[分享]不同水泥混凝土桥面沥青铺装防水黏结层性能

为保障依托工程水泥混凝土桥面与沥青铺装层间的良好黏结与防水，推荐用于桥面用防水黏结层方案，选择了FYT-2型和SBS改性沥青防水黏结涂料以及SBS改性沥青＋同步碎石防水黏结层，开展各类模拟试验，对比研究不同防水黏结材料的技术性能指标。试验结果表明：三种防水黏结层的黏结性能、高温耐热性、低温柔韧性、耐酸碱盐腐蚀性、抗油污染性、不透水性及抗集料刺破性能等各有优劣，沥青铺装层混凝土集料对防水黏结层的黏结性能、不透水性能有影响，SBS改性沥青＋同步碎石更适用于桥面沥青铺装的防水黏结层。

水泥混凝土桥面 | 沥青铺装|防水黏结层 | 技术性能 | 模拟试验

防水黏结层作为桥面铺装结构的中间层，具有“承上启下”的功能，对防止桥面铺装病害的发生起着重要作用。其主要功能为黏结、防水和应力吸收层，此外还应具有良好的稳定性和耐久性能。许多国家都对防水黏结层的设置比较重视。20世纪８0年代法国首先开始了对同步碎石防水黏结封层的使用。2002年引入中国后，国内对其开展了研究［１－5］。屈娜通过大量试验提出同步碎石作为桥面防水黏结层时石料的撒布率为60％～70％，沥青结合料与石料的重量比为１0％左右，并通过ＺＨＹ结构层材料渗透仪的试验研究，证明了同步碎石防水黏结层的不透水性能指标达到要求甚至优于厚卷材［6］。曾蔚采用固定正压力直剪法，分别在25℃、40℃、60℃温度下对卷材类、同步碎石黏结层、涂膜类三种防水黏结层抗剪强度进行试验研究，通过对比分析，得出同步碎石防水黏结层抗剪性能较为优良的结论［7］。杨育生对同步碎石沥青混合料桥面铺装防水黏结层的可行性进行了分析；通过一系列实验确定了同步碎石最佳沥青洒布量为１．4ｋｇ／ｍ^2，最佳石料撒布量为８．0ｋｇ／ｍ^2；在后续的研究中，又针对同步碎石防水黏结层剪切破坏界面上出现的“白碎石”问题，提出了“两油一料”改进方法［８，9］。这为同步碎石防水材料应用于桥面防水提供了可靠的依据，对其在全国的推广具有一定的参考作用。

本文针对依托工程桥面铺装的需要，主要对FYT-2、SBS改性沥青和SBS改性沥青＋同步碎石三种水泥混凝土桥面沥青铺装层间防水黏结材料的技术性能进行系统的室内试验研究及分析，为桥面铺装层间设计提供试验依据，为桥梁工程的建设和各种病害防治提供技术支撑。

在《道桥用防水涂料》规范［１0］中，对防水黏结层提出了多方面的性能要求。

（１）足够的黏结和剪切能力：桥面铺装层间防水黏结层ＰＢ－Ｉ型涂料在高温50℃时剪切强度≥0．１5ＭＰａ，ＰＢ－ＩＩ型涂料在高温50℃时剪切强度≥0．20ＭＰａ，且桥面铺装层间防水黏结层在高温50℃时黏结强度≥0．050ＭＰａ。

