摘 要

為減少STC鋪裝結構與瀝青混凝土因層間抗剪切能力差而引起路面車轍、推移等病害，采用室內試驗的方法，分別分析了6種防水粘結層方案的組合結構性能。試驗結果表明:1)防水粘結劑與STC鋪裝界面的粘結強度、組合結構粘結強度及其剪切強度均隨溫度的升高而降低;2)相同溫度下，環氧樹脂粘結劑的粘結強度和剪切強度最大，改性乳化瀝青+高粘改性瀝青+撒布碎石方案的次之;3)優選環氧樹脂粘結劑作為防水粘結層材料，推選改性乳化瀝青+高粘改性瀝青+撒布碎石方案作為STC鋪裝結構用備選防水粘結劑;4)當碎石粒徑為4.75mm~9.5mm、撒布量選用8kg/㎡、瀝青灑布量采用1.5kg/㎡時，防水粘結層與STC組合鋪裝結構的抗剪強度最大。

關鍵詞 

防水粘結劑 | STC鋪裝結構 | 粘結性能 | 剪切性能

大量工程案例表明，傳統鋼橋面存在正交異性鋼橋面板易疲勞開裂、鋼橋面瀝青鋪裝易損壞等問題[1-3]瀝青網sinoasphalt.com。為解決上述問題，提出STC鋼橋面鋪裝結構體系(即鋼板+STC主鋪裝+瀝青磨耗層鋪裝)，此體系能夠顯著提高橋面剛度，降低正交異性鋼橋面板應力，最終減少鋼橋面疲勞開裂，延長橋面鋪裝壽命[4-7]。上述體系中，STC層與瀝青磨耗層分屬剛柔性鋪裝，兩者模量差異及層間剪應力大，易使瀝青鋪裝層產生車轍、推移等病害，因此2層間需要設置結構性能穩定、防水能力強、粘結及抗剪能力強、抗高溫變形及抗柔性變形能力強的防水粘結層。防水粘結層的優劣直接影響到橋面鋪裝體系的使用壽命，因此對STC鋪裝結構體系防水粘結層開展試驗研究具有較高現實意義[8-12]。本文以運用STC鋪裝結構體系的廣東省潮汕環線高速公路榕江特大橋工程為依托，選擇現階段典型的6種防水粘結材料進行STC鋪裝層與瀝青混凝土層層間組合結構剪切及粘結性能室內試驗，對比各種材料的性能優劣勢并進行分析，推選出環氧樹脂粘結劑作為防水粘結層材料，推選改性乳化瀝青+高粘改性瀝青+撒布碎石方案作為STC鋪裝結構用備選防水粘結劑，供該橋橋面鋪裝的設計和施工參考。

榕江特大橋STC原設計鋪裝結構

榕江特大橋位于廣東省高速公路潮汕環線高速公路段，采用跨徑為(60+140+400+140+60)m的雙塔雙索面半漂浮體系斜拉橋，主梁為全鋼箱梁結構。

橋面鋪裝設計采用STC+防水粘結層+SMA-13的新型鋪裝結構形式，STC與SMA-13之間采用防水粘結層，大橋橋面鋪裝結構如圖1所示。

防水粘結層原材料

優選6類典型防水粘結層材料及組合方案，其組成、用量及基本性能分別如表1、表2所示。

防水粘結層性能對比

材料粘結強度

根據JTC975-2005《道橋用防水涂料》規范要求，采用不同溫度下室內拉拔試驗進行各類防水粘結層材料與STC混凝土界面間粘結性能評價。試驗步驟如下:1)運用車轍模具成型30cm×30cm×5cm的STC混凝土試塊，如圖2(a)所示;2)養生完成后除去STC試件表面浮漿及雜物，并對試件進行噴砂處理得到粗糙表面，如圖2(b)所示;3)在處理后的STC界面上按照表1材料及其用量進行防水粘結層涂布，并粘結試驗用拉拔頭，如圖2(c)所示;4)進行拉拔粘結強度試驗，如圖2(d)所示，試驗加載速度為10mm/min。試驗結果如表3、圖3所示。

