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1、?年?月石油 沥青!#%&()!+),#第?.卷第.期水泥硷桥面防水粘结材料性能研究王晓磊肖维“黄晓明东南大学交通学院/南京?.。01 2三江学院土木工程学院/南京?.?.?2摘要铺装结 构 中防水拈结层的设五对于混凝土桥面至 关重要。对三种防水拈结材料的原材料性能进行检验,室内模拟了三者的 实际路用性能并进行对比分析,现场检浏 了防水粘结层的拉拔强度 和剪切 强度,为合理选择防水粘 结材扦提供了依据。关键词防水拈结材料路用性能3改性沥青室内试验现场检测在我 国,许多水泥混凝土桥面在未达到 设计寿命时就出现 了结构强度下降、铺装层松散和钢筋锈蚀等破坏,严重影响了桥梁的使用性和安全性。桥面 防水
2、层的设置一方 面具有隔离 水分的作用,另一 方面通过自身的粘结功能与上 下层形成整体,共同承受外荷载的作用。防水层 的功能能 否实现取决于桥面防水层 的技术性能。桥面的防水粘结材料应该能够抵抗面层摊铺和碾压、热沥青混合料的高温作用以及经受住行车荷载的考验,并在此条件前提下与桥面和 面层粘结良好,保证水分无法渗透到桥面板。选定 三种材料/高剂量3改性沥青、环氧沥青和离子氯丁胶乳沥青4 5#户进行防水粘结试验。6原材料质量检验&6耐热性在铺设沥青混合料时,防水粘结层会直接受到高温骨料的冲击,如果其耐热性差,就会发生流 淌。从实用性考虑,要求防水粘结材料在一定温度下、一定时间内不流淌,并以此来评价其
3、抵抗沥青混凝土高温破坏的能力。三种材料中,3改性沥青的耐热性最好,在高温下基本完好,无流淌、起泡等现象7环氧沥青加热后,有少许气泡在基层砂浆表面孔洞 处7单独涂刷4 5#,时和单独涂刷4 5#8时的耐热性相近,45#,9?/注:先涂刷45#,待实干后再涂刷45#8,下同2时的表面会产生较大气泡。.;?低温韧性防水材料的低温性能直接关系 到其耐久性。气温骤降时会使防水粘结材料 的抗拉伸性能降低,收缩变形过大以至发生脆裂。因此防水粘结材料须具有一定的耐低温性能。从表.可以看出,三种不同防水粘结材料均具有一定的抗低温破坏能力。相对而言,45#的耐低温性优于环氧沥青及3改性沥青材料。表.低温韧性试验结
4、果材料一一.?一8%69?保持完好保持完好无变化无变化无变化有一定柔度,弯曲时有裂纹有一定柔度,弯曲时有裂纹无变化无变化无变化有相应柔度,弯曲时脆裂有相应柔度,弯曲时脆裂无变化无变化无变化.;?粘结强度粘结强度试验可初步 测试各防水粘结材料的粘结性能。结果见表?。收稿日期:?1一?0一.?作者简介:王晓磊,男;东南大学硕士研究生,主要从事道路材料与结构研究。石油沥青?年第?.卷由表?可见,环氧沥青与3改性沥青的粘结强度接近,都好于45#。在45#实际施工中,起防水作用的45#,和防刺破 的45#8粘结剂必须结合使用。试验结果表明,45#8的粘结强度可以高达。;1(!,但与45#,组合后却明显下
5、降。虽然试验证明它们有不 同的功能和作用,但作为粘结剂不能 因为其防水性能良好而降低对其粘结性的要求。.;不透水性实际桥面铺装时,防水粘结层上部还要进行面层的摊铺碾压,在此过程中可能会造成防水粘结层的刺破损伤。为检验三种材料的防水特性,利用车辙板碾压成型双层水泥与沥青混凝土的复合试件,在两层 间使用不同防水粘结材料进行试验。试验沥青混合料采用)一.1型级配,按照渗水试验方法进行测试。不加防水粘结层时,沥青混合料车辙板渗水系数约为?6,7涂刷防水粘结层后,经测试试件下方均无渗水迹象,不透水性能优 良。,.,减水剂&2,分层插捣均匀,通 过机械振动台振密成型7然后表面刷毛养生 后拆模,?后试验。试
