钢桥面铺装防水黏结层的施工控制技术

钢桥面铺装防水黏结层的施工控制技术

陈华明,王志祥

摘　要:为了确保钢桥面铺装层具有良好的抗水损害能力,通过拉拔试验和剪切试验对钢桥面铺装防水黏结层施工控制进行研究,分析钢板表面粗糙度、施工温度、环MMA防水黏结体系各层厚度、境湿度等对其黏结强度和抗剪强度的影响.结果表明,钢桥面粗糙并涂抹环氧富锌底漆能提高防水黏结层的黏结强度,底漆厚度以６黏结层厚０~８０μm为宜,MMA的厚度宜选择２．５~３．５mm,

度以８各层的施工宜在２环境相对湿度不超过６０μm左右为宜,５℃~４０℃下完成,０％.关键词:钢桥面铺装;水损害;施工控制MMA防水黏结层;中图分类号:U４４５．４　　　文献标志码:A

()广东交科检测有限公司,广东广州　５１０５５０

ConstructionControlTechnoloorWaterroofBondinaerofgyfpgLy

SteelBrideDeckPavementg

(,,,)GuandonransortationTechnoloestino．Ltd．Guanzhou５１０５５０,GuandonChinaggTpgyTgCggg

,WANGZCHENHuaＧminhiＧxiangg

,,wasstudiedbensiletestandsheartestandtheeffectsofsurfacerouhnessofsteelplateytg

thicknessofeachlaerofMMAwaterroofbondsstem,constructiontemeratureandypypthatrouhsteeldeckandeoxincＧrichprimercanimrovethebondintrenthofwaterroofgpyzpgsgpbondinlaer．Thearoriatethicknessofprimeris６０Ｇ８０μm,thearoriatethicknessofgyppppppMMAis２．５Ｇ３．５mm,andthearoriatethicknessofbondinlaeris８０μm．Theconstructionpppgyofeachlaershouldbecomletedat２５℃Ｇ４０℃,andtherelativehumiditfenvironmentshouldypyonotexceed６０％．

:;w;MMAw;Keordssteeldeckpavementaterdamaeaterroofbondinaerconstructiongpglyywenvironmentalhumiditnitsbondstrenthandshearstrenthwereanalzed．Theresultsshowyoggy

:AbstractInordertoensurethatthesteelbridedeckpavementhasgoodwaterdamaegg,resistancetheconstructioncontrolofwaterroofbondinaerofsteelbridedeckpavementpglyg

control

０　引　言

水黏结层间存在一定量的水分,极易导致鼓包、脱层等病害.同时,在重载交通的使用条件下,车辆行驶所产生的动水压力将促使浸入铺装层内部的水分进一步破坏铺装层与钢桥面的黏结效应,并腐蚀钢桥

]７

.由此可见,表面结构[水分对钢桥面铺装体系的

１]

,高的跨江沿海地区[且多采用正交异性钢桥面加２Ｇ３]

.调查研究发铺沥青面层形成的刚柔复合结构[Ｇ

４Ｇ５]

,现[多数钢桥面铺装实体工程的使用寿命均难以

目前,中国大跨径桥梁多处于湿度较大、温度较

影响是不可轻视的,桥面防水黏结层的黏结强度较低或防水黏结层失效是钢桥面铺装层水损害产生的

８]

.主要原因之一[

达到设计年限,究其原因在于:一方面沥青混凝土铺另一方面在于施工过程中湿热多雨的气候条件使防

６]

;装结构层常处于高应力状态,容易产生疲劳破坏[

工程界对湿热多雨地区钢桥面铺装材料鼓包病

收稿日期:２０１８Ｇ１１Ｇ０７

),作者简介:陈华明(男,广东韶关人,工程师,从事道路桥梁材料检测与研发工作.１９８７Ｇ

１２８

害的产生机理以及沥青混凝土铺装体系的黏结特性尚未清晰把握,适用于湿热多雨气候条件的钢桥面铺装质量控制标准的研究仍处于起步阶段,如何有效提高防水黏结层的施工质量是亟待解决的问题.本文基于钢桥面防水黏结层的施工工序,通过对防水黏结层各层材料进行拉拔试验,研究钢桥面粗糙度、防水黏结材料各层厚度、施工温度、环境湿度等关键因素对防水黏结体系的影响,为现场的施工及检测提供一种质量控制技术,从而提高钢桥面铺装层的抗水损害能力.

