楊明，吳俊江，梁雪嬌，李豪

（1.河南省交通基本建設(shè)質(zhì)量檢測站，河南 鄭州 450000；2.河南省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，河南 鄭州 450000）

0 前言

防水材料作用于橋面板與瀝青鋪裝層中間，不僅起到防水的作用，更重要的是將2種結(jié)構(gòu)層連接形成整體[1-2]，防止運行的車輛發(fā)動或急停時，瀝青混凝土鋪裝層和橋面板之間發(fā)生層間相對滑移，引起鋪裝層發(fā)生推移等病害[3]。因此，施工前必須對防水材料粘結(jié)強度進行精確測試。

水性防水材料因其避免加熱、施工簡單等優(yōu)勢，得到越來越廣泛的應(yīng)用。水性材料最常用的粘結(jié)強度檢測方法是附著力粘結(jié)強度測試，根據(jù)GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗方法》，將防水粘結(jié)材料涂在70mm×70mm的砂漿試塊上，室溫下養(yǎng)護5 d，40℃環(huán)境養(yǎng)護2 d，用粘結(jié)劑將拉拔塊粘結(jié)在試塊上，使用拉力試驗機進行測試。該方法養(yǎng)護時間較長，無法在較短時間內(nèi)測得粘結(jié)強度。鑒于此，本研究通過室內(nèi)試驗，定性分析材料類型、養(yǎng)護時間等因素對防水材料粘結(jié)性能的影響。在不影響測試結(jié)果精確度的情況下，對附著力粘結(jié)強度測試方法進行優(yōu)化。

1 試驗

1.1 原材料

SBS改性乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青、水性環(huán)氧乳化瀝青，技術(shù)指標分別如表1、表2所示；丙烯酸酯：哥倆好化學(xué)有限公司；α-氰基丙烯酸酯膠：東莞樂秦膠業(yè)有限公司。

表1 SBS、SBR改性乳化瀝青的基本技術(shù)指標

表2 水性環(huán)氧乳化瀝青的基本技術(shù)指標

1.2 試驗方法

1.2.1 附著力粘結(jié)強度測試方法

（1）按照GB/T 16777—2008中試驗方法在橋面板或70mm×70 mm砂漿試塊成型面上，按規(guī)定的涂刷遍數(shù)和噴灑量，涂上混合后攪拌均勻的防水材料，如圖1所示。

圖1 附著力粘結(jié)強度測試試件

（2）按規(guī)定時間完成養(yǎng)護，將養(yǎng)護后的試件用粘結(jié)劑將拉拔塊和涂料面粘結(jié)在一起，在（23±2）℃養(yǎng)護規(guī)定時間。

（3）沿拉拔塊邊緣一圈用刀切割至混凝土試塊，使試驗面積A為40 mm×40 mm。

（4）將粘有拉拔塊的試件安裝在試驗機上，保持試件表面垂直方向的中線與試驗機夾具的中心在一條直線上，以50 mm/min的速度拉伸至試件破壞，試驗溫度為（23±2）℃。

（5）記錄試件最大拉力F，根據(jù)式（1）計算粘結(jié)強度P。

1.2.2 固含量測試方法

（1）稱取一定面積的牛皮紙質(zhì)量m1，按照與試件相同噴灑量涂抹膜水性防水材料m0。

（2）平整置于桌面上，在室溫條件下瀝青和牛皮紙質(zhì)量m2不再發(fā)生變化時養(yǎng)護完成，稱取瀝青和牛皮紙質(zhì)量m2。

（3）根據(jù)式（2）計算瀝青固含量w：

2 附著力粘結(jié)強度測試方法優(yōu)化

2.1 試驗設(shè)計

根據(jù)構(gòu)造深度和瀝青噴灑量對粘結(jié)強度的影響試驗，SBS改性乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青和水性環(huán)氧乳化瀝青在構(gòu)造深度均為0.8 mm，噴灑量分別為1.0、1.0、0.8 kg/m2時復(fù)合件拉拔強度達到最大。因此，上述構(gòu)造深度和瀝青噴灑量設(shè)定為附著力粘結(jié)強度測試方法優(yōu)化試驗的砂漿試塊構(gòu)造深度和防水材料噴灑量。