從表3可以看出，相同溫度條件下，環氧樹脂粘結劑與STC混凝土面板的粘結強度最大，在25℃時，其粘結強度達到3.86MPa;其余所有方案25℃粘結強度均超過0.5MPa，方案5粘結強度為0.84MPa;各類防水粘結劑與STC混凝土界面粘結強度由大到小依次為:環氧樹脂粘結劑＞改性乳化瀝青+高粘改性瀝青+撒布碎石＞改性乳化瀝青+SBS改性瀝青+撒布碎石＞高粘改性瀝青+撒布碎石＞SBS改性瀝青+撒布碎石＞改性乳化瀝青;同一類型的防水粘結層與STC混凝土界面的粘結強度均隨著溫度的升高呈現不同程度的降低趨勢，究其原因是高溫致使組分中的瀝青融化，大幅降低了防水粘結層與水泥混凝土界面的粘結效果。10℃時方案5粘結強度超過1MPa;40℃時方案3~方案6粘結強度仍能達到0.5MPa，說明上述方案自身粘結強度高。

組合結構界面粘結及剪切強度

(1)組合結構粘結強度

組合結構粘結強度大，能夠有效保證STC混凝土與瀝青混合料間形成整體結構而不脫落，從而確保組合結構的長期耐久性及抗疲勞特性。采用組合結構粘結強度試驗進行最佳防水粘結層方案優選。按照規范要求制作STC混凝土車轍試件并打毛噴砂處理，按表1涂布量進行防水粘結劑涂刷，完成后加鋪瀝青混合料，養生結束后對上述試塊進行切割，得到橫截面為10cm×10cm的組合結構試件，在試件上粘結拉拔頭，在試驗溫度10℃、25℃及40℃條件下，以10mm/min的試驗速率測定組合結構粘結強度。組合結構粘結強度試驗示意如圖4所示，不同方案試驗后破壞情況如圖5所示，試驗結果如表4所示。

從圖3及表4可知，不同溫度下，環氧樹脂粘結劑的拉拔強度均最高，可將STC混凝土界面破壞，其他方案粘結強度在10℃及25℃條件下均達到0.5MPa，破壞面為防水粘結層界面，方案5在25℃時拉拔強度達到0.85MPa;40℃條件下，除環氧樹脂粘結劑的組合結構粘結強度達到0.82MPa，其余均在0.5MPa以下。

綜上分析，各防水粘結層的組合結構粘結強度均隨著溫度的升高而降低。組合結構粘結強度環氧樹脂粘結劑最大，改性乳化瀝青+高粘改性瀝青+撒布碎石方案次之。

(2)組合結構剪切強度

各類型的防水粘結層與STC混凝土及瀝青鋪裝組合結構間的綜合抗剪能力，根據規范要求采用室內組合結構剪切強度表征。試驗時，在預制好的STC混凝土面板上涂布相應用量的防水粘結層，依次再加鋪瀝青混合料，對最終試件進行切割得到橫切面為10cm×10cm的立方體組合結構試件，將組合結構試件在10℃、25℃及40℃條件下，烘箱保溫4h以上后，測定組合結構剪切強度，試件與加載方向夾角取45°，如圖6所示，試驗結果如表5所示。

從表5可知，所有溫度條件下，環氧樹脂粘結劑的組合結構層間剪切強度均較其他方案高。25℃時，各類型防水粘結層組合結構抗剪切強度均能達到0.5MPa以上，且除環氧樹脂粘結劑外，方案4及方案5剪切強度相對較大，方案5剪切強度達到0.89MPa。SBS改性瀝青+撒碎石防水粘結劑方案在溫度較低時具有較好的粘結性能，但溫度超過25℃后，其層間抗剪切性能急劇下降。

綜上分析，各類型防水粘結劑的組合結構粘結強度及剪切強度均隨溫度的升高而降低，其中環氧樹脂粘結劑的強度最大，方案5次之，方案4較方案5略小。因此，優先推薦使用環氧樹脂粘結劑作為本次防水粘結劑;另外考慮環氧樹脂粘結劑的造價較常規防水粘結層材料高2~3倍，本文還推薦方案5作為本次防水粘結材料的備選方案。

