树脂沥青防水抗滑界面的研究和应用

树脂沥青防水抗滑界面的研究和应用

宁波天意钢桥面铺装技术有限公司张志宏

摘要：桥面铺装特别是沥青混凝土铺装成败的首要因素是如何保证铺装界面的防水和粘结，传统的沥青界面防水粘结层因温度升高黏度下降不能有效地解决铺装界面的抗剪切推移问题。本文从满足桥面铺装受力和变形的角度进行研究，提出了EBCL树脂沥青铺装界面结构，并对此进行了相关的试验和分析。

关键词：界面防水、粘结、剪切推移、树脂沥青、EBCL

1、背景情况

桥面铺装特别是沥青混凝土铺装成败的首要因素是如何保证铺装界面的防水和粘结，同时该界面防水粘结层还要与铺装层良好地粘结，防止铺装层在车轮水平力的作用下发生剪切推移破坏。

以往的沥青混凝土钢桥面铺装解决这一问题的方式是，采用高粘度的改性沥青洒布在钢板表面上，利用沥青的黏性对下黏住钢板，对上与沥青铺装层融为一体黏住铺装层。然而，改性沥青中尽管添加了大量的聚合物高分子材料提高了改性沥青的高温适应性，但改性沥青的粘度随温度升高而迅速下降的特性并未根本改变。当夏季气候炎热时，钢板表面的温度可以超过60°C，界面沥青对钢板的粘附能力大大下降了，有的仅仅只有0.1Mpa。在重型超载车的作用下，界面约束能力不能满足稳定铺装层的要求，铺装路面发生水平向的剪切推移破坏。界面沥青在上层沥青混凝土摊铺时已与铺装层融为一体，原界面防水粘结层并不能有型地单独存在，因此，当路面开裂时，地表水直接进入到铺装层的底部，进一步加剧了铺装层的推移破坏，而且难以简单修复。

美国的双层环氧沥青铺装采用热固型环氧沥青来解决这一问题。环氧沥青由环氧树脂和石油沥青组合而成，分树脂和固化剂两个组分，当A、B两个组分混合后即发生化学的胶联固化反应，生成高强的环氧沥青。该环氧沥青固化后具有强度高和对温度不敏感的特点，用环氧沥青作为防水粘结界面使铺装层的剪切推移病害几乎完全消灭。但该环氧沥青属热固型材料，常温条件下固化需要很长时间，因此，环氧沥青混凝土上层铺装施工时，该界面材料并未固化，摊铺机在未固化的环氧沥青界面上行走破坏了防水粘结界面的均匀性和完整性，铺装施工时尚未固化的界面沥青融入了铺装层，防水界面并未完整形成。一旦路面开裂，水会直接进入铺装层底部，对铺装安全构成隐患。

美国环氧沥青界面材料性能要求见下表1。施工过程中因环氧沥青界面材料尚未固化，所以并不设立专项指标，检查界面对钢板的附着力。

表1、Id型环氧沥青粘结料的技术要求                  

浇筑式沥青混凝土桥面铺装更加侧重于桥面防水，其铺装界面结构的原理源自英国的Eliminator材料技术。它采用含有甲基聚丙烯酸树脂类材料和沥青的混合物在桥面钢板上多层涂布形成防水界面粘结层。混合物中的化学成分使其实现对钢板的牢固粘结，其沥青成分使其在浇筑式高温施工时与浇筑式材料熔融连结，进而形成整体的铺装结构。浇筑式的特点是当界面施工并养固完成后再开始上层的浇筑式的铺装施工，因而，其防水粘结界面可有型地单独存在，不会混同于铺装层。因此Eliminator结构的防水效果良好，即使桥面铺装开裂其铺装界面层仍然可以起到保护钢板和防水的作用。