　试验材料和方法

．１　原材料

本研究采用MMA防水黏结材料,其基本技术指标如表１所示.MMA防水黏结材料是一种双组分环氧树脂,不但能够有效防止水分和氯离子的渗透和侵蚀,而且具有良好的低温柔性和黏结效应.为增强钢桥面的防腐能力,在钢桥面与防水黏结材料之间铺设一层环氧富锌漆,其技术指标如表２所示.

表１　MMA技术指标

指标实测值技术要求拉伸强度/MPa

１３０＞９

断裂延伸率/％１３６１０撕裂强度/(N􀅰mm－１)

８≥~２００邵氏硬度９２＞６０抗渗透性

０

２０

８５表２　环氧富锌漆技术指标

指标

实测值技术要求黏度(２５℃ISO６＃杯)/s

１１００≥１６表干时间/２５℃min≤５完全固化时间/d

８３

０７５≤~７

邵氏硬度

９５

．２　试验方法

防水黏结层处于钢桥面和沥青铺装层之间,其黏结效果对钢桥面铺装的结构组合以及整体性具有至关重要的作用.钢桥面进行桥面铺装时,先要对桥面进行抛丸清洁,然后涂抹底漆;待漆膜干燥后进行防水黏结材料的喷涂,施工完成各项指标经检测合格后涂抹黏结层,至此防水黏结体系施工完成

[９Ｇ１０

]考虑到实际防水黏结层体系施工时的.

具体工序,本研究通过拉拔试验对防水黏结层体系的黏结

效应及其影响因素进行逐层研究,并通过剪切试验对其抗剪切性能进行评价.

１．２．１为确保试验条件的一致性　拉拔试验

,拉头与所有试样间均通过环氧黏结剂固定,如图试样固定在图程中钢板固定１,拉头随万能试验机上移(b)所示的上下１(夹a)具所示之,间,将制备直至试样破

.试验的过坏,得到破坏时的拉拔力,通过式(强度Pl.

１)计算得到拉拔Pl＝

FAl

(１

)式中:Fl为试样破坏时的拉拔力(

N);A为直径为５０mm的拉头底面面积.

图１．２．２１　拉拔试验

通过铺装整体的剪切试验　剪切试验

,对防水黏结层的抗剪切能力进行验证,从而研究钢桥面铺装层对脱层、推移等病害的抵抗能力.本研究注重研究防水黏结体系,因此沥青混合料上涂布一层青,成型试件如图SMAＧ１３改性沥的装置上,通过式２(２

()a计算试件的抗剪强度)所示,将其置于图２P(b)所示S.PS＝

FSS

×sinβ(２)式中:FS为剪切试验过程中的最大剪切力(N);S为

钢板面积(１００mm×１００mm);β为４

５°.１２９

１１１图２　剪切试验

２　施工质量检测的拉拔速率

底漆、速率响应不同MM,A以及黏结层材料对拉拔试验的拉拔

因此基于施工工序对各层材料适宜的拉拔速率进行确定.按照钢桥面处理(粗糙度涂抹底漆(单层厚约Ⅲ级)

、m６０μm、喷涂MMA(厚度为２试验时拉头分别黏结于底漆表面m)以及喷洒黏结层(单层厚约)８０、μm)的施工工序．５

,结层表面,在试验温度MMA表面以及黏环境下,进行拉拔试验,结果如图１０、２０、３占整个试样面积的比例为破坏界面占比３０m２５℃所示m.􀅰、相对空气湿度为１

等不同速率下的６０％的

－试样破坏时其破坏界面min

.

图通过图３　不同拉拔速率下的拉拔强度

随着拉拔试验速率的增大,

底漆层的拉拔强度逐渐增大３可以看出,,其破坏界面占比也逐

渐增大,在占比可达３０mm􀅰min

－１

的拉拔速率下,破坏界面黏结强度８.０随着拉拔速率的增大％,能够有效反映钢面板与底漆之间的,测得MMA和黏结层的拉拔强度逐渐降低,同时其破坏界面占比也

逐渐减小,在－１破坏界面占比均在１０mm８０􀅰其施工质量检验时的拉拔速率

％mi的拉拔速率下,两者的左右n.因此,

在对钢桥面涂抹环氧富锌底漆后,可取３０mm􀅰min

－１

,在MMA防水层和黏结层施１３０

工完毕后,采用度检测.