（2）不透水性能：防水涂料涂膜在0．3ＭＰａ水压力作用下，涂膜30ｍｉｎ内应保持不透水，不透水仪内部水柱高度保持不变。

（3）热刺破后抗渗性能：防水黏结涂料热碾压后的抗渗性能应该在0．１ＭＰａ的水压力作用下30ｍｉｎ以内不透水。

（4）高温性能和低温性能：防水材料的高、低温性能的标准见表１。

（5）变形协调性：要求足够的抗拉强度抵抗变形；足够的变形延伸性能。具体要求见表１。

（6）耐久性：指耐老化性能和耐疲劳性能。关于防水黏结材料热老化后的各种性能指标要求见表１。

（7）抗污染性：所选用的防水黏结层应当拥有良好的抵抗各种有机油污染的能力，即使在被污染情况下，还能保证自身结构完整，确保工程质量。

（８）耐酸、碱及盐性：防水黏结材料经盐处理后的各项性能要求，见表１。

试验选用ＦＹＴ道桥防水黏结材料和SBS改性沥青两种防水黏结涂膜材料，与SBS改性沥青＋同步碎石防水黏结层进行性能比较。

ＦＹＴ道桥防水黏结材料来自湖南某新材料有限公司。该涂料的主要成分为阳离子氯丁胶乳化沥青，一般分为１、2号料。两种料可以同时使用亦可以分开使用，同时使用时通常将１号料作为底涂层，用量１．45～１．52ｋｇ／ｍ2，实干后，用2号料，按0．１～0．１5ｋｇ／ｍ2用量喷涂第二层。2号料可单独使用，在桥面板整平处理干净后即可喷涂，一般分两到三次喷涂，喷涂量视具体工程要求而定，但要求第一次喷涂应该薄且均匀。喷涂结束后不能立即进行铺装工作，而是应该养护24ｈ以上才进行下一道工序。

SBS改性沥青为厦门华特集团有限公司提供的Ｉ－Ｄ等级的SBS改性沥青，其技术性能指标测试结果见表2。《公路沥青路面施工技术规范》［１１］对黏结层沥青的用量建议通过试洒确定，撒布量为１．2ｋｇ／ｍ2，然后撒布4～6ｍｍ石屑。在实际工程应用中，SBS改性沥青通常结合同步碎石技术一起使用，经济且耐久性良好。本文同步碎石中所用碎石为9．5～１3．2ｍｍ单一粒径碎石，其技术指标均符合技术规范要求［１１］。

防水黏结材料自身质量的好坏是防水黏结层耐久性良好的前提。在参考国外研究及结合我国桥面铺装实际情况的基础上，本文主要对原材料的高温耐热性、低温柔韧性、耐酸碱盐性、抗污染性、黏结强度、不透水性及热刺破后渗水性能等几个方面进行深入研究。

桥面铺装在实际的使用过程中，高温季节最高温度往往能够达到60℃～70℃，即使防水黏结层处在路面下，温度也较高。对于SBS改性沥青撒同步碎石，其撒布完后一般不会马上进行桥面铺装，而是直接暴露在自然环境下。此外，在进行铺装层施工时，高温热集料会对防水黏结层产生巨大热冲击。因而，防水黏结材料高温性能的好坏主要包括两个方面：其一，高温季节阳光直射下不发生软化、流淌等现象；其二，高温热冲击下不发生变形、流淌等现象。

制作厚度为4ｃｍ的水泥混凝土板，并对其表面凿毛处理，模拟现场桥面情况。将其切割成尺寸为50ｍｍ×１20ｍｍ×40ｍｍ的水泥块，去浮浆、清洁干净，单面刷涂料。其中对一组撒SBS改性沥青的试件的表面撒布粒径为9．5～１3．2ｍｍ的碎石。

将ＦＹＴ桥面防水涂料试件、SBS改性沥青涂料试件及SBS改性沥青涂料＋同步碎石试件按45°斜角放置于鼓风恒温箱内，试件边缘至箱壁的距离应≥50ｍｍ，加热一定时间后观察试件表面有无起泡、流淌及碎石有无松动等现象。加热分两种方式：

（１）１65℃，加热30ｍｉｎ；（2）60℃，加热１ｈ。前者模拟沥青铺装层施工条件，考虑沥青铺装层摊铺过程中热集料将对防水黏结层产生高温热冲击。

由图１观察发现，对于第一种加热方式，ＦＹＴ－2型防水黏结材料的高温耐热性能最好，无气泡，无流淌现象；SBS改性沥青涂料有少许气泡，无流淌现象；而SBS改性沥青涂料＋同步碎石高温耐热性能稍差，有少许气泡，并有个别碎石脱落。SBS改性沥青＋同步碎石处理试件的高温耐热性能稍差的原因，可能是SBS防水黏结材料在撒布碎石时用量较单独使用时撒布量多，因而在高温情况下，更容易出现流淌等现象。因此，同步碎石防水黏结层施工完后，在摊铺沥青铺装层时，应当尽量避免施工车辆的刹车、转弯等，以避免对防水黏结层造成破坏。