6、验时,在水泥混凝土块完全干燥的情况下,将表面打磨去浮浆,涂刷防水粘结层,然后覆盖?;=厚的沥青混凝土并碾压。将冷却后 的试样脱 模并切割成标准试件/=?=?又?2进行剪切试验,每组个平行试件。考虑到材料对温度的敏感性,进行了不 同温度下的抗剪强度测定川。此外,在?=时,就防水粘结材料的用 量/涂膜2、加载速度等因素对层间抗剪强度的影响规律进行探讨。根据经验,试件受力 面与加载方向取?夹角,试验加载速度取=?。如图6所示,当施加荷载为!时,试件受剪面的剪切强度/:2:尸一一二厂一式中:一一作用荷载/27一一试件受剪截面积/27表?不同材料粘结弧度一试件受力面与荷载作用方向的夹角/2项目45#,4
7、5,?4569?=.?=环氧沥青改性沥青粘结力?粘结强度(.?.?;1?;?1?;=?;污1?室内模拟试验为了使室内试验更好地反映防水粘结材料的实际路用性能,并优选材料,进一步模拟 了防水粘结材料在整个桥面铺装体系中的作用。?;.剪切试验桥面防水粘结层在混凝土桥面铺装层体系中既起到防水作用,又起到层间粘结的作用,在受到垂 直车辆荷载和水平剪切荷载的作用下,若抗剪能力不足则容易形成非连续的层 间接触状态,会导致整个铺装层结构失效。因此防水粘结层的抗剪切能力是评价其优劣的重 要技术指标之 一。为真实模拟混凝土桥面沥青铺装的情况,利用车辙板试模成型试件。首先在特制试模/?=2内,浇注拌和好的水泥混凝
8、土/配合比为:一?:1?=:.?图.剪切试验示意图?;&,有无防水粘结层对比图?给出了水泥混凝土与沥青混凝土 层间不加防水粘结层、加不同防水粘结材料,在?=下的剪切试验结果。在常温?=下,层间不加防水粘结层时的抗剪强度较低,但由于水泥混凝土表面是经过拉毛处理而并非完全光滑的,层间存在相应的摩擦阻力,因而在带正压力情况下剪切强度仍然存在。第.期王晓磊等水泥硅桥面防水粘结材料性能研究门 白.司爱测嗽韧华冬冬冬冬冬冬葵葵葵葵葵葵葵;受侧嘿习称1 3改性沥与梦牲助6 不2 粘结层.;=防水粘结层丹度 图?各种防水粘结层材料抗 剪强度对比图?不同厚度的环氧沥青防粘材料剪切强度%0;吕;7一一一一一一镰镰
9、镰镰镰?乃?呀 曰!#附山?%&、洲事留军在三种防水粘结材料 中,(改性沥青与环氧沥青的抗剪切能力相当,都优于)+。而)+的抗剪切能力几乎与层间无粘结材料时一致。这与前述原材料试验结果相符。%,%防水粘结层厚度因 为基面处理或拉毛的程度不 同等都会影响剪切试验结果。改水泥 混凝土块为水泥砂浆试块,在表面不作特殊处理自然成型.温度%!士/,相对湿度0!1一2!1养生%23 45/,养生试块。在完全干燥的情况下,打磨去除表面浮浆并涂刷一定厚度的满足 用量要求的防水粘结层并铺设沥青混凝土。根据不 同 防水粘结材料的密度,控制其厚度分别为!,6,7,%88。图/中,9(9改性沥青、环氧沥青的抗剪切强度
10、不论在何种环境温度下都大于)+材料。所有材料 的抗剪切强度均随温 度的升 高而降低。(改性沥青与环氧沥青存在最佳厚度,经回归分析,环氧沥 青防 水粘 结材 料 的较佳 厚度 为,!88,(改性沥青为%,/88。:,;温度,%,?五个不 同时间段分别进行试验,见表/。表/不同时间碾压沥青混凝土剪切强度碾压 间隔时间 剪切强度!,%?!,!,!,6!,6%!,6?口6防水粘结层4%度内完成涂刷防水粘结层和碾压沥青混凝土,其剪切强度变化不大,以后则显著下降。由此可知环氧沥青材料的固化时间对层 间 的剪切强度有较大影响,施工中必须严格控制好各工序的衔接,按时完成。%,%拉拔试验一般认为在桥面铺装中,梁