按照GB/T 16777—2008中附著力粘結(jié)強度試驗方法，選擇養(yǎng)護溫度、涂刷遍數(shù)、瀝青養(yǎng)護時間、粘結(jié)劑類型和養(yǎng)護時間作為考察因素，判別附著力粘結(jié)強度測試結(jié)果變化情況。

2.2 養(yǎng)護溫度對粘結(jié)強度的影響

SBS改性乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青和水性環(huán)氧乳化瀝青成型試件的養(yǎng)護條件分別設(shè)定為：（a）室溫下養(yǎng)護5 d，40℃環(huán)境養(yǎng)護2 d；（b）室溫下養(yǎng)護7 d。試件涂抹防水材料均為1遍完成，試件養(yǎng)護完成后如圖2所示，粘結(jié)強度測試結(jié)果如表3所示。

表3 防水材料不同養(yǎng)護條件下的粘結(jié)強度

圖2 2種養(yǎng)護溫度試件對比

由圖2可見，經(jīng)過40℃養(yǎng)護的試塊，涂刷的水性材料試塊產(chǎn)生大量氣泡，這是由于砂漿試塊在成型養(yǎng)護過程中內(nèi)部水分未能完全揮發(fā)干凈，水性瀝青材料在試塊表面形成致密的薄膜；40℃條件下，內(nèi)部水分揮發(fā)，在瀝青表面形成薄膜氣泡。

由表3可見，2種養(yǎng)護條件下，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青粘結(jié)強度測試誤差均在5%左右，瀝青材料在室溫下養(yǎng)護7 d，內(nèi)部水已基本揮發(fā)干凈，40℃下的高溫養(yǎng)護已無較大意義。水性環(huán)氧乳化瀝青在2種養(yǎng)護條件下的粘結(jié)強度分別為1.32、1.57 MPa，經(jīng)過40℃養(yǎng)護測試結(jié)果降低18.9%，這是由于砂漿試塊水分揮發(fā)產(chǎn)生的氣泡使瀝青層與試塊表面分離，有效粘附面積降低。

2.3 涂刷遍數(shù)對粘結(jié)強度的影響

由圖2得知，2種試件表面除氣泡外，還分布有數(shù)量不等的小孔，產(chǎn)生的原因是：砂漿試塊表面分布有微孔，涂刷的瀝青在表面形成無支撐的薄膜，水分揮發(fā)，薄膜產(chǎn)生塌陷，如圖3所示。為減少這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，對3種水性瀝青材料試件成型過程中分別進行2遍和3遍涂刷，每遍相隔時間為6h，試件成型后進行室溫下養(yǎng)護7 d，試件如圖4所示。并與1遍涂刷完成的試件粘結(jié)強度進行比較，結(jié)果如表4所示。

圖3 涂膜小孔形成原理

圖4 試件成型不同涂刷遍數(shù)對比

表4 防水材料不同涂刷遍數(shù)下的粘結(jié)強度

由圖4可見：

（1）水分揮發(fā)導(dǎo)致的水性材料薄膜塌陷現(xiàn)象隨著涂刷次數(shù)增加得到明顯好轉(zhuǎn)，這是由于瀝青材料在試塊小孔周圍凝固導(dǎo)致材料薄膜塌陷產(chǎn)生的小孔小于砂漿試塊本身小孔，再次涂刷材料導(dǎo)致小孔進一步減小，直至消失。

