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水性环氧沥青防水粘结层设计与应用研究(1积分购买,1积分=1元)
编号:XQ_00088 发布日期:2022/11/18 发布者:测试企业
地区: 北京 北京市 联系方式:15195902655

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文章编号:0451071220xx-xxxx-xx      图分类号:U443.33TU57      献标识码:A

水性环氧沥青防水粘结层设计与应用研究

作者姓名1,作者姓名2(四号楷体)

1.作者单位  城市名  邮编;2.中国交通建设集团有限公司  北京市  100088)(六号宋体)

      :对水性环氧沥青防水粘结层进行介绍,并与其他防水粘结层进行经济、性能及综合比选,突出水性环氧沥青防水粘结层的直接与间接效益。通过提出水性环氧沥青防水粘结层的施工基本要求、关键工艺与试验检测指标,完善水性环氧沥青防水粘结层标准化施工方案。通过工程案例检测结果表明水性环氧沥青防水粘结层粘结牢靠,能够为类似工程提供参考与借鉴。

    关键词:道路与铁道工程;桥面防水粘结层;水性环氧沥青

0 引言

桥面沥青混凝土铺装层的病害是目前高速公路的主要病害之一,多由于柔性沥青面层与刚性混凝土桥面板的防水粘结效果不良[1],在雨水浸入后,行车荷载的反复作用下,防水粘结材料失效造成沥青面层脱层、推移、拥抱等病害,因此选择性能优良的防水粘结材料是提高桥面沥青面层耐久的关键。目前桥面防水粘结层多采用热喷沥青加碎石类、高性能环氧类粘结层。本文通过某项目实例介绍的水性环氧沥青防水粘结层的设计与应用研究。

1 水性环氧沥青防水粘结层介绍

水性环氧沥青防水粘结材料是一种由沥青、树脂与特殊添加剂组合形成的一种热固型环氧沥青高分子聚合材料。其作为一种水乳性材料,采用W/O连结构,对混凝土的渗透性好,易挥发吸收,保证水性环氧沥青防水粘结层的渗透性能和良好的常温施工特性;另一方面,交联后形成的热固性聚合物,其不可逆的固化作用,高温不发软、不融化,具有环氧树脂类材料有益的力学性能和高温性能。水性环氧沥青防水粘结采用“常温冷施工,高温热固化”的设计理念,其粘结过程分3个阶段[2]

1阶段,常温施工:通过智能洒布车或其它方式洒布在水泥混凝土桥面,形成防水粘结层,实现材料与水泥桥面初次粘结,首先,作为连续相的极性物质包裹着分散相能迅速渗透水泥混凝土面层25 mm深度范围的微孔中;其次,在气温大于15℃的日照气候下.连续相能很快被水泥混凝土所吸收和蒸发,使得分散相中的各种功能大分子能相互溶合,并与混凝土发生反应。在宏观上表现为快速固化(通常为12 h)后的防水粘结层就像摊铺好的卷材,渗透进混凝土空隙中,粘结牢固。

2阶段,初步固化:在充分干燥固化后,防水粘结层能够承载履带摊铺车和重载料车通过,而不会产生任何“粘轮”、“翘皮”等损伤防水层的现象。

3阶段,高温固化成型:当高温摊铺沥青混合料面层时,水性环氧沥青防水粘结层在热作用和碾压作业下与面层沥青混合料发生二次反应,从而实现桥面水泥混凝土与铺装层沥青混合料之间的牢固粘接。

水性环氧沥青材料与热喷沥青碎石类“结构性防水层”作用机理区别在于:结构型防水粘结层通过热熔沥青与桥面粘接,水性环氧沥青材料能够渗透到混凝土微孔中,同时与混凝土发生化学反应,形成化学粘附性,因而水性环氧沥青防水粘结材料在抗拉、抗剪强度等力学性能由于传统的结构型防水层。

2 防水粘结层的比选

2.1前期成本分析

1  不同类型防水粘结层施工成本

防水层类型

成本分析

水性环氧沥青

水性环氧沥青:22.0/m2(按水性环氧沥青25000/t,每平米需1.0kg沥青计算)

施工成本:6.0/m2(按施工面积1000m2计算)

