钢桥面铺装防水材料及结构研究.doc

1、1 国外防水体系的概括与分类1.1 防水体系的作用和要求为了实现钢桥面板与沥青铺装层之间的有效粘接，防止钢板被腐蚀而导致铺装层与钢板出现脱层，从而出现钢桥面铺装的早期破坏，就必须在钢板与沥青铺装层之间设置一层一定厚度的防水粘接材料。因此，粘接层的作用主要是在钢板与沥青铺装层之间起着粘接作用，同时也起着保护钢板的防水作用；而防水层的主要作用是防止铺装面层的雨水进入粘接层表面，从而引起粘接层与防水层之间的界面脱层。另外，防水层还起着吸收荷载应力并在粘接层与铺装层之间起粘接的作用。综合国内外钢桥面铺装粘接层的研究现状和应用中存在的问题，并结合我国具体的气候条件，可以归纳出钢桥面铺装中防水粘接层须满足

2、如下要求：(1)要求防水层有良好的层间结合力和变形能力。在钢桥面板温度应力和荷载作用下，钢板和铺装层要发生一定程度的挠曲变形，粘接层须提供足够的结合力以抵抗铺装层和钢板之间产生的剪切应力。(2)要求粘接层具有良好的高温稳定性和低温抗裂性。我国幅员辽阔，夏季极端高温时，南方地区钢桥面板的温度会达到60以上，铺装层最高温度会达到70以上，北方地区冬季极端最低温度会达到-20以下。因此要求粘接层在高温条件下仍能提供足够的层间结合力及抗荷载剪切的能力，在极端低温和荷载作用下具有不开裂及较强的变形能力。(3)要求粘接层具有良好的抗疲劳能力。(4)要求粘接层具有良好的水稳性、抗化学腐蚀和防水能力。由于铺装

3、层（SMA沥青混合料）属于需要碾压的混合料，并不能保证100不渗水，因此，粘接层不可避免地会