对于第二种加热方式，见图2，SBS改性沥青和同步碎石防水黏结层在夏季高温60℃时的热稳定性均良好。同步碎石防水黏结层技术在实际工程中作为临时施工便道路面也是切实可行的。

低温柔韧性是材料性能的一个常用指标，通常用以表示材料在低温条件下的柔软程度。例如热塑性塑料通常随着温度的降低，柔曲性下降，直至到达某一极限温度变脆。为确保工程质量，道桥用防水黏结材料应当在最恶劣的低温坏境下，不发生开裂现象。

试验时，在剥离纸光滑面上分别涂刷ＦＹＴ防水黏结材料和SBS改性沥青，涂刷厚度0．5～0．6ｍｍ，在25℃室温下静置一个星期后，再将其剪成25ｍｍ×１20ｍｍ大小的长条形试件。然后将剪好的长条形试件和直径１0ｍｍ大小的金属棒同时放入已达设定恒温（三种低温：－20℃，－１0℃，－5℃）的低温环境箱（可调温度范围－60℃～８0℃）中冰冻2ｈ，将试件绕金属棒在2～3ｓ内均衡弯曲１８0°，观察防水黏结材料有无裂纹。

由图3结果发现，在三种低温条件下，FYT-2型防水黏结材料试件均无任何开裂现象。而SBS改性沥青试件在－5℃时还保持完好，在－１0℃时仍有一定柔度，但弯曲时已有裂纹，－20℃时有相应柔度，弯曲时脆裂。

桥面防水黏结层的极限低温与桥梁所处的地理位置及铺装层厚度息息相关。冬季低温季节，防水黏结层的脆性往往会在一定程度上增强，与此同时，水泥混凝土桥面也有可能由于低温收缩而产生裂缝，从而导致黏结层断裂，进而诱发各种病害的出现，因而良好的低温柔韧性是防水黏结层必不可少的。依托项目所在地区冬季平均气温为7．2℃，气温最低的月份为１月，该月的平均气温仅6℃。虽然70年代末出现过－１８．9℃的极端温度，但近30年来冬季平均温度出现明显上升趋势，极端温度已经很少出现。事实上，项目所在地的极端温度不可能低于－１0℃，一般部位的防水黏结层在交通车辆作用下也不可能发生１８0℃弯曲，在桥边缘护栏位置的防水黏结层弯曲角度也不会超过90℃。因此，所选用的两种防水黏结材料均能满足低温柔韧性要求，并且ＦＹＴ的耐低温性能优于SBS改性沥青的耐低温性能。

防水黏结层遭遇酸、碱及盐溶液的可能性虽然比较低，但为了确保工程质量的耐久性，也应该加以考虑。尤其是盐介质，一旦与防水黏结层发生物理化学反应，产生破坏，则盐份会随水进一步渗透至水泥混凝土桥面，随着水泥混凝土板的裂缝渗透至水泥混凝土结构内部，锈蚀钢筋，将对桥梁结构造成巨大破坏。

试验时，在制作好的水泥板试块上，单面涂刷涂料。其中一组涂刷SBS改性沥青的试件表面撒碎石处理。然后将准备好的试件在酸碱（2％浓度的硫酸溶液，2％浓度的氢氧化钠溶液）中浸泡360ｈ（１5ｄ），在20％浓度氯化钠溶液中浸泡１6８ｈ（7ｄ）。浸泡后用毛巾吸干表面溶液，观察不同溶液浸泡的防水黏结层有无剥落、起泡等现象，撒布碎石的试块有无碎石松动、脱落等现象。

由图4结果发现，FYT-2型防水黏结涂料试件在三种浸泡方式处理后，均无不良现象，试件表面完好，说明这种防水黏结材料抗酸、碱及盐的性能良好。

SBS改性沥青防水黏结涂料试件在碱性环境下表面完好，无不良现象；在长时间酸性浸泡条件下表面基本完好，无剥落，但有轻微的直径１ｍｍ左右的气泡；而盐溶液对其影响较大，尽管试件表面无剥落，但出现了多处直径１～１．5ｍｍ的坑洞。因而冬季采用撒盐加速桥面冰块融化的方式会对SBS改性沥青防水黏结层产生不利影响。