11、板与沥青混凝土的粘结强度对铺装体的抗疲劳特性有很大影响,可 以采用拉拔试验来确定防水粘结层与梁板和沥青混凝土的粘结力状况5?;。同时,也能反应两种混合料分层施工时的层间粘结力。,几月兔铡攀藏城?1?年第?.卷与剪切试验相同,用车辙板预制?;=厚的水泥混凝土试件,然后按“表面处理一涂刷防水粘结层一沥青石屑保护层一碾压 沥青混凝土铺装”的顺序成型试件。待试件完全冷却固化后,用钻芯机钻孔,孔径为必=?,用快凝环氧树脂将拉头粘在沥青混凝土表面,养护.?后,将芯样放于拉力试验仪中,以.=?的固定速度对拉杆加力,直至芯样破坏,如图所示。两层沥6 混凝防水粘结层水泥混凝图拉拔试验示意图?;?;.不同防水粘结
12、材料拉拔试验对比表列出了水 泥混凝土板与沥青混凝土层间不加防水粘结层、加不同防水粘结材料层 间状况在?=时的拉拔试验结果。可 以看出,常温下,无防水粘结层混凝土层间拉拔强度较低。在三种防水粘结材料中,3改性沥青与环氧沥青的效果相近,均优于45#材料。表使用防水枯结层前后效果对比项目不加粘结层=3改性沥青环氧沥青拉拔强度(!?.?;.?/2?=?实体工程检测试验中45#的各项性能均不 如3改性沥青与环氧沥青,而环氧沥青不但施工控制难,且价格昂贵,鉴于此,研究采用3改性沥青作为高速公路水泥 混凝土桥面的 防水粘结材料。?;.施工概述防水粘结层的施工分为透层油施工、3改性 沥青喷洒和预拌碎石 洒布。
13、施工前,采用专用清扫机械将水泥混凝土桥面板表面浮浆去除,以加强桥面板与防水粘结层及沥青混凝土铺装间的结合。洒布透层前,先清除施工现场作业区及周围 的障碍物。用扫帚将细石、杂物扫除,用除尘机或高压 吸尘机将灰尘 吹净,尤其注意路 面刻槽中杂物的清除。在水泥混凝土表面喷洒透层油可有效防止施 工中防水粘结层表面产生气泡,透层油洒布采用 洒布量 可调节的沥青洒布车,洒布量为?;&8。待透层油实 干后,即可进行3改性沥青防水粘结剂施工。用 量为.;?_8,路面成膜厚度约.;?。预拌碎石选用.?左右单粒径碎石,洒布量为=?一1?覆盖率。3改性沥青洒布温度约.左右,预拌碎石在3改性沥青洒布.?=后同步洒布阁
14、。?;?现场检测桥面铺装下层 施工结束后,现场对3改性沥青防水粘结层的拉拔强度与剪切强度进行检测。试验仪器采用西安产+5一)型桥面 防水层剪切仪与,8一.型桥面防水层拉拔仪。结果见表1。?;?;?不同温度下拉拔强度对比根据前述剪切试验结果,选取不同防水粘结材料的最佳用量,在不同温度情况下测试其拉拔强度,从表=的数据可以看出,各材料拉拔强度随温度变化有较大差异,高温情况下 的拉拔强度值仅为常温的.?写。表13改性沥青现场剪切试验结果测点编号路面温度最大剪力形变剪切强度(6,平均剪切强度(!表=不同温度下各种防水粘结材料剪切弼度(!材料?=1?/=略改性沥青?0?;.环氧沥青?;?;?=%=/2=
15、.?0.1;?;?0?;?=?;.?;?1.;?;?1 0;?;?;?刁.0;?=?1 0;.?;?=第.期王晓磊等水泥硅桥面防水粘结材料性能研究表 3改性沥青现场拉拔试验结果测点路面最大形变拉拔强度编号温度拉力(!平均拉拔强度(!.0?.?=?.1 1=1.?=.?;?;.0?;0.;1/2;.1.;?;?.;1?;?;.?;?;.在现场同等条件下随机测试了普通类防水粘结材料的力学性能。结果见表和表0。表普通防水粘结材料现场剪切试验结果测点路面编号温度最大形变拉拔强度剪力(平均拉拔强度(!?.;?;?;?=?.?01?;?11?;?0表,普通防水钻结材料现场拉拔试验结果测点路面编号温度最大形
16、变拉拔强度拉力(!平均拉拔强度(!.=?;?;?;?.=0?;?检测结果表明,3防水粘 结材料即使在 的高温下仍具有?;?=(!的抗剪接强度,?;.(!的抗拉拔强度。3防水粘结材料与普通类防水粘结材料具有相近的抗剪接强度,但3防水粘结材料抗拉拔强度远高于普通类防水粘结材料。考虑到己有研究表明,桥面板与沥青混合料间有无粘结力将极大的影响桥面铺装的使用寿命。建议增加普通类防水粘结材料抗拉拔强度指标。结论2三 种不同防水粘结 材料的性能 均符合高、低温的要求。在耐低温方面,4 5#优于环氧沥青及3改性沥青材料。而在耐高温方面,3 改性 沥青的耐 热性 最好。环氧 沥青 与45#,、4 5#8材料耐热
