為2 mm甲基丙烯酸樹脂防水體系+3 cm的澆注式瀝青混合料GA-10+改性乳化瀝青粘層+4 cm高彈改性瀝青SMA-13，總厚度7.2 cm。具體鋪裝結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中防水粘結(jié)層結(jié)構(gòu)如表1所示。

圖1 青山長江大橋中跨鋼橋面鋪裝結(jié)構(gòu)示意

表1 青山長江大橋鋼橋面防水粘結(jié)層鋪裝結(jié)構(gòu)

2 原材料性質(zhì)

(1)防水粘結(jié)層材料

甲基丙烯酸防腐體系分為三層結(jié)構(gòu)：丙烯酸防腐底漆、甲基丙烯酸甲酯樹脂膜以及丙烯酸樹脂粘結(jié)劑。各層材料技術(shù)指標(biāo)見表2～4。

表2 丙烯酸防腐底漆技術(shù)指標(biāo)

表3 甲基丙烯酸甲酯樹脂技術(shù)指標(biāo)

表4 丙烯酸樹脂粘結(jié)劑技術(shù)指標(biāo)

(2)澆注式瀝青混合料

本文試驗(yàn)GA-10澆注式瀝青混合料采用的是聚合物改性瀝青(基質(zhì)瀝青為韓國進(jìn)口SKA-70道路石油瀝青)，粗集料采用潔凈、干燥、表面粗糙的玄武巖，細(xì)集料采用0～3 mm玄武巖機(jī)制砂，礦粉采用細(xì)磨石灰石粉?；旌狭霞夹g(shù)指標(biāo)見表5。

表5 GA-10瀝青混合料技術(shù)指標(biāo)

3 室內(nèi)試驗(yàn)分析

3.1 試驗(yàn)方法

本文試驗(yàn)采用PosiTest AT拉拔強(qiáng)度測試儀(見圖2)，該儀器試驗(yàn)快捷且易操作。進(jìn)行“鋼板-底漆-防水層”拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)時采用直徑20 mm的拉拔頭，檢測“防水層-粘結(jié)層-澆注式瀝青混合料”拉拔強(qiáng)度時，采用直徑50 mm的拉拔頭。試驗(yàn)過程中的拉拔速率控制為10 mm/min，測試時環(huán)境溫度要求為25 ℃。

圖2 PosiTest AT拉拔強(qiáng)度測試儀

3.2 “鋼板-底漆-防水層”拉拔試驗(yàn)

為了研究施工間隔時間對鋼橋面防水粘結(jié)層層間粘結(jié)強(qiáng)度的影響，本文試驗(yàn)選取與鋼橋面板相同材質(zhì)且等厚度的30 cm×30 cm的鋼板進(jìn)行噴砂除銹處理，待其粗糙度和清潔度達(dá)到設(shè)計(jì)要求(清潔度達(dá)到Sa2.5級，粗糙度到達(dá)60～100 μm)后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)所需試件的制作。

待鋼板噴砂除銹完成后，需在3 h內(nèi)進(jìn)行丙烯酸防腐底漆的涂布，以防止鋼板反銹。防腐底漆涂布用量要求為100～200 g/m2，本文試驗(yàn)分150，200 g/m2兩種用量進(jìn)行拉拔試件成型。由于采用環(huán)氧樹脂AB膠作為粘結(jié)劑時，其測試結(jié)果不能反應(yīng)鋼板、底漆和防水層之間的粘結(jié)強(qiáng)度[6]，故本文試驗(yàn)采用甲基丙烯酸甲酯樹脂作為粘結(jié)劑，該方法試驗(yàn)結(jié)果可準(zhǔn)確反應(yīng)防腐底漆與防水層之間的粘結(jié)強(qiáng)度，同時也能間接反應(yīng)防腐底漆與鋼板之間的粘結(jié)強(qiáng)度。丙烯酸防腐底漆完全干燥后，即可進(jìn)行拉拔頭的粘貼(拉拔頭預(yù)先涂抹一層防腐底漆)。按照上述方法，在防腐底漆固化后養(yǎng)生1～6 d，然后沾上拉拔頭，分別進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)溫度為25 ℃，相對濕度要求為60%，試驗(yàn)結(jié)果如表6及圖3所示。