１０mm􀅰min

－１

的拉拔速度进行强３　MMA防水黏结效果的影响因素

３．１　钢桥面粗糙度

通过角磨机将钢板打磨粗糙,从而模拟施工时

对钢桥表面的处理,采用纸测定钢板打磨后的粗糙度Test.exP在不同粗糙度的钢板

ressＧOＧFlim测试表面涂抹６０μm的底漆并在黏结拉头后进行拉拔试验,结果如表　钢板表面粗糙度对拉拔强度的影响

３所示.

表３粗糙度分级表面粗糙度/Ⅰμ

m拉拔强度/１MPa破坏界面占比/％未打磨ⅡⅢ２０~３８６．４　　Ⅳ

６３４８~~１６１４

５９．７９４６３．９．．３７５２１

８７３８５．２９．．６８

通过表３可以看出,

对于未打磨的钢板而言,其拉拔强度处于较低水平.钢板粗糙的表面有利于底漆的黏结,粗糙度等级越高,拉拔强度越大.但鉴于粗糙度达到到现场施工时对钢板表面粗糙度处理工程量以及经Ⅲ级以后,拉拔强度增大幅度较小,考虑济性,钢桥面的粗糙度处理达到．２　底漆厚度

Ⅲ级即可.３底漆在钢桥面铺装体系中主要起防止钢板生锈的作用,底漆的厚度也是防水黏结体系施工控制的一个重要环节.在钢板打磨至粗糙度上,涂抹不同厚度(Ⅲ级的基础进行拉拔试验,结果如表４０、６０、４８０所示、１００.

、１２０μm)的底漆,表４　不同底漆厚度对拉拔强度的影响

底漆厚度/４μ

m拉拔强度/５MPa破坏界面占比/５％破坏界面位置钢板与底漆间６０８０８９．３钢板与底漆间１００

９．７．１０８９０．．５钢板与底漆间底漆与拉头间１２００４．３３２０３．．３３３４

４４９４．２．５７

底漆与拉头间

　　通过表４可以看出:

随着底漆厚度的增加,拉拔强度先增加后减小,当底漆厚度在强度达到最大;底漆厚度小于６０μ拉拔界面均发生在钢板和底漆之间６m时,;０当底漆厚度增加到μm时,拉拔破坏超过８０μm之后,破坏界面基本发生在拉头和底漆之间,且抗拉强度降低.根据相关规范要求,钢桥面如果喷洒底漆,其拉拔强度要达到５MPa以上,

因此底漆厚度宜为３．３　MMA厚度

６０~８０μm.为合理控制０MMA用量,在表面粗糙度为μm厚的底漆,漆膜干燥后Ⅲ级

的钢板上涂抹６待,通过制作厚度为筑不同厚度０．５、１．５、２．５头养护１２hMMA表５,

然后进行拉拔试验,用玻璃棒、３沿．５m模m的模框进而浇　不同MMA厚度对拉拔强度的影响

,结果如表框刮平后５黏所示结拉.MMA厚度/拉拔强度/破坏界面位置０mm

１．５１MPa破坏界面占比/２．６％

．６６６５．MMA层２．．５４MMA层　　３．５５

２．６．３８８９７

７９．９１６７９．．２４

MMAMMA层

层与拉头间

通过表５可以看出:防水层厚度较小时,未形成良好的黏结结构层,因此抗拉强度相对较低;随着防水层厚度的增加,拉拔强度增大,当防水层厚度达到２．５mm左右时,拉拔强度达到较大水平;防水层厚度持续增大,拉拔强度有所下降.因此,施工时防水层厚度宜选择３．４　黏结层厚度

２􀆰５~３􀆰５mm.

