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            投稿须知 2019WTC专题
            水性环氧乳化沥青桥面粘层材料的断裂拉伸性能试验研究

            作者:文/李宗帅 天津市亨益晟泰筑路材料科技有限公司 来源:中国公路网 时间:2019-05-13

            水泥混凝土桥面板和沥青混凝土铺装层间结合的好坏直接影响结构整体性,通过分析可知桥面铺装的破坏主要来自于车辆动荷载产生的应力破坏,桥面的层间防水粘层性能对桥面整体结构承载力强度和使用寿命有直接影响。因此,以水性环氧乳化沥青固化体系作为桥面防水粘层材料开发具有工程应用意义。根据桥面防水粘层材料会经历四季温度变化,研究温度对材料的机械力学强度以及粘弹性能的影响,设定从-15℃~70℃选五组不同温度值进行不同环氧树脂比例的粘层材料断裂拉伸试验,结果显示并非所有粘层材料在-15℃~70℃之间都满足规范相关要求。


            粘结层对路面的耐久性和路用性能的好坏起着至关重要的作用。目前,我国市场上桥面粘结层材料种类繁多,性能参差不齐,且缺乏一套系统完整的规范作为明确路面粘结层的相应指标和施工指导。粘结层胶结料对道路交通的发展起到了重要的推动作用。普通乳化沥青和改性乳化沥青的粘结强度及抗剪强度低,SBS、PE改性沥青的性能有所提高,却在本质上没有改变沥青属性,并且施工费用比较高。研发低成本、高粘结防水性的水性环氧乳化沥青桥面防水材料,不仅能够满足交通事业的迅猛发展,推动旧水泥路面的改造,同时作为新材料推动道路工程往“新结构、新工艺、新技术”等方向发展。

            断裂拉伸性能试验

            模拟桥面粘层结构的拉拔试验

            根据水泥混凝土桥面板结构和面层铺装特点,制作试件。主要试验步骤如下:

            (1)水泥混凝土板采用425号普通硅酸盐水泥、砂、石和水以1:2:4:0.4的比例拌和(石料级配为5mm~30mm),倒入模中后成型的试件大小为30cm×30cm×5cm。用钢制刷毛对试件的上表面进行拉毛处理,拉毛完毕放在标准条件下养生28d。

            (2)待养生完毕后取出,用毛刷轻轻去掉试件表面的杂物,将拌和完毕的乳液和烧杯一起称量,同时称量涂抹用的刷子。将乳液均匀涂抹在拉过毛的水凝混凝土试件面上,试件四周用挡板密实挡上,防止乳液溢出,分次涂抹,待上一次涂抹的材料表干后涂抹下次。涂抹完成后称量烧杯剩余质量和刷子质量,计算涂抹量,保持0.8kg/m2~1.0kg/m2的用量。

            (3)将涂有乳化沥青的水泥混凝土试件放在车辙仪的试模中,测量试件与车辙仪试模的水平方向高度差,计算需要使用的沥青混合料用量,其中石料为AC-13级配石灰岩,采用滨州70#沥青,油石比5%。

            (4)混合料配好后倒入试模中,然后摊铺均匀保持温度150℃左右进行碾压,然后用一定重量的重物压在上面1h,增加密实度。在标准条件下静置24h养护。脱模后通过钻芯取样,试件芯样直径为100mm。

            (5)将试件样品的两端用环氧树脂固定在拉拔模具上,在一定条件下养生2d。检查仪器液压状态及是否正常运行,将样品放置在UTM试验机上,进行拉拔试验,每组做三个平行试验,结果取平均值。

            由于桥面一年四季所处的温度不同,根据上述试验中所采用的温度值,取-15℃、0℃、25℃、50℃、70℃作为材料的不同环境温度下养护24h,以保证试件达到试验预期要求的温度,取出后立即进行拉拔试验,拉拔试验结果见表1,不同比例在不同温度下的拉拔强度变化曲线见图1。