（2）3種水性材料在試件成型過程中分別按1遍、2遍和3遍涂刷材料，粘結(jié)強度測試結(jié)果基本接近，相對誤差均在4%～7%，并無較大差異。說明涂刷遍數(shù)對粘結(jié)強度并無決定性影響，即瀝青涂膜的小孔基本不影響粘結(jié)強度測試結(jié)果。一方面，由于孔較?。涣硪环矫?，多次涂刷雖然使瀝青材料覆蓋小孔，但瀝青材料靠周圍瀝青材料支撐，并未與試塊直接接觸，無法提供有效接觸面積，如圖5所示，對瀝青和砂漿試塊有效接觸面積減小或增加并無較大影響。同時拉拔塊上的粘結(jié)劑無法穿過小孔直接粘結(jié)試塊，可完全忽略粘結(jié)劑粘結(jié)強度對瀝青材料粘結(jié)強度的影響。

圖5 涂刷遍數(shù)對小孔影響

2.4 瀝青養(yǎng)護時間對粘結(jié)強度的影響

SBS改性乳化瀝青、SBR改性乳化瀝青和水性環(huán)氧乳化瀝青成型試件涂抹防水材料均為1遍完成，分別進行室溫下1、3、5、7 d養(yǎng)護，粘結(jié)強度測試結(jié)果如表5所示。同時進行每種水性材料下相同養(yǎng)護條件下的固含量分析，如表6所示。

表5 瀝青防水材料不同養(yǎng)護時間下的粘結(jié)強度

表6 瀝青防水材料不同養(yǎng)護時間下的固含量

由表5可見，隨著瀝青養(yǎng)護時間延長，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青粘結(jié)強度逐漸提高，在養(yǎng)護3 d后粘結(jié)強度已基本達到平衡，后續(xù)養(yǎng)護對粘結(jié)強度提高已無較大促進作用；水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)強度逐漸提高，5～7 d達到平衡狀態(tài)。

原因可能是：SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青作為熱融性材料，其內(nèi)部凝聚力起到粘結(jié)強度作用，作為影響內(nèi)聚力的唯一因素——水分在3d時已基本揮發(fā)完畢（如表6所示），粘結(jié)強度不再發(fā)生變化；水性環(huán)氧乳化瀝青作為熱固性材料，粘結(jié)強度主要來源于環(huán)氧樹脂和固化劑的固化結(jié)合反應(yīng)，固化作用是一個長時間的緩慢作用過程，水分揮發(fā)完畢時并未完全固化反應(yīng)。

2.5 粘結(jié)劑類型和養(yǎng)護時間對粘結(jié)強度的影響

試件成型采取涂刷1遍，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青采取室溫下養(yǎng)護3 d，水性環(huán)氧瀝青采取養(yǎng)護7 d的方法。養(yǎng)護完成后，分別使用丙烯酸樹脂和α-氰基丙烯酸酯膠2種粘結(jié)劑將拉拔塊粘結(jié)后，進行2、4、6 h和標準規(guī)定的24h養(yǎng)護，粘結(jié)強度測試結(jié)果如表7所示。