同样的，碱性环境对SBS改性沥青涂料＋同步碎石试件也无不良影响，并且酸、盐对SBS改性沥青涂料＋同步碎石试件的影响也弱于单独使用SBS改性沥青涂料的试件的影响。在酸性环境下也出现了少量直径１ｍｍ左右的气泡，在盐分环境下表明有少许直径１～１．5ｍｍ的坑洞，碎石均无脱落现象。

尽管施工水平日益提高，但是有些偶然事件也是在所难免的，比如在防水黏结层施工过程中或施工完后，施工车辆在其上面经过时可能遗漏少量汽油、柴油及机油等。汽油、柴油及机油的主要化学成分都是高分子有机物，有可能与防水黏结材料发生某些复杂的化学反应，影响其防水黏结效果。因而，研究汽油、柴油及机油等有机油对防水黏结层性能的影响是很有必要的。

试验时，在制作好的水泥混凝土试块上单面涂刷涂料，涂料不能将凿毛凹处完全填满。并对其中一组SBS改性沥青涂料的试件表面撒碎石处理。然后将一定量的汽油和柴油撒在凿毛凹处，其中，对于撒同步碎石的试件则直接洒在试件表面。等其自由挥发24ｈ后，用干净的抹布把凿毛凹处残留的汽油（柴油、机油）清理干净，其中，撒碎石的试件用干抹布吸干净表面的汽油（柴油、机油）。仔细观察防水黏结层的受损情况。

由图5结果发现，在柴油和机油浸泡后，三类试件均无不良现象出现。但在汽油浸泡过后，三类试件均出现了不同程度的损害，且汽油对SBS改性沥青涂料的损害较为严重。FYT-2型防水黏结材料试件表面有气泡，出现轻微的涂层剥落；SBS改性沥青试件表面有气泡，并且存在严重的涂层剥落；SBS改性沥青＋同步碎石试件表面无剥落现象，但出现了少许的直径１～１．5ｍｍ的坑洞。这是因为汽油对沥青有很强的溶解能力，少量的汽油即可对沥青类防水涂层产生很大的破坏。因而在实际施工过程中，应定期检查施工车辆是否漏油等问题，根绝污染。

另外，撒布碎石的SBS改性沥青防水材料试件的抗汽油污染能力明显强于不撒碎石的SBS改性沥青防水涂料试件，这主要是因为碎石对SBS改性沥青涂料具体一定的覆盖、保护作用，大多数的汽油主要吸附在碎石上，且汽油易挥发，因而影响很小。因此撒铺碎石能有效地提高防水黏结涂料的抗污染能力。

防水黏结层作为水泥混凝土桥面与沥青混凝土铺装层的中间层，应当具备足够的黏结强度。本研究借助ＭＴＳ８１0万能材料试验系统测定层间防水黏结材料的黏结强度。

试验时，在制作好的水泥混凝土板表面涂刷不同的防水黏结材料，其厚度为0．5～0．6ｍｍ，其后立即用另一个水泥混凝土板盖住，施加压力使其充分黏结成组合板，然后在常温下静置7ｄ，随后将组合板切割成８0ｍｍ×８0ｍｍ×１00ｍｍ的试块，放置3ｄ待用。

将切割好的试块放置在20±2℃的ＭＴＳ恒温箱保温6ｈ，然后安装在与ＭＴＳ配套的拉拔夹具上，以50ｍｍ／ｍｉｎ速度进行拉拔试验。

由表3可知，相同条件下SBS改性沥青的黏结强度高于ＦＹＴ防水黏结材料的黏结强度，但均满足技术规范要求。

桥面铺装防水黏结层的一个主要功能就是防止雨水在桥梁正常使用年限内通过铺装层渗入桥梁主体结构，这就要求所设置的防水黏结层必须拥有很好的不透水能力。因而，对所使用的防水黏结材料的不透水性能的检验是非常有必要的。

试验时，在干净、干燥的牛皮纸正面，分别均匀涂刷ＦＹＴ型防水黏结材料和SBS改性沥青，其厚度为0．5～0．6ｍｍ，在室温下放置7ｄ。

然后将涂有防水黏结材料的牛皮纸放在干燥、平整的地板上，将路面渗水仪放置于防水黏结材料涂膜上，水柱高60ｃｍ，仔细观察渗水仪里面水柱的变化情况，30ｍｉｎ后观察牛皮纸背面及地面是否潮湿。

