钢桥面铺装防水粘结体系耐久性评价方法

摘要

本发明涉及一种钢桥面铺装防水粘结体系耐久性评价方法，采用不同浸水条件下的25℃拉拔强度及衰减率作为最终评价指标。试验过程主要可包含如下三项正交试验条件：1.浸水温度:-15℃－80℃；2.浸水时间：0d-70d；3.浸水类型：纯净水或饱和盐水。通过对以上各项试验条件下的试验实施，能够较为全面地评价钢桥面铺装防水粘结体系材料的耐久性，确保筛选出来的材料能够满足钢桥面铺装防水粘结体系对于长期抗高温及抗水侵蚀的性能要求。本方法很好的填补了现有标准及规范在钢桥面铺装防水粘结体系耐久性方面的不足。

说明书

技术领域

本发明属于公路与城市道路领域，具体涉及一种钢桥面铺装防水粘结体系耐久性评价方法。 

背景技术

钢桥面铺装层的使用环境主要有气候环境如温度、太阳光、紫外线等，介质环境如空气成分、铺装层面汽车尾气、雨水、汽车货物污染物等。作为防水粘结体系，由于上面的铺装层将其覆盖住，所以主要受到温度和水这两种因素的影响。 

有关测试资料表明，由于钢箱梁体内不通风，散热速度慢，因此在高温季节比传统的桁架梁钢桥桥面温度高出10℃以上，而且高温持续时间更长。根据国内某钢箱梁桥对钢桥面铺装实测的资料，当最高环境气温为34℃时，桥面钢板表面和铺装表面混合料中的温度分别为62℃和69.5℃，远高于同温区传统水泥混凝土桥及不同路面的平均年最高温度。因此，温度——特别是极端高温对于钢桥面铺装体系的影响要高于混凝土桥及普通路面，由此对钢桥面铺装防水粘结体系的高温耐久性提出了更高的要求。 

钢桥面柔性铺装均为多孔质层，水可以通过沥青混凝土铺装层的孔隙到达层下的防水粘结层和防腐层界面，并且水一旦进入铺装层下粘结层和防腐层界面后很难离开，这些水在汽车和桥面震动载荷等共同作用下，腐蚀防水粘结层界面和破坏铺装层面。汽车洒落的机油或汽油均会与桥面沥青发生溶涨和溶解作用，加剧沥青混凝土铺装层的表面空隙，更加有利于水穿过铺装层。水介质的渗透与沥青混凝土铺装层表面水压（如汽车轮载压力）及水压循环次数有关。随着沥青混凝土表面水压增大，或沥青混凝土表面水压循环次数增加，均会加速沥青混凝土表面或沥青混凝土孔隙内部水介质向破损的防水粘结层与防腐蚀涂层界面渗透速度和效率。铺装层的积水如不能及时排走将渗入面层内部的裂隙中,就会造成沥青胶结料与集料剥离。同时,车辆高速行驶时车轮压迫路表积水形成高速射流,对混合料内部形成很强的冲刷,这种高速射流还在路面微裂隙与空隙中形成具有瞬变流特性的脉动水流,强烈的脉动水流在沥青混凝土内部缝隙里形成较大的脉动水压力并沿缝隙传播,使面层沿着内部裂隙发生水力断裂,导致水分进一步侵入。这些下渗的水会对防水粘结层和腐蚀层的性能产生影响。当季节变化，水的冻胀效应应具有严重的破坏性。液体在孔隙中结冰后体积积聚增加,使沥青混凝土三维空间上受到相同的应力,当应力达到或超过沥青混凝土的粘聚力时,在水平方向上的应力使路面开裂,竖直方向上的应力是路面松散、挤压、变形。随着昼夜温差得变化、车辆荷载的反复作用和冻涨应力周期性的作用在沥青混凝土上,加速了铺装层的疲劳破坏，加速了水往下渗透，除此以外，部分工业化严重地区的降水带有严重的酸性，对防水粘结体系有严重的侵蚀作用，随着时间的流逝，会严重影响防水粘结体系的粘结性能。由此可见，由于水的渗透是难以完全避免的，因此必须对钢桥面铺装防水粘结体系的抗水侵蚀的耐久性提出了更高的要求。 

目前，我国还没有钢桥面铺装防水粘结层的性能检测的统一标准，一般对桥面防水层性能的检测只是参考建筑防水材料的性能检测方法。而对于钢桥面铺装防水粘结体系的长期耐久性能的评价方面，我国现有规范基本没有涉及。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢桥面铺装防水粘结体系耐久性评价方法。 

本发明提出的钢桥面铺装防水粘结体系耐久性评价方法，具体步骤如下： 

（1） 试验方法及评价指标

采用不同浸水条件下的25℃拉拔强度及衰减率作为最终评价指标。

（2）试件成型方法 

①准备好试验用的5×10×10cm钢块、钢拔头（接触面积3×3cm）、电子秤、盛装环氧沥青的容器和涂刷用的小铲子，根据喷砂除锈国标GB8923-88，要求钢桥面喷砂除锈清洁度达到Sa2.5级，为保证防腐层与钢桥面的附着力，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～100μm。

②将环氧富锌漆均匀涂于钢块表面，常温养护7d。 

③将环氧沥青均匀涂于环氧富锌漆层之上，将拔头粘于环氧沥青表面，并用双面胶带固定，放在拔头滑移，放于50℃的烘箱中保温24h，然后将烘箱调至120℃，保温6h，使环氧沥青完全固化， 