表6 “鋼板-底漆-防水層”拉拔試驗(yàn)結(jié)果

圖3 不同間隔時間不同用量下“鋼板-底漆-防水層”拉拔試驗(yàn)結(jié)果

由表6、圖3可知，隨著底漆用量增加，其粘結(jié)強(qiáng)度減小。分析認(rèn)為，底漆用量較多時，由于鋼板噴砂除銹后粗糙度為60～100 μm，底漆用量越多，涂布厚度越大，底漆用量在200 g/m2時其厚度能達(dá)到80 μm，導(dǎo)致界面粗糙度降低，進(jìn)而影響底漆與防水層之間的粘結(jié)強(qiáng)度。隨著間隔時間的增加，結(jié)構(gòu)之間的粘結(jié)強(qiáng)度逐漸降低，大于4 d時，“鋼板-底漆-防水層”層間粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果出現(xiàn)小于5 MPa的現(xiàn)象，不滿足層間粘結(jié)強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求，因此根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本文認(rèn)為防腐底漆施工完成后與防水層的施工間隔時間避免超過4 d。

3.3 “防水層-粘結(jié)層-澆注式瀝青混合料”拉拔試驗(yàn)

按照3.2節(jié)中相同的方法噴砂除銹并涂抹防腐底漆，防腐底漆用量為150 g/m2，養(yǎng)生一天后，進(jìn)行兩層甲基丙烯酸樹脂膜的涂布，總用量控制在3000 g/m2，經(jīng)過1 h固化后涂抹丙烯酸樹脂粘結(jié)劑，用量控制在180 g/m2，上述工序完成后，模擬防水粘結(jié)層完工1～0 d后再進(jìn)行澆注式瀝青混合料攤鋪的工況，將10塊成型好的鋼板分別養(yǎng)生1～10 d，然后實(shí)施澆注式瀝青混合料鋪裝，待澆注式瀝青混合料養(yǎng)生1 d后，鉆取直徑50 mm的芯樣，粘貼直徑50 mm的拉拔頭，試件與拉拔頭之間的粘結(jié)劑采用環(huán)氧樹脂AB膠，然后在粘結(jié)劑固化后進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表7、圖4所示。

圖4 不同間隔時間下“防水層-粘結(jié)層-澆注式瀝青混合料”拉拔試驗(yàn)結(jié)果

表7 “防水層-粘結(jié)層-澆注式瀝青混合料”拉拔試驗(yàn)結(jié)果

由表7、圖4可知，隨著防水粘結(jié)層養(yǎng)生天數(shù)的增加，復(fù)合結(jié)構(gòu)間的粘結(jié)強(qiáng)度逐漸減小，不大于3 d時，復(fù)合結(jié)構(gòu)間的粘結(jié)強(qiáng)度可達(dá)到3 MPa，斷裂面90%為澆注式瀝青混凝土表面，10%為丙烯酸粘結(jié)劑，表明此時防水粘結(jié)層間的粘結(jié)性能良好；養(yǎng)生時間在3～6 d時，粘結(jié)強(qiáng)度降低速度增加，但是斷裂面依舊在澆注式瀝青混凝土與丙烯酸粘結(jié)劑之間，防水粘結(jié)層層間粘結(jié)性能保持正常；大于6 d時，拉拔試驗(yàn)斷裂面出現(xiàn)在甲基丙烯酸樹脂膜表面，隨著時間增加至10 d，試件則完全在甲基丙烯酸樹脂膜表面斷開，粘結(jié)強(qiáng)度降至1.31 MPa，表明了兩層甲基丙烯酸樹脂膜之間的粘結(jié)性能嚴(yán)重下降，故本文建議施工時防水粘結(jié)層與GA-10澆注式瀝青混合料的施工間隔時間不超過6 d。