成本合计(不包括人力成本):28.0/m2

SBS改性沥青+碎石

SBS改性沥青:7.2/m2(按SBS改性沥青4800/t,每平米洒布1.5kgSBS改性沥青计算)

集料:2.4/m2(按集料300/t,每平方撒布8kg计算)

SBS改性沥青洒布与集料撒布成本:3 /m2(按施工面积1000m2计算)

成本合计(不包括人力成本):12.6/m2

橡胶沥青+碎石

SBS改性沥青:7.5/m2(按橡胶沥青5000/t,每平米洒布1.5kgSBS改性沥青计算)

集料:2.4/m2(按集料300/t,每平方撒布8kg计算)

SBS改性沥青洒布与集料撒布成本:3 /m2(按施工面积1000m2计算)

成本合计(不包括人力成本):12.9/m2

结合项目实例应用,通过对水性环氧沥青、SBS改性沥青+碎石、橡胶沥青+碎石三种类型防水粘结层前期施工成本进行汇总分析,成本分析表1所示,施工成本SBS改性沥青+碎石防水层<橡胶沥青+碎石<水性环氧沥青防水层。由于不同类型防水粘结层的初始建设成本各有差异,各防水粘结层的实际性能和使用寿命也不尽相同,进而在后期防水粘结层失效引起的病害及相应的养护周期也不同,因此科学、合理评判防水粘结层的经济性仍需综合考虑初始建设成本、养护成本等,在全寿命周期内分析不同防水粘结层的经济。

2.2性能比较

2  不同类型防水层性能对比

水性环氧沥青

橡胶沥青+碎石

SBS改性沥青+碎石

复合件拉拔强度/MPa

1.55

0.76

0.71

复合件剪切强度/Mpa

1.58

0.79

0.72

附着力拉拔强度/MPa

1.60

0.98

0.91

老化后强度比/%

83

55

64

施工难易

较难

较难

本文对三种防水粘结层与水泥混凝土的粘结性能、拉拔强度、剪切性能进行对比评价[3-4]。综合试验结果从表2中可知,水性环氧沥青防水粘结层的综合性能较好。从技术效果角度,防水粘结层优劣排序为水性环氧沥青防水层>橡胶沥青+碎石防水层>SBS改性沥青+碎石防水层;水性环氧沥青防水粘结层优良的防水和粘结性能,能够减少一半的养护次数,在后期养护方面,表现出良好的后期使用性能,具有较大的优越性。同时,水性环氧沥青防水粘结层材料属于常温施工,在施工过程中,相比较于其他防水粘结层材料而言,能够避免因高温施工对周围环境和现场施工人员带来的污染和人身伤害,具有良好的社会影响力。

2.3综合比较

3  不同防水粘结层综合比较

防水粘结层类型

SBS改性沥青+碎石

橡胶沥青+碎石

水性环氧沥青

渗透性

一般

一般

优良

常温抗剪切能力

一般

一般

优良

高温抗剪切能力

一般

一般

优良

抗拉拔能力

较好

较好

较好

低温抗冻性

较差

较差

优良

施工工艺

工艺复杂、质量控制环节较多,控制难度较大

工艺复杂、质量控制环节较多,控制难度较大

简便,控制难度较小、质量易于保证

能耗比较

沥青高温洒布,能耗高

沥青高温洒布,能耗高

常温施工,能耗低

施工组织

施工后需封闭交通

施工后需封闭交通

施工后可快速开放交通

综合分析

技术成熟、总体性能一般,工艺复杂、质控环节较多,价格较低。

技术成熟、总体性能一般,工艺复杂、质控环节较多,价格较低。

技术成熟、总体性能优良,工艺简便,常温施工、施工组织方便,价格适中。

水性环氧沥青是一种高性能复合材料,它从根木上改变了沥青的热塑性性质,使其成为热固性材料。与传统的改性沥青相比,水性环氧沥青具有很高的力学强度和优良的温度稳定性,因而赋予了非常高的耐久性,用于桥而铺装时可以有效延长了工程结构的使用寿命。水性环氧沥青施工价格较高,使得初期建没费用有所提高。但从全寿命期间对桥面铺装的经济效益分析来看,水性环氧沥青有着可观的直接和间接效益。