浇筑式界面材料的性能要求见下表2。

表2、Eliminator钢桥面防水粘结体系的主要性能指标

树脂沥青组合铺装体系（ERS）的界面采用树脂沥青撒布碎石形成防水抗滑界面EBCL。该树脂沥青也分为AB两个组分，靠化学反应生成高强的粘结材料。与美国环氧不同的是，EBCL的双组分可以在常温状态下发生反应，达到设计强度一般只需固化2-3天，因此大大方便了实地施工。又因为ERS体系的后续施工是在界面层EBCL完成固化后才开始，所以该界面在整个铺装体系中可以有型地单独存在，即使铺装层开裂，水也不能进入到钢板界面。所谓EBCL界面实际上是树脂沥青粘结碎石颗粒形成的防水抗滑涂层结构。当钢桥面抛丸除锈完成后涂布一层树脂沥青，在树脂沥青固化前在其表面上撒布3-5mm的小碎石，当树脂沥青固化后，小碎石牢固地粘结在胶面上，形成胶料牢固粘结钢板可有效防水且表面又凹凸不平的EBCL表面。后续的RA混合料铺装与EBCL表面形成咬合结构，防止铺装层剪切滑移。如图

2、EBCL胶料的强度及变形特性

作为铺装的界面材料EBCL胶料首先应在强度和变形上要满足受力的要求。依据铺装力学分析，一般情况下，界面对钢板的粘附能力应不小于3.0MPa。依据桥面钢板与铺装界面变形连续的假定，胶料的可变形率应大于钢板的极限应变，即应大于1650个微应变，即0.165%，考虑长期运行及材料老化和疲劳的因素，规定界面胶结材料的断裂伸长率应大于20%，以保证有足够的安全储备。

依据以上的分析对新型的树脂沥青EBCL界面胶结材料进行了多次的拉拔、剪切和断裂伸长率试验，得到如下结果。

表3、树脂沥青EBCL界面胶料力学性能试验

*（固化时间是指EBCL胶料对钢板的拉拔强度达到3.0Mpa以便可以开始下一工序施工所需的时间）

从试验结果来看，EBCL的强度和变形率都可以满足钢桥面铺装的使用要求，而且还有足够的安全储备。

3、EBCL胶料的施工和易性特性

研究EBCL胶料的施工和易性是为了实地施工的方便。EBCL材料的指干时间、固化时间反映了树脂沥青材料固化的快慢和所需的现场气候条件。钢桥铺装施工一般都是选在夏季温度较高时进行，在这个温度下，EBCL胶料如果固化过快，现场胶料刮涂和撒布碎石的施工就略显仓促，因此规定EBCL胶料在25℃的指干时间至少应大于2小时。但EBCL环氧胶料的初始固化时间也不宜太长，因为刚施工完暴露在自然条件下未固化的EBCL层一旦天气变化受到暴雨的击打和冲刷则会影响EBCL的最终质量。因此规定EBCL的指干时间不大于24小时，达到后续铺装工序施工所需界面强度所需的时间一般要求不大于72小时。

EBCL胶料的粘度不仅应适于工人的刮涂施工操作，还应考虑桥面纵横坡度的影响。胶料粘度过大，会使胶料A、B组分均匀混合和刮涂施工作业困难，粘度过小，桥面上已刮涂施工但尚未固化的胶料会在纵横坡度及重力的作用下发生流淌，影响EBCL胶膜厚度的均匀性。因此EBCL胶料的适宜粘度要根据实地的施工经验进行总结并加以规定。实验及现场施工的经验表明，适宜的EBCL粘度为8-10MPa.S。

4、EBCL的实际应用情况

EBCL的界面结构最早在2004年的湖北西陵大桥的翻修工程中尝试使用，其桥面铺装的半幅桥面至今还在良好使用。2007年以后，EBCL胶结料经过不断地改进和完善，其性能比最初有了明显的提高，EBCL的标准施工操作规程也逐步得到了完善，近几年来，在浙江、辽宁、湖北和广东等省已有十几座大桥的铺装先后采用了EBCL的界面结构，从截至到目前的使用效果来看，EBCL界面基本上解决了桥面铺装因界面粘结不佳导致的铺装层推移开裂的问题。

5、结论

EBCL铺装界面结构防水抗滑的原理清楚直观，施工及养护比较方便，与传统的沥青类防水粘结层相比，环氧粘结碎石抗滑层EBCL具有明显的优势。试验研究的结果表明：EBCL防水抗滑结构具有施工简单、粘结可靠、抗剪能力强、防水耐水效果好的特点，而且其变形能力可以满足钢桥面铺装的使用要求。特别值得一提的还有，当钢桥面铺装完成后，在整体铺装结构中，EBCL防水抗滑层它能有型地单独存在，发挥抗剪防滑的作用。