黏结层作为防水体系及与沥青面层的联结层,其施工质量的重要性不言而喻.为此,对１２０、１６０μm四种黏结层厚度下的拉拔强度４进０行、８０试、

验,研究黏结层厚度对MMA体系黏结效应的影响.在表面粗糙度为Ⅲ级的钢板上涂抹的底漆,待漆膜干燥后,浇筑２．５mm的６０μm厚料,成型后在其上喷洒不同厚度的黏结层改性乳化MMA材沥青,然后测得其拉拔强度,结果如表６所示.

表６　不同黏结层厚度对拉拔强度的影响

黏结层厚度/拉拔强度/MPa破坏界面占比/破坏界面位置４μ

m１％

１８０２０

１．３MMA与黏结层间１．０７６７６．７MMA与黏结层间黏结层与拉头间　　１６００

１．６．３１１６

７６８７．３．７．８５

黏结层与拉头间

通过表６可以看出,

随着黏结层厚度的增加,拉拔强度先增加后减小,黏结层厚度达到拉拔强度最大,随后持续增厚黏结层并没有使黏结８０μm时其强度增加,而过厚的黏结层会导致发生在黏结层与拉头界面的破坏面面积增大,因此适宜的黏结层厚度为３．５　８施工温度

０μm.

施工温度影响防水黏结体系各结构层的黏结强度,进而影响钢桥面铺装层的抗水损害能力[

１１]

因此有必要确定出防水黏结层的最佳施工温度,.按施工工序对各层材料的施工温度进行研究,分别在不同温度条件下成型试件,然后置于环境箱中保温果如图２４４h所示,控制相应加.

载速率进行拉拔试验,结图通过图种黏结材料的拉拔４可４以　不同温度下的拉拔强度

看出,随着试验温度的升高,强度逐渐降低,在常温(３

下其拉拔强度均较大.温度一方面会影响２材５料℃强)度的形成;另一方面,随着温度升高材料逐渐软化,导致其黏结力减小.３种材料的拉拔强度与温度均成对数递减关系,相关系数均可达上.因此,为确保钢桥面铺装层具有较好０􀆰的９９以抵抗水损害能力,防水黏结体系的施工温度均控制在５．６℃左右.

　环境湿度

水分的存在导致防水黏结材料的黏结效应降低,甚至使层间黏结失效,因此需要研究环境湿度对防水黏结材料黏结强度的影响.在温度为相对空气湿度分别为４０％、６０％２５℃且养护、８０结果如图２％４h、１０后测试拉０％的条件下成型经不同工序后的试件,拔强度,体系的拉拔强度逐渐下降５可以看出５所示.

由图:相对空气湿度增大,防水黏结

;空气相对湿度超过以后,拉拔强度下降幅度相对变大,尤其是底漆层在

６０％施工时受到环境湿度的影响最为显著.因此,在施工时要注意控制施工现场的空气湿度,如果湿度较

大,则要通过养生技术手段严格进行控制,确保施工环境的相对湿度不超过６０％.

１３１

２３图５　不同湿度下的拉拔强度

　防水黏结层的抗剪切性能

行驶在桥面上的车辆在发生紧急制动或加速的过程中,铺装层会受到较大的剪切力,防水黏结层的抗剪切性能衰减或失效是钢桥面铺装发生脱层或推

移的原因[

１２

]抗剪切性能,.结合各层材料的黏结强度通过剪切试验评价防水,黏研究影响体结体系的系抗剪切性能的因素.

．１　施工温度

在粗糙度为漆,浇筑Ⅲ级的钢板上涂抹６０μm厚的底结层,然后在此基础上浇筑２􀆰５mm厚的MMA后喷洒青混合料.将此试件置于相３０m对湿m厚的８０度为６Sμ０MAm厚的黏％的Ｇ１环０沥

境箱内,在不同温度条件下分别养护,结果如表表７７所示.

