孟丽丰，王静，戴文斌

（1.北京中交华安科技有限公司，北京100088；2.河南省濮新高速公路建设有限公司，河南 濮阳457300）

作为桥面板与沥青铺装层中间的防水粘结层材料，粘结强度是极其重要的测试指标。若防水粘结层材料性能不符合标准要求，桥面铺装结构的使用安全性和耐久性都会受到影响[1-3]。现阶段对桥面铺装防水粘结层粘结强度测试最常用的测试方法有2类：（1）将防水粘结材料涂在70 mm×70 mm×20 mm的砂浆试块上，用粘结剂将拉拔块粘结在试块上，使用拉力试验机进行测试，结果精确，是室内测量的标准试验方法，但无法现场测试；（2）将拉拔块粘结在喷洒完成的防水粘结层上，然后将拉拔块与电子拉拔仪器固定，简单方便，是现场常用的试验方法，但仪器种类繁多，测试结果差别很大。基于此，本文从材料种类、仪器类型、测试控制方式等方面对混凝土桥面防水粘结层粘结强度的测试影响对比分析，选取测试准确、迅速的粘结强度现场测试仪器。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

高粘乳化沥青：SBS、SBR胶乳和基质乳化沥青配置而成；水性环氧乳化沥青、基质乳化沥青：许昌金欧特沥青股份有限公司；SBS改性沥青、热环氧沥青、橡胶成品沥青：河南万里交通科技集团股份有限公司；丙烯酸树脂：双组份，试验时按1∶1配置，哥俩好化学有限公司。

1.2 测试仪器

电子拉拔仪、拉力试验机、室内测量粘结强度最常用仪器，本试验以拉力试验机为标准试验仪器，所有试验测试数据均与拉力试验机试验结果做比较；沥青混合料试验机（UTM-30），利用自行设计加工的试验夹具，结合仪器自身特点，可进行不同温度下的粘结强度拉拔试验。3种仪器如图1所示。

图1 测试所用的仪器

1.3 试件成型

1.3.1 室内试验

各类沥青材料粘结强度试件成型步骤：（1）将防水粘结层材料均匀涂抹在70 mm×70 mm×20 mm的砂浆试块上，室温下养护24 h；（2）用丙烯酸树脂将拉拔块粘结在试块上，使粘结材料与拉拔块表面完全充满丙烯酸树脂，养护24 h，电子拉拔仪选用直径50 mm的拉拔块，拉力试验机和沥青混合料试验机选用边长40 mm的拉拔块，试块如图2所示；（3）沿拉拔块边缘用刀切割至混凝土试块。

图2 成型试块

丙烯酸树脂试件成型步骤：（1）将一定量的丙烯酸树脂材料混合均匀后涂布于拉拔块上，然后将其直接粘结在砂浆试块上，使拉拔块与砂浆试块之间完全充满丙烯酸树脂，养护24 h；（2）然后沿拉拔块边缘用刀切割至混凝土试块。

1.3.2 现场试验

试件成型步骤：（1）利用70 mm×70 mm×20 mm的砂浆试块置于桥面板拟定测试的位置，喷洒防水粘结层材料时将其一同覆盖，现场养护24 h；（2）用丙烯酸树脂将边长40 mm的拉拔块粘结在砂浆试块上，在每个砂浆试块正前方0.5 m位置粘结直径100 mm的拉拔块，继续养护24 h，然后沿拉拔块边缘用刀切割涂膜至混凝土板；（3）将粘结有拉拔块的砂浆试块移入室内以最短时间利用拉力试验机完成测试，桥面板上粘有拉拔块利用选取的现场测试仪器测试。

1.4 测试方法

为保证人为干扰降至最低，电子拉拔仪、拉力试验机、沥青混合料试验机和较大测量行程的现场拉拔仪等所有仪器操作人员为同一人，粘结强度计算参照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》。拉拔试验后仔细观察断裂面产生的位置（即断裂面的结构层位及其所处的位置），断裂面可能出现在拉头处、铺装层内、防水粘结层等部位，同时记录断裂面占整个试验面积的比例，综合判断测试结果的可靠性。

根据GB/T 16777—2008，标准粘结强度试验方法采用拉力试验机以50 mm/min的位移控制进行试验。如图3所示，砂浆试块与拉拔块表面均残留有粘结材料，断裂面出现在粘结材料内部，同时砂浆试块与沥青之间以及拉拔块与粘结剂之间等均未出现断裂面时，可将检测值作为粘结材料的粘结强度，每种粘结材料有效值不少于6个。

图3 不同粘结材料拉拔块测试结果

2 不同材料和仪器对比

2.1 采用丙烯酸树脂作为粘结材料

丙烯酸树脂是双组份胶粘剂，使用方便，室温固化快，可用于水泥混凝土、沥青混凝土等同种或不同材料之间的粘结。粘结强度试验中，常用作粘结拉拔块和基体材料的粘结材料进行拉拔试验。选择丙烯酸树脂作为粘结材料用于电子拉拔仪、拉力试验机和沥青混合料试验机3种不同仪器进行粘结强度试验，结果表1所示。