3 水性环氧沥青防水粘结层施工工艺

3.1 基本要求

水性环氧沥青防水粘结层施工宜采用大型高压喷洒设备,喷洒时设备应保持速度及喷洒量稳定,均匀喷洒。喷洒一遍后,局部喷洒不到位的采用人工手动喷洒。

防水层喷洒数量0.8~1.0kg/m2,最佳用量通过试验段确定。

施工前详细检查设备,主要要求:

洒布之前必须彻底清洗洒布设备,不允许沥青或有机溶剂残留。

检查设备容器罐搅拌系统,防止混合料离析,保证材料的均匀,保证喷洒质量。

喷洒管离地面高度一般在500~600mm并能固定或调节,相邻喷嘴间距为400~550mm,保证喷嘴的喷雾宽度相互重叠。

严格检查设备过滤系统、循环洒布系统。

喷洒设备应配有挡板,防止喷洒过程中材料飞溅,造成污染。

喷洒前,应将抛丸后的桥面清扫干净,用森林灭火器吹净浮灰,雨后或用水清洗的,水分必须完全蒸发。喷洒时纵向搭接重叠10cm,喷洒时随时检测洒布量。

施工中严禁踩踏未干涂层作业面,严防钉子、木棍、钢筋等尖锐物破坏涂层。

在防水层施工完至摊铺沥青面层前应做好交通管制,禁止任何车辆行驶。

现场检测桥面防水粘结层粘结强度采用拉拔试验。

施工过程中应进行自检,随时进行外观检查,发现喷涂达不到要求的,应立即查找原因,采取整改措施,确保防水涂层满足要求。

3.2 施工关键工艺

水泥桥面板处理和防水粘结层施工工艺在桥面防水粘结层的施工过程中至关重要,其质量的好坏直接关系到整个防水粘结效果,乃至桥面防水系统的成败。水性环氧沥青水泥混凝土桥面防水粘结层施工主要流程如下:水泥混凝土桥面板处理桥面板粘层施工水性环氧沥青防水层施工桥面交通管制和养生沥青混凝土铺装[5-6]

交通管制

提前对施工段落进行交通管制,设置导向、警示标志,防止车辆误入,安排了安全员加强巡查维护。

桥面板处理

为提高防水粘结层与水泥混凝土桥面粘结力,在防水粘结层施工前,应清除水泥板表面低强度的水泥砂浆和灰尘,保证表面清洁,不得有可见灰尘、油污和其它污物的二次污染。本项目桥面板处理采用精铣刨(现浇梁)和抛丸(预制梁)施工,确保桥面创面、露骨率、粗糙度及构造深度满足要求。

机械调试就位

施工前需彻底清洗智能洒布车的储料罐、循环泵和喷洒管道,在装载本材料前应完全清洁干净,不允许沥青或其他有机溶剂残留,不得有前批次材料残留;手持式人工撒布设备亦应在装载本材料前将管道内残留溶剂完全清洁干净。

施工前调试各喷头,车内灌满自来水后对循环泵和每个喷嘴进行检查,要求循环泵能以最高转速运转,每个喷嘴没有堵塞现象,以保证施工过程正常进行。智能撒布车常温洒布,严禁动火加热。

洒布结束后应立即将车内或喷洒设备容器内灌满自来水,及时冲洗。在清洗干净前,车内或喷洒设备容器内严禁长时间脱水。

试喷及规模施工

正式喷洒前应进行试验段试喷,试洒前应对洒布车行驶速度、喷嘴角度及阀门大小等进行调试,并进行洒布量试验检测。

试验段施工总结完成,洒布量、车速、检测等相关参数确定后,规模施工即可用智能型洒布车喷洒水性环氧沥青防水粘结层材料,洒布车喷洒时,按照最佳车速匀速行驶,材料使用前应搅拌均匀。

喷洒时在桥面上放置方盘,以测量洒布量,方盘取走后面下空白桥面应补洒。施工过程中,注意纵向和横向衔接与已洒布部分重叠不少于10cm。据天气情况,气温低于5℃、雨天等天气不得施工防水粘结层。若预计涂料未干燥前会下雨,也不得施工。