２４h后测试其抗剪强度　不同温度下的抗剪强度

温度/抗剪强度/２℃３５３MPa

４０２．５０１．０６４０６００１．８７７０．８００

０．４８００．５．６４５５

　　通过表７可以看出,

随着温度升高,试件的抗剪强度逐渐降低.这是由于:温度过高,防水黏结材料随着时间的延长逐渐软化,抗剪能力下降.考虑到施工时虽然不能直接对防水黏结层的抗剪强度进行检测,但可在每层施工结束后进行拉拔试验检测,两者之间的关系如图６所示.通过图６可以看出,不１３２

图同温度条件下６　不同温度下的抗剪强度与拉拔强度

,防水黏结体系的抗剪强度和拉拔强度之间具有一定的相关性,底漆的施工质量对防水黏结体系抗剪强度的影响最大,其次是料.因此,要确保防水黏结体系具有较大的抗剪强MMA材

度,其底漆和MMA材料的施工质量必须严格控制.现场底漆、MMA材料施工后的拉拔检测结果证明,满足拉拔强度指标的施工可保证钢桥面铺装具有良好的抗剪性能.

．２　环境湿度

在粗糙度为漆,浇筑Ⅲ级的钢板上涂抹６０μm厚的底结层,然后在此基础上浇筑２．５mm厚的MMA后喷洒青混合料.将此试件在３０mm厚的８０SμMAm厚的黏

Ｇ１０沥

度的环境箱内,养２５护℃常温环境下置于不同相对湿２４h后检测其抗剪强度,结果如表８所示.

表８　不同湿度下的抗剪强度

湿度/抗剪强度/４％６００３３．MPa

　　１０８００

２．３２．１０．３４０２１

通过表８可以看出,

环境湿度增加导致铺装层与防水黏结层之间的抗剪强度下降,而且当相对空气湿度超过降低幅度相对变６降低幅度明显增大,随小０.％后,后相较于温度对其抗剪强度的影响,湿度增大引起抗剪强度下降的幅度相对较小.分析认为,湿度增大导致水分进入黏结层与沥青层之间影响两者的黏结,是抗剪强度下降的主要原因,这不同于温度导致黏结材料自身抗剪

４４４能力和黏结能力的下降,湿度较大更多地是弱化了黏结层的黏结能力.因此,为确保足够的抗剪强度,在防水黏结层上铺装沥青面层时,需要控制环境相对湿度不超过拉拔强度之间的关系如图６０％７.所示抗剪.

强度和各层材料

图通过图７７　抗剪强度与拉拔强度之间的关系

可以看出,防水黏结体系的抗剪强度

和MMAMMA防水层的拉拔强度之间的相关性最大,在

防水层施工完成后进行拉拔强度检测,

可评价其防水黏结体系的抗剪强度受环境湿度的影响.

．３　剪切速率

行车荷载在桥面铺装层产生的冲击可以通过剪切速率进行模拟,因此在标准条件下制作试件分别

进行加载速率为验,结果如表９所示５、１０.

、１５、２０mm􀅰min

－１的剪切试表９　不同剪切速率下的抗剪强度

剪切速率/(m－抗剪强度/５

m􀅰min

１)１１１０２．５MPa

３．２　　２５０

３．４２．０２１５

通过表９可以发现,

随着剪切速率的增大,防水黏结层的抗剪强度逐渐增大.这说明防水黏结层与沥青面层底部的黏滞效应与剪切速率正相关,剪切速率越大,黏滞效应越强,克服这种黏滞效应所需的剪切力越大,抗剪强度也越大.对于结体系来说,其抵抗高剪切速率破坏的能力要强于MMA防水黏抵抗低剪切速率下的破坏,这说明在钢桥面铺装路面中,低速率行驶的车辆将会对钢桥面铺装层产生较大的剪切破环.

５　结钢桥面铺装防水黏结层的施工需从钢桥面处理

　语

到黏结层铺设层层进行控制,施工时对钢桥表面打磨处理并涂抹环氧富锌底漆有利于提高防水黏结层的黏结强度,底漆涂抹不宜过厚,控制在即可,然后依次铺设２条件下施工５８℃~０μ４m黏结层.２施．５工~时３．５m６０~８０μm

确保m的施工MMA防水层

和温度控制在

０℃,防水黏结层不但具有较高的黏结强度,环境的相对湿度不超过６０％,在这种,

而且具有良好的抗剪切能力.底漆层和施工完成后应在现场对其拉拔强度进行检测MMA层

,以预估防水黏结体系的抗剪切强度.参考文献:

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科学技[责任编辑:王玉玲]

１３３

４