4 現(xiàn)場檢測

由于GA-10瀝青混合料與防水粘結(jié)層的拉拔試驗(yàn)需要現(xiàn)場鉆芯，會破壞路面結(jié)構(gòu)，影響路用性能，故只進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室拉拔強(qiáng)度檢測。對于“鋼板-底漆-防水層”拉拔試驗(yàn)，因?yàn)橥|(zhì)材料的匹配性，采用甲基丙烯酸甲酯樹脂作為粘結(jié)劑進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，僅需在試驗(yàn)完成后對試驗(yàn)點(diǎn)小范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)涂，對施工質(zhì)量影響甚小，故青山長江大橋鋼橋面底漆輥涂完成后，現(xiàn)場進(jìn)行了拉拔試驗(yàn)檢測(見圖5)，檢測時環(huán)境溫度為25℃，相對濕度為60%。本文按照底漆與防水層的施工間隔時間將現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，如表8、圖6所示。

圖5 現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)

表8 現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)結(jié)果

圖6 現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)檢測結(jié)果

由表8可知，隨著防腐底漆養(yǎng)生天數(shù)的增加，選定區(qū)域的整體粘結(jié)強(qiáng)度降低，與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)拉拔試驗(yàn)結(jié)論一致；現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)結(jié)果較室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果增大，這是由于現(xiàn)場拋丸方式采用大型機(jī)械拋丸機(jī)，拋丸后鋼板的粗糙度比室內(nèi)人工打磨高，導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度整體較高[7,8]。同時，從圖5可以看出，間隔時間1～3 d時，各測點(diǎn)間拉拔試驗(yàn)測試結(jié)果整體處于較高水平，但間隔時間增加到5 d，拉拔試驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)出波動較大的情況，部分測點(diǎn)粘結(jié)強(qiáng)度明顯降低，即底漆與甲基丙烯酸甲酯樹脂膜之間粘結(jié)性能下降，故本文建議防腐底漆與甲基丙烯酸甲酯樹脂膜的施工間隔時間小于5 d。

5 結(jié) 論

(1)隨著防腐底漆養(yǎng)生天數(shù)的增加，“鋼板-底漆-防水層”之間的粘結(jié)強(qiáng)度逐漸減小，本文認(rèn)為施工時底漆與防水層之間的間隔時間不超過4 d。同時，武漢青山長江大橋防水粘結(jié)層施工現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果分析表明，丙烯酸防腐底漆與甲基丙烯酸甲酯樹脂膜層間粘結(jié)強(qiáng)度隨著施工間隔時間的增加而減小，與室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)論一致。丙烯酸防腐底漆養(yǎng)生時間達(dá)到5 d，測試區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)粘結(jié)強(qiáng)度波動較大，一半測點(diǎn)處的粘結(jié)強(qiáng)度明顯降低。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)與現(xiàn)場檢測結(jié)果綜合分析，本文建議丙烯酸防腐底漆與甲基丙烯酸甲酯樹脂膜施工間隔時間不超過4 d。

(2)拉拔試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著施工間隔時間的增加，“防水層-粘結(jié)層-澆注式瀝青混合料”復(fù)合結(jié)構(gòu)層間粘結(jié)強(qiáng)度逐漸降低；施工間隔時間大于6 d時，復(fù)合結(jié)構(gòu)拉拔試驗(yàn)斷裂面出現(xiàn)在甲基丙烯酸樹脂膜和丙烯酸樹脂粘結(jié)劑表面，表明防水粘結(jié)層層間粘結(jié)性能下降，影響鋼橋面鋪裝的質(zhì)量，故本文建議丙烯酸粘結(jié)劑與GA-10澆注式瀝青混合料施工間隔時間不超過6 d。