表1 丙烯酸树脂作为粘结材料时3种仪器测得的粘结强度

由表1可以看出，5种测试结果的平均绝对偏差和标准偏差均比较小，数据比较集中，稳定性能好。使用拉力试验机和沥青混合料试验机的4种测试结果较为一致，相同加载方式下，2台试验机的测试结果相对偏差分别为0.7%和1.9%，均在2%以内；由于2种加载方式原理的差异，0.15MPa/s控制测试结果稍高于50 mm/min控制测试结果，相同试验机下，2种加载方式相对偏差均＜6%。电子拉拔仪与拉力试验机测试结果差别较大，但仍＜20%。由粘结强度测试结果比较发现，对丙烯酸树脂类的弹性模量较大的材料，电子拉拔仪、拉力试验机和沥青混合料试验机均具有较高的测量精确度和稳定性，电子拉拔仪测量精度稍差，但仍有较高的参考意义。

2.2 采用水性环氧乳化沥青作为粘结材料

水性环氧乳化沥青由基质乳化沥青、水性环氧树脂和固化剂经复杂的化学改性制得。环氧树脂与固化剂发生固化反应，生成不可逆的固化物，从根本上改变了沥青的热塑性，形成介于丙烯酸树脂和高粘乳化沥青之间的半柔性材料，采用水性环氧乳化沥青作为粘结材料时粘结强度测试结果如表2所示。

表2 水性环氧乳化沥青作为粘结材料时3种仪器测得的粘结强度

由表2可以看出，使用电子拉拔仪、拉力试验机和沥青混合料试验机得出的粘结强度测试结果平均绝对偏差和标准偏差均在0.15%以下，数值具有较高的集中性，稳定性较好。沥青混合料试验机与拉力试验机测量结果相对偏差较小，分别为8.8%、6.7%，具有较高的精确度；0.15 MPa/s控制测试结果分别为0.62、0.68 MPa，稍高于50 mm/min控制的测试结果。电子拉拔仪的测试结果为0.36 MPa，相对偏差达到47.0%，精确度较差，但稳定性较好，具有一定的参考价值。

2.3 采用高粘乳化沥青作为粘结材料

高粘乳化沥青以水性SBS乳液、水性SBR乳液、水性EVA乳液等多种高分子胶乳按一定比例与基质乳化沥青经过复配、混合等步骤制得。其高粘特性有效提高了沥青的粘附性，使沥青抵抗水损坏和载荷破坏的能力大大提高，是常用的水性防水粘结层材料。选择高粘乳化沥青作为粘结层材料进行不同仪器的粘结强度测试，结果如表3所示。

表3 高粘乳化沥青作为粘结材料时3种仪器测得的粘结强度

由表3可以看出，使用拉力试验机和沥青混合料试验机得出的粘结强度测试结果相对偏差分别为6.5%、2.8%，较为一致；平均绝对偏差和标准偏差均在0.1%以内，测得的数据离散性较小，稳定性较好。而使用电子拉拔仪时，在相同加载方式下得到的测试结果为0.33 MPa，与拉力试验机测试结果的相对偏差达到69.2%；并且平均绝对偏差和标准偏差较大，数据的精确度和稳定性较差。

3 试验分析

试验测试所用粘结材料依次为丙烯酸树脂、水性环氧沥青和高粘乳化沥青，对于3种材料粘结强度的测试结果如图4所示。

图4 不同测试方式下对比3种材料粘结强度

由图4可知，3种材料不同仪器不同方法测试对比发现：沥青混合料试验机和拉力试验机2种仪器在0.15 MPa/s力控制和50 mm/min位移控制2种测试方法下，4种测试结果基本一致，具有较高的精确性和稳定性。对于电子拉拔仪，测试结果与其他2种仪器在相同测试方法下具有较大的差异，对3种材料的测试结果可靠性依次是丙烯酸树脂＞水性环氧沥青＞高粘乳化沥青。

3.1 测试过程分析

粘结强度测试过程是应力随着位移不断变化的过程（如图5所示），经历起始、波动、平稳上升和下降阶段，平稳上升和下降阶段之间的峰值就是测试得到的粘结强度。开始测试前，试验机与粘结强度试件处于松弛状态，起始阶段位于开始测试至试件开始受力的作用之前，整个过程几乎不受力的作用，该阶段位移大小主要受到测试方法、仪器和材料厚度的影响，与测试材料本身性能无关。试验测试开始受到力的作用后，由于粘结材料喷洒不均匀、拉拔块歪斜和粘结材料种类等因素，作用力开始出现一段波动，随后逐渐平稳上升，上升阶段至峰值位移的大小与材料种类有关。下降阶段已经经过测试峰值，测试已经结束，对试验测试无任何影响。粘结强度测试过程中，拉拔仪需要经过的行程为起始、波动和平稳上升3个阶段的总位移。测试过程中波动和平稳上升阶段主要受材料影响。