影響粘結性能的因素

方案5改性乳化瀝青+高粘改性瀝青+撒布碎石方案作為防水粘結層的備選方案，在設計上國內目前沒有統一的規范及配合比設計方法可供參考，憑經驗調整的配合比易產生粘結性不足，致使路面使用時產生擁包、推移等病害;另外，此類防水粘結層施工時，瀝青灑布與碎石撒布未能完全同步，易產生瀝青溫度降低、粘度增大等問題，從而影響后續碎石撒布并產生碎石被裹附面積小、瀝青與碎石粘結強度低等問題。因此，調配瀝青灑布量及碎石撒布量、優選適配碎石粒徑等設計工藝對防水粘結層粘結性能影響至關重要，下面通過組合結構剪切試驗，探究上述因素影響效果，以求得到最佳配比。

瀝青灑布量影響

采用9.5mm~13.2mm的石灰巖碎石8kg/㎡，瀝青用量分別采用1.1kg/㎡、1.3kg/㎡、1.5kg/㎡、1.7kg/㎡，成型組合結構剪切試件并進行試驗，結果如圖7所示。

從圖7可知，隨著瀝青灑布量的增加，組合結構剪切強度呈先增大后減小的趨勢，而當瀝青灑布量在1.5kg/㎡時，組合結構的抗剪強度達到最大，因此，推薦瀝青用量為1.5kg/㎡。

碎石粒徑影響

相同質量下，集料粒徑不同易引起集料整體比表面積及撒布覆蓋率不同，致使瀝青與集料裹附程度及粘結效果出現差別，從而影響整體組合結構的粘結劑剪切性能。選取高粘改性瀝青1.5kg/㎡，采用2.36mm~4.75mm、4.75mm~9.5mm、9.5mm~13.2mm等3種粒徑的碎石70%覆蓋率進行撒布，采用成型組合結構剪切試件進行試驗，驗證集料粒徑對防水粘結層組合結構剪切強度的影響，試驗結果如圖8所示。

圖8表明，組合結構的剪切強度隨著碎石粒徑的增大出現小幅的先增后減的變化，選取粒徑4.75mm~9.5mm時，組合結構剪切強度達到最大，本文優選4.75mm~9.5mm粒徑碎石，供本次防水粘結層使用。

碎石撒布量影響

采用瀝青用量1.5kg/㎡，粒徑4.75mm~9.5mm的石灰巖碎石分別采用0kg/㎡、4kg/㎡、8kg/㎡、11kg/㎡，成型組合結構剪切試件并進行試驗，結果如圖9所示。

從圖9可見，隨著碎石撒布量的增加，組合結構剪切強度先增大后減小，在撒布量為8kg/㎡條件下，剪切強度達到最大。

綜上所述，選擇高粘改性瀝青灑布量為1.5kg/㎡，采用石灰巖碎石4.75mm~9.5mm且按8.0kg/㎡撒布，能夠得到較大的組合結構界面抗剪切強度。

結論

本文針對STC橋面鋪裝結構中典型的6種防水粘結層進行了各項主要性能的對比分析，得出以下結論:

1)同一類型的防水粘結層與STC混凝土界面的粘結強度隨著溫度的升高呈不同程度的降低趨勢;相同溫度下，環氧樹脂粘結劑粘結強度最大，各類防水粘結劑與STC混凝土界面粘結強度由大到小依次為:環氧樹脂粘結劑(方案6)＞改性乳化瀝青+高粘改性瀝青+撒布碎石(方案5)＞改性乳化瀝青+SBS改性瀝青+撒布碎石(方案4)＞高粘改性瀝青+撒布碎石(方案3)＞SBS改性瀝青+撒布碎石(方案2)＞改性乳化瀝青(方案1)。10℃時方案5粘結強度超過1MPa;40℃時，方案3~方案6粘結強度均大于0.5MPa，粘結強度優良。

2)各類型防水粘結劑組合結構的粘結強度及剪切強度均隨溫度的升高而降低，其中環氧樹脂粘結劑的強度最大，方案5強度次之，25℃時其粘結強度達0.85MPa，剪切強度達0.89MPa。優選環氧防水粘結劑作為本次防水粘結層使用，方案5改性乳化瀝青+高粘改性瀝青+撒布碎石可作為防水粘結劑備選材料。

3)組合結構剪切強度均隨著瀝青用量、碎石粒徑及碎石撒布量的增大呈先增大后減小的趨勢。試驗證明，選擇高粘改性瀝青灑布量為1.5kg/㎡，采用石灰巖碎石4.75mm~9.5mm且按8.0kg/㎡撒布，能夠得到較大的組合結構界面抗剪切強度。