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            由表1和图1中的实验数据及变化趋势可知:

            (1)不同比例的的水性环氧掺量体系在0℃以上存在一个拉拔强度的峰值,在0℃以下温度下降时,拉拔强度下降比较快,沥青材料的低温脆性导致材料整体的力学性能不高。不同比例的水性环氧掺量体系拉拔强度有一定差别,水性环氧含量越多的体系其拉拔强度也越高。

            (2)在0℃以上时,随着温度的升高,整体呈现拉拔强度在不断下降。5%和10%的由于水性环氧掺量偏小,改性效果不明显,使得粘层材料对温度的敏感性比较大,随着温度的改变,拉拔强度值有着明显的变化,且不满足相关规范中沥青防水涂料拉拔强度不小于1MPa的要求。

            (3)15%树脂含量的防水材料-15℃时的拉拔强度小于1MPa,其他温度均符合规范要求;20%和25%树脂含量桥面防水粘层材料的拉拔强度则高低温均大于1MPa,性能较好。

            模拟桥面粘层结构的剪切试验

            水泥混凝土桥面结构承受剪切力比较复杂,通过实验室模拟桥面结构的材料组成,制作试件模块,最后钻芯取样在不同温度养护下再进行直剪试验,研究桥面防水粘层材料的剪切强度。

            试件制作同拉拔试验。将制作完成的试件放入电热鼓风干燥箱中40±5℃养护72h,取出后于标准实验条件下冷却。试验采用的剪切环圆孔直径为100mm,以马歇尔稳定度试验仪进行试验。

            将试件样品固定在剪切环上,在一定条件下养生2d。考虑桥面四季所经受的不同温度,根据上述试验中所采用的温度值,取-15℃、0℃、25℃、50℃、70℃作为材料的不同环境温度养护24h,以保证试件达到试验预期要求的温度,取出后立即进行剪切试验,将样品放置在马歇尔稳定度试验仪上,进行剪切试验,每组做三个平行试验,结果取平均值。剪切试验结果见表2,不同比例在不同温度下的变化曲线见图2。

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            从图2中可知,不同比例的的水性环氧占比体系在0℃以上存在一个剪切强度的峰值,在0℃以下温度下降时,剪切强度下降比较快,沥青材料在低温时虽然强度有所提高,但呈脆性状态,抵抗变形能力因刚度增大而降低。在0℃以上时,随着温度的升高,整体呈现剪切强度为下降曲线。不同比例的水性环氧占比体系的剪切强度有一定差别,水性环氧含量越多的体系其剪切强度也越高。低比例的水性环氧占比体系对温度的敏感性很明显,随着温度的改变,剪切强度值波动幅度比较大。随着树脂含量的增多,树脂的耐高低温性使得材料对温度的敏感性变低。在不同温度养护下,剪切强度满足大于0.5MPa的有15%、20%和25%。

            根据上述的断裂拉伸试验、拉拔试验和剪切试验结果,分析可知5%、10%和15%的水性环氧占比体系在某些方面不满足条件,由于环氧树脂和固化剂价格的相对较高,考虑到性价比,在满足力学性能的同时,选择20%环氧树脂和80%基质沥青的组合比例为桥面防水粘层材料的最佳配合比。

            结语

            在实验室常温条件下通过三种不同试模的拉拔和剪切试验,在同等条件下对比分析拉拔强度和剪切强度的差异性,环氧树脂的多少决定了力学强度的大小,树脂越多则力学强度越高。同时环氧树脂含量越低的对温度敏感性越大,低温使得防水粘层材料的力学性能有所降低,通过拉拔强度和剪切强度确定最优配比为20%环氧树脂和80%基质沥青的组合比例。

            【中国公路网编辑记者任燕 在线QQ:360638367】
                   【电话:13146474233/010-84990788—1018 邮箱:rym@9811.com.cn 】

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