17、性差 异不大。2环氧沥青与3改性沥青的粘结强度接近,均高于专用粘结剂。试验显示,45#8的粘结强度很高,但与4 5#,组合后,粘结强度却大为降低。模拟实际施 工过程,在防水粘结层 上碾压成型沥青混凝土后使之处于静压状态,三种防水粘结材料都不透水。2鉴于试验 中45#的各项性能不如3改性沥青与环氧沥青,尤其是45#,与45#8组合后性能低于 两种材料单独使用7环氧沥青与3改性沥青各项性能较好,但环氧沥青施工控制较难,且价格昂贵。本研究推荐高剂量3改性沥青作为高速公路水泥混凝土桥面的防水粘结材料。_23 防水粘结材料与普通类防水粘结材料具有相近的抗剪接强度,但3防水粘结材料抗拉拔强度远高于普通类防
18、水粘结材料。建议增加普通类防水粘结材料抗拉拔强度指标。参考文献王涓;水泥混凝土桥面铺装防水拈结 层 的技术性能研究:项 士论文:东南大学,?吴 明;防水材 料的力学性能;中国建筑 防水材 料,.00,黄晓明,吴 少鹏,赵永利;土木 工程材料,南京:东南大学出版社;?.罗晓辉等;桥面铺装基底拈连结材料性能研究;北京建筑工 程学院学报,.0 00,.=#4?一?,公路沥青路面施工技术规范石油沥青?年第?.卷 !6 _ _6 8+_ _6,;!66_尸,:,下/少,_、?.?01,/2,2 26 乍6 _ _,6,_亡 了,一=.夕/刃,0?.?.?,以,2):,.=!6 6 _;#6 6 6,_
19、6!6;._ _ 6 _ 6#_6!6;:67 3、67!7,746一川.;由.;咐.卜砂川.”户川山;叫.”户.;川卜川加.,户,6爪,创川;川;”到知川.,川场短讯我国重油资源丰富开发备受关注重油是包括常规原油经过蒸馏后剩下的渣油以及非常规原油天然稠油/如重质油、高粘油、油砂等2两大部分。随着全球石 油消费的迅速增长,石油价格不断高升,人们的目光开始转向重油的勘探开发。最新统计显示:世界 上重油的地质储量约为.6 8。重油、常规原油和天然气地质储量比例分别为=?、?=和?,重油的地质储量相当常规油气储量之和。我国重油资源丰富。近几年,已先后在全国.?个盆地中发现 了?多个重油油田,我国重油
20、热采技术不断成熟,已经形成了辽河 油田、新疆油田、胜利油田、河南油田以及海洋油区五大重油开发生产区,重 油已成为我国石油工业原油产量的重要组成部分。我国陆上重油、沥青资源约占石油资源总量的?以上,预测资源量达到.0 火.?“,其中最终可探明地质资源量为 0;6。我国目前已探明重油地质储量?;1义.?“,已动用地质储量.?;=0欠6,剩余未动用地质储量;?又?吕。?。=年我国石油年产量达.;又6。“,重油产量达?1.?,占石油年产量的.?;?。目前,我国油 页岩地质储量超过?火./2,技术可采资源量超过.1?只.护,可回收量超过.?只6。油砂地质资源量预计超过1?又.?吕,可采资源量超过?又6护
21、。重油资源将成为我国重 要的战略接替能源之一。我国在“十一五”发展规划中,明确提出将大力开展油页岩、油砂、天然气水合物等非常规油气资源的勘探开发,增加科技投入,降低开采成本,增加我国油气资源的保障程度。国家专门制订相关税收政策对重 油资源开发予 以重点支持,如中外合作勘察开发煤层气进口必 要的机器、设备,免征进口关税和进口环节税7对煤层气勘察实行申请优先、无偿取得探矿权政策等。国家国土资源部和发改委在联合进行的最新一轮全国油气资源评介中,也首次将煤层气、油页岩、油砂等非常规气资源列入国家评价体系,共对我国大陆 个含煤盘地、?个油 页岩矿区以及?个含 油砂盘地进行了评价。/中石化集团公司沥青质检中心姚德宏2