防水层养生

施工过程中,严禁踩踏于未干作业面,严防钉子、木棍、钢筋等尖锐物人为破坏作业面。防水粘结洒布后应立即进行自然养护,封闭交通。待材料干燥后达到不粘车轮后,方可进行下一道工序。

水性环氧沥青防水粘结层的养生一般根据天气温度高低而不同,在天气晴好,气温25℃以上,4~6小时左右即可干燥,在气温25℃以下时,12小时左右进行沥青混合料摊铺(一般要求隔夜),冬季需24小时以上。

防水粘结层干燥且拉拔力检测合格后,应尽快进行沥青混合料摊铺。为保证水性环氧沥青防水粘结层固化效果,要求确保沥青混合料摊铺温度不低于160℃

1  水性环氧沥青桥面防水粘结层施工工艺流程

3.3 试验检测指标

水性环氧沥青材料质量要求

水性环氧沥青必须严格控制材料质量,理化及力学性能按照表4要求执行。材料选择时,有条件的应该对生产厂家进行一定深度的考察,详细了解材料生产工艺和质控措施。材料进场后,按照一定频率进行质量检测,确保质量满足要求。

4  水性环氧沥青理化性能及各项力学性能的技术要求

序号

项目

单位

技术要求

试验方法

1

外观

/

黑色或褐色均匀液体,无明星颗粒

/

2

蒸发残留物含量

%

≥43

JTG E 20-2011T 0651-1993

3

黏度(C40℃,4mm

s

5~50

JTG E 20-2011T 0621-1993

4

比重(20℃

g/m3

实测

GB/T 21862.5-2008

5

PH

10%水溶液)

/

7~11

GB/T 1717-1986

6

柔韧性

-20℃±2℃

/

无裂纹

JC/T 408-2005

7

耐热性

160℃±2℃

/

不流淌、不滑动

JC/T 408-2005

8

不透水性

/

0.3MPa30min不渗水

GB/T 16777-2008

9

复合件剪切强度(25℃

MPa

≥0.50

DB32/T2285-2012

复合件剪切强度(40℃

≥0.35

DB32/T2285-2012

10

复合件拉拔强度(25℃

≥0.40

DB32/T2285-2012

复合件拉拔强度(40℃

≥0.30

DB32/T2285-2012

11

附着力拉拔强度(25℃

≥1.0

DB32/T2285-2012

附着力拉拔强度(40℃

≥0.70

DB32/T2285-2012

12

抗冻性(-20℃

/

20次不开裂

/

13

耐腐蚀性(耐碱20℃

d

CaOH2中浸泡15d无异常

DB32/T2285-2012

耐腐蚀性(耐盐水20℃

d

3%盐水中浸泡15d无异常

DB32/T2285-2012

14

干燥性(25℃,日光照,表干)

h

≤3

GB/T 16777

干燥性(25℃,日光照,实干)

h

≤10

GB/T 16777

15

抗硌破及渗水

/

重锤(500g300mm高)自由下落后,不穿孔,不渗水

DB32/T2285-2012

水性环氧沥青防水粘结层施工完成,充分固化后(不低于12h),进行规定频率检测,检测各项指标合格后,允许下道工序施工,具体检测指标及频率见表5

5  水性环氧沥青防水粘结层施工技术要求

序号

检测项目

技术要求

试验方法

检测频率

1

喷洒量(kg/m2

0.8~1.0

单位面积称重

2000m2一组(每组3点取平均值),每座桥至少2

2

外观

无露白,不破损

目测

全桥

3

行车检测

无粘轮破坏

运料车停车、起步及摊铺机行走

试验段检测

4

强度检测(MPa

常温(25℃≥1.0

高温(≥40℃≥0.7

附着力拉拔试验

1000m2一组(每组3点取平均值),每座桥至少2

4 拉拔力检测情况

本实例项目水性环氧沥青防水粘结层洒布量试验段确定为0.9kg/m2,施工完成且充分固化后对防水粘结层的拉拔力进行了检测,检测结果表明,当施工工艺、洒布量及固化时间充分的情况下,水性环氧沥青防水粘层层拉拔力满足设计要求,水性环氧沥青粘结层附着牢靠,在通行轻型车辆后未出现虽坏现象。水性环氧沥青防水粘结层检测时,注意检测温度控制,按照要求选择25℃40℃温度条件下检测,水性环氧沥青防水粘结层拉拔力部分检测数据见表6