（3）拉拔试验

将成型好的计划体制根据试验需要，在不同的温度和浸水条件下进行拉振动试验，采用粘结强度测试仪测定步骤(2)得到的产品与钢桥面的粘结力，控制浸水温度为-15℃-85℃；浸水时间为1d-30d；浸水类型为纯净水或饱和盐水。

粘结强度按下式计算： 

式中：

——防水粘结层材料与钢桥面的粘结强度（MPa）；

——试件承受的最大拉力（KN）；

——粘结面的长度（cm）；

——粘结面的宽度（cm）；

（4）将不同试验条件下的拉拔强度结果绘制成正交表格，计算防水粘结体系材料随浸水温度及浸水时间变化所产生的衰减率，从而评价防水粘结体系材料的耐久性。

衰减率按如下公式计算： 

式中：Δ ——防水粘结体系材料随浸水温度及浸水时间变化所产生拉拔强度的衰减率（%）；

σ₀——防水粘结层材料与钢桥面的初始粘结强度（MPa）；

σ_xd——防水粘结层材料与钢桥面在浸水x天后的粘结强度（MPa）。

本发明能够较为全面地评价钢桥面铺装防水粘结体系材料的耐久性，确保筛选出来的材料能够满足钢桥面铺装防水粘结体系对于长期抗高温及抗水侵蚀的性能要求。 

附图说明

图1为实施例1已成型的拉拔试验。

图2为粘结强度测试装置。

图3 不同浸水天数条件下的拉拔强度结果。

图中标号：1为钢块，2为防水粘结体系，3为拉头。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：环氧沥青防水粘结体系拉拔试验进行步骤如下： 

1）准备好试验用的钢块（5×10×10cm）、钢拔头（接触面积3×3cm）、电子秤（精确到0.1g）、盛装环氧沥青的容器和涂刷用的小铲子等。根据喷砂除锈国标GB8923-88，要求钢桥面喷砂除锈清洁度达到Sa2.5级，即“非常彻底的喷射除锈，钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑”。同时，为保证防腐层与钢桥面的附着力，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～100um。

2）将一定量的环氧富锌漆均匀涂于钢块表面，常温养护7d。 

3）将一定量的环氧沥青均匀涂于环氧富锌漆层之上，将拔头粘于环氧沥青表面，并用双面胶带固定，防止拔头滑移，放于50℃的烘箱中保温24h，然后将烘箱调至120℃，保温6h，使环氧沥青完全固化，成型好的试件如图1所示。 

3）将成型好的试件根据试验的需要，在不同的温度和浸水条件进行拉拔试验。采用粘结强度测试仪测定防水粘结层与钢桥面的粘结力，示意图如2图所示，图中：1—钢块，2—防水粘结体系（防水粘结层与防锈层），3—拉头。 

粘结强度按下式计算： 

式中：

——防水粘结层材料与钢桥面的粘结强度（MPa）；

——试件承受的最大拉力（KN）；

——粘结面的长度（cm）；

——粘结面的宽度（cm）。

4）将不同试验条件下的拉拔强度结果绘制成正交表格，计算防水粘结体系材料随浸水温度及浸水时间变化所产生的衰减率，从而评价防水粘结体系材料的耐久性。 

衰减率按如下公式计算： 

式中：Δ ——防水粘结体系材料随浸水温度及浸水时间变化所产生拉拔强度的衰减率（%）；

σ₀——防水粘结层材料与钢桥面的初始粘结强度（MPa）；

σ_xd——防水粘结层材料与钢桥面在浸水x天后的粘结强度（MPa）。

实施例2：将实施例1所述方法应用于某桥面防水粘结体系的耐久性测试

1）准备好试验用的钢块（5×10×10cm）、钢拔头（接触面积3×3cm）、电子秤（精确到0.1g）、盛装环氧沥青的容器和涂刷用的小铲子等。根据喷砂除锈国标GB8923-88，要求钢桥面喷砂除锈清洁度达到Sa2.5级，即“非常彻底的喷射除锈，钢材表面无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物，任何的痕迹应仅是点状或条纹状的轻微色斑”。同时，为保证防腐层与钢桥面的附着力，要求钢桥面板喷砂除锈后粗糙度达到50～100um。

2）将10g的环氧富锌漆均匀涂于钢块表面，常温养护7d。 

3）将调制好的环氧沥青按0.75kg/m²进行用量计算并均匀涂于环氧富锌漆层之上，将拔头粘于环氧沥青表面，并用双面胶带固定，防止拔头滑移，放于50℃的烘箱中保温24h，然后将烘箱调至120℃，保温6h，使环氧沥青完全固化，成型好的试件如图1所示。 

3）将成型并养护完成的试件浸没于70℃的纯净水中，按照不同的浸水天数（0d-70d）取出后分批进行25℃拉拔试验。 

4）将不同浸水天数条件下的拉拔强度结果绘制成表1及图3，并经过计算得防水粘结体系材料随浸水70天后衰减率为68.7%。 

表1 环氧沥青防水粘结层与钢块在不同浸水时间后的25℃拉拔试验结果

浸水时间（天）受力面积（mm²）拉拔力（KN）拉拔强度(MPa)09005.506.1119005.446.0429005.355.9459005.075.63109004.214.68159003.814.23 209003.053.39 309002.312.57 409002.122.36 509001.942.16 609001.832.03 709001.721.91