表7 粘結(jié)劑類型及養(yǎng)護時間對粘結(jié)強度的影響

由表7可見，使用α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑，3種瀝青在不同養(yǎng)護時間下的粘結(jié)強度無較大變化，相差均在10%以內(nèi)，結(jié)果較穩(wěn)定；隨著養(yǎng)護時間延長，粘結(jié)強度并沒有呈現(xiàn)規(guī)律性提高，在2 h時α-氰基丙烯酸酯膠已經(jīng)穩(wěn)定。使用丙烯酸樹脂作為粘結(jié)劑，隨著粘結(jié)劑養(yǎng)護時間延長，粘結(jié)強度迅速提高，與標準24 h養(yǎng)護下粘結(jié)強度有較大差異，在6 h時丙烯酸樹脂成型的試件仍未穩(wěn)定。粘結(jié)成型的試塊在標準24 h養(yǎng)護條件下，3種瀝青使用α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑測試結(jié)果均高于丙烯酸樹脂作為粘結(jié)劑的試塊。原因是α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑是通過與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)作用，粘結(jié)劑處于瀝青層和拉拔塊之間，幾乎與水隔絕，反應(yīng)作用平穩(wěn)，產(chǎn)生熱量較少，能夠及時釋放出去，瀝青溫度未發(fā)生明顯變化。丙烯酸樹脂作為粘結(jié)劑是通過A、B雙種組分混合后發(fā)生作用，反應(yīng)極其迅速，5 min內(nèi)固化完成，短時間內(nèi)釋放的大量熱量使瀝青溫度急劇升高，被拉拔塊和粘結(jié)劑包裹的瀝青在較短時間內(nèi)很難將溫度降下來，作為感溫性材料，粘結(jié)強度迅速降低。并且由于高溫狀態(tài)下瀝青發(fā)生輕微流動的緣故，24 h降至室溫后，粘結(jié)強度仍然略低于使用α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑。

2.6 粘結(jié)強度測試優(yōu)化方法確定

為提高測試效率，試件成型可采取涂刷1遍，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青采取室溫下養(yǎng)護3 d，水性環(huán)氧瀝青采取養(yǎng)護7 d，拉拔塊粘結(jié)使用α-氰基丙烯酸酯膠，室溫養(yǎng)護2 h的方法。

3 粘結(jié)強度測試優(yōu)化方法驗證

在室內(nèi)選擇不同改性乳化瀝青：不同噴灑量下進行粘結(jié)強度驗證試驗，其中一組嚴格按照GB/T 16777—2008中試驗方法，3種瀝青分別按照1.2 kg/m2進行3遍涂刷，室溫下養(yǎng)護120 h，40℃養(yǎng)護48 h，利用α-氰基丙烯酸酯膠粘結(jié)拉拔塊后養(yǎng)護24 h；另一組按照優(yōu)化方法，3種瀝青分別按照1.2 kg/m2進行1遍涂抹，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青采取室溫下養(yǎng)護3 d，水性環(huán)氧瀝青采取養(yǎng)護7 d，利用α-氰基丙烯酸酯膠粘結(jié)拉拔塊后養(yǎng)護2 h。測試結(jié)果如表8所示。

表8 2種方法下防水材料的粘結(jié)強度

由表8可見，對于3種改性乳化瀝青，2種方法測試結(jié)果平均值基本一致，變異系數(shù)均＜15%，測試結(jié)果分布較為集中，具有極高的精確度。附著力粘結(jié)強度試驗方法優(yōu)化以后在減少了大量養(yǎng)護時間和步驟的同時，仍具有極高的可信性。

4 結(jié)論

（1）40℃條件下，砂漿試塊水分揮發(fā)產(chǎn)生的氣泡使瀝青層與試塊表面分離，有效粘附面積降低，水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)強度測試結(jié)果出現(xiàn)下降；增加涂刷遍數(shù)會使小孔逐漸消失，但對粘結(jié)強度并無決定性影響；SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青在養(yǎng)護3 d后粘結(jié)強度已基本達到平衡，水性環(huán)氧瀝青粘結(jié)強度5～7 d方可達到平衡狀態(tài)。

（2）α-氰基丙烯酸酯膠作為粘結(jié)劑瀝青溫度未發(fā)生明顯變化；丙烯酸樹脂作為粘結(jié)劑使瀝青溫度急劇升高，對瀝青粘結(jié)強度產(chǎn)生極大影響。

（3）為提高測試效率，試件成型可采取涂刷1遍，SBS改性乳化瀝青和SBR改性乳化瀝青采取室溫下3 d養(yǎng)護，水性環(huán)氧瀝青采取7 d養(yǎng)護，拉拔塊粘結(jié)使用α-氰基丙烯酸酯膠，室溫養(yǎng)護2 h的方法。