6  水性环氧沥青防水粘结层拉拔力检测结果

桩号

位置(m

检测结果(MPa

检测温度(

技术要求(MPa

K32+650

右幅距中4.0

1.02

25.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中8.0

1.30

24.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中12.5

1.65

26.8

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

K32+690

右幅距中3.5

1.81

23.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中8.0

1.34

27.0

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中11.5

1.58

26.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

K32+740

右幅距中3.0

1.55

25.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中7.5

1.28

24.8

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中12.0

1.44

25.0

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

K32+770

右幅距中4.0

1.21

26.0

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中8.0

1.18

24.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中12.0

1.19

25.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

K32+830

右幅距中5.5

1.42

24.9

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中9.5

1.27

25.6

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中13.0

1.29

25.8

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

K32+880

右幅距中2.5

1.52

25.4

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中6.5

1.42

26.2

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中14.0

1.36

26.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

K31+780

右幅距中16.0

1.17

46.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中12.0

0.92

46.0

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中5.0

0.96

45.0

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

K31+660

右幅距中3.0

0.96

46.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中5.0

0.92

45.8

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中9.0

1.02

46.8

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

K31+530

右幅距中4.0

1.33

44.9

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中8.0

1.02

44.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

右幅距中12.5

0.92

44.5

常温(25℃≥1.0;高温(≥40℃≥0.7

5 结语

本文介绍了水性环氧沥青防水粘结层在某项目设计与运用。首先,介绍了水性环氧沥青防水粘结层的特点与设计理念,并分析了固化的三个过程。其次,通过与SBS改性沥青+碎石、橡胶沥青+碎石两种常见防水粘结层进行经济成本、性能与综合比较,总结了在水性环氧沥青具有很高的力学强度和优良的温度稳定性,突显了其可观的直接与间接效益。再者,通过项目对水性环氧沥青防水粘结层的使用应用,提出了防水粘结层施工工艺基本要求与关键工艺控制,同时提出水性环氧沥青质量要求与现场检验指标,规范了后期防水粘结层施工。最后通过现场拉拔力试验检测,展示了水性环氧沥青防水粘结层的的粘结效牢靠,为类似防水粘结层施工提供借鉴。


参考文献:

[1] 郭鑫森. 水泥混凝土桥面铺装层防水粘结材料性能研究[D]. 西安: 长安大学, 2009.

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[3] 居浩, 黄晓明. 桥面防水粘结材料性能研究[J]. 公路, 2005, 37(20): 133-136.

[4] 王斐峰, 邓学钧. 高速公路桥梁桥面防水层试验研究[J]. 中国建筑防水, 2005(4): 26-28.

[5] 杨杭华, 徐利民, 李明贵. 杭徽高速公路高架桥面防水粘结层的施工质量控制[J]. 公路交通科技应用技术板, 2011(11): 117-120..

[6] 尹德清. 长永高速公路沥青路面防水措施探讨与实践 [J]. 湖南交通科技, 2011(1): 41-42.

Design and Application of Waterborne Epoxy Asphalt Waterproof Adhesive Layer

Abc De-fgh1Abc De-fgh2(作者姓名四号楷体)

1.作者单位 , 城市名  邮编,国别;2.China Communications Construction Company Limited ,Beijing 100088,China)(六号宋体)

AbstractThis paper introduces the water-based epoxy asphalt waterproof adhesive layer, compares its economy, performance and comprehensive selection with other waterproof adhesive layers, and highlights the direct and indirect benefits of the water-based epoxy asphalt waterproof adhesive layer. By putting forward the basic construction requirements, key technology and test indexes of waterborne epoxy asphalt waterproof adhesive layer, the standardized construction scheme of waterborne epoxy asphalt waterproof adhesive layer is improved. The test results of engineering cases show that the water-based epoxy asphalt waterproof adhesive layer is firmly bonded, which provides reference for similar projects.

    Key wordsHighway & Railway Engineering; Waterproof Cohesive Layer on Concrete Bridge; Water Based Epoxy Asphalt

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