结果发现，FYT-2型防水黏结材料试件上渗水仪水柱未下降，牛皮纸背面无渗水，地面无潮湿；SBS改性沥青涂料试件上渗水仪水柱也无下降，牛皮纸背面无渗水，地面无潮湿。因此，试验选用的两种防水黏结材料的不透水性能均能达到规范要求。

防水黏结层上铺筑沥青混凝土时，沥青混凝土中的高温热骨料在压路机作用下容易对防水黏结层产生刺破损坏。通过室内轮碾试验模拟现场施工中防水黏结层抵抗热集料刺破的能力。

试验时，将FYT-2型防水黏结材料按工程最佳用量分三次涂在表面光滑的牛皮纸上，每一次涂刷均应等上一次涂刷完全干燥后才进行，且每次涂刷时间间隔不应超过24ｈ。同样的将SBS改性沥青均匀洒布在表面光滑牛皮纸上，控制其最佳洒布量１．4ｋｇ／ｍ2，并同时按60％～70％面积覆盖率撒布粒径为9．5～１3．2ｍｍ的单一粒径碎石。然后将制作好的防水黏结层涂膜裁剪成300ｍｍ×300ｍｍ，室温下静止7ｄ。其后将裁剪好的防水黏结层涂膜铺设在事先在车辙板模具中制作好的标准车辙板试件上。

经设计计算ＡＣ－20上限、下限、中值及ＡＣ－20Ｃ四种级配的沥青混合料，以反映现场级配不同离散程度的沥青混合料，考察级配差异性对防水黏结层抗热集料刺破性能的影响。在预热车辙板模具后，将搅拌好的四种级配沥青混合料分别倒入模具内车辙板上。然后利用轮碾机进行碾压试验。碾压时，先在一个方向碾压2个来回，然后升起碾压轮，将模具改变前后方向，继续碾压１2个往返。碾压完成后，将车辙板进行脱模，并仔细观察防水黏结材料涂膜层背面的刺破情况。

由图6和图7结果表明，铺筑四种级配沥青混合料时，在热碾压后两种防水黏结涂膜均发生不同程度刺破。其中，ＡＣ－20级配下限的沥青混合料对防水黏结涂膜的刺破现象最为严重，ＡＣ－20上限的沥青混合料的刺破影响最小，这是因为公称粒径相同时，级配下限的沥青混合料的粗骨料多于级配上限的沥青混合料，粗集料刺破防水黏结涂膜的概率增大。SBS改性沥青＋同步碎石防水黏结涂膜背面黑点数量明显少于FYT-2型防水黏结材料涂膜背面情形，因此前者的抗热集料刺破能力强于后者的抗热集料刺破能力。

根据上述研究分析，可以归纳得到以下几点主要结论。

（１）SBS改性沥青的层间黏结性能方面优于FYT-2型防水黏结涂料。

（2）FYT-2型防水黏结材料的高温耐热性能和低温柔韧性优于SBS改性沥青，且两者在高温稳定性和低温柔韧性方面均满足工程要求。

（3）在抗酸、碱、盐溶液及污染方面，FYT-2型防水黏结涂料优于SBS改性沥青涂料。FYT-2型防水黏结材料几乎不受酸、碱、盐溶液的影响，但耐汽油腐蚀能力相对较弱。盐溶液及汽油会较为严重地影响SBS改性沥青防水黏结涂料的完整性。若在SBS改性沥青防水黏结层上撒布同步碎石，由于碎石的保护作用，使其抗污染能力优于无碎石的SBS改性沥青防水材料。

（4）FYT-2型防水黏结材料和SBS改性沥青均具有良好的不透水性能，但在热刺破后它们均发生不同程度的刺破，且SBS改性沥青＋同步碎石防水黏结层的抗热集料刺破能力强于FYT-2型防水黏结材料。沥青混凝土铺装层的级配粒径组成不同，对其下的防水黏结层的热刺破作用的影响不同，偏粗的级配集料更易对防水黏结涂料产生热刺破效应。

综上所述，可采用SBS改性沥青＋同步碎石作为沥青铺装层与水泥混凝土桥面之间的防水黏结层，其效果优于单纯使用ＦＹＴ防水黏结材料和SBS改性沥青涂膜。