图5 粘结强度测试过程

3.2 电子拉拔仪误差分析

经分析，3种粘结材料的弹性模量逐渐降低，可塑性依次增强，粘结材料具有更高的变形能力。测试过程的波动和平稳上升阶段受材料影响位移变大，如图6所示，柔性材料达到最大粘结强度时需要更大的位移，要求测试仪器需要具有更大的移动行程，丙烯酸树脂、水性环氧沥青、高粘乳化沥青3种不同材料最大力值时对应的平均位移分别为0.38、0.61、2.82 mm，差别较大。电子拉拔仪因其构造，测量行程较短，无法达到高粘乳化沥青最大力时所需的位移，如图7所示，对弹性模量较小的高粘乳化沥青等柔性材料粘结强度测量精度有限。

图6 不同材料测试过程比较

图7 电子拉拔仪测试高粘乳化沥青状态

另一重要原因是：电子拉拔仪支撑筒内壁与使用的拉拔块之间仅有＜1 mm间隙，并且支撑筒内壁和拉拔块极易残留粘结材料，残留的粘结材料进一步降低了拉拔块的可移动行程，如图8所示。更重要的是残留的粘结材料会对拉拔块和支撑筒起到二次粘结作用，会在测试过程中对拉拔块产生额外作用力，测试过程产生较大误差。测试粘结性能使用的丙烯酸树脂、水性环氧乳化沥青和高粘乳化沥青3种材料，二次粘结力依次增强，产生的测量误差也依次增大。根据试验分析，电子拉拔仪简单方便，作为现场检测常用的仪器，对刚性材料粘结强度测试具有较高的参考意义；对柔性材料测量误差较大。由于防水粘结层材料绝大部分为弹性模量较低的柔性沥青材料，无法作为防水粘结层粘结强度现场测试仪器。

图8 电子拉拔仪结构

沥青混合料试验机的量程为50mm，拉力试验机量程超过500 mm，粘结强度测试过程完全不受量程影响；同时拉拔块与支撑臂之间有很大空隙，杜绝了粘结材料二次粘结作用的干扰。因此，具有较高的测量精度。

4 现场测试仪器选取

根据上述分析，作为现场测试仪器，为保证粘结材料测试具有较高的精确度，应选择具有较大测量行程的现场拉拔仪，如图9所示，同时拉拔块与支撑之间具有足够的间隙，杜绝了因拉拔仪测量行程不足和残留粘结材料的二次粘结作用导致的测量误差。依托实际工程，在施工现场不同防水粘结层材料喷洒后进行粘结强度现场测试，验证选取测试仪器的可靠性，并与室内拉力试验机进行不同粘结材料的试验结果进行对比，如图10所示。

图9 较大测量行程的现场拉拔仪

图10 2种仪器下5种沥青材料的粘结强度对比

由图10可见，相同试验条件下，对5种不同的防水粘结层材料粘结强度测试结果进行对比，较大测量行程的现场拉拔仪与拉力试验机测量结果保持相同的变化趋势。误差最大的高粘乳化沥青材料粘结强度分别为1.02、0.94 MPa，相对误差为8.5%，小于10%，具有极高的精确度。这是由于现场拉拔仪测量行程可以达到10cm以上，沥青材料达到最大力时的位移只有3mm左右，加上沥青材料和丙烯酸树脂粘结剂厚度的影响，几乎不超过1 cm，完全不受现场拉拔仪测量行程影响；同时拉拔块与支撑之间很大的间隙杜绝了残留沥青二次粘结力的干扰。能保证准确的测量结果，是较理想的防水粘结层粘结强度现场测试仪器。

5 结论

（1）使用沥青混合料试验机测得的粘结强度与拉力试验机一致，且数据离散性较小，测试结果准确性较高，稳定性较好。

（2）电子拉拔仪因测量行程较短、支撑筒内壁与拉拔块之间间隙较小，粘结强度测试结果受材料本身性能影响很大，对弹性模量较大的丙烯酸树脂材料，试验数据与拉力试验机一致，结果稳定性较好；而对柔性沥青材料无法提供更大的测量行程，并且残留材料的二次粘结作用，试验数据差异较大，无法作为防水粘结层粘结强度现场测试仪器。

（3）对不同的沥青防水粘结层材料，选择测量行程较大的现场拉拔仪，同时拉拔块与支撑之间具有足够的间隙，与拉力试验机对比测试发现，能有效提高沥青防水粘结层材料的测量精度，是较理想的防水粘结层粘结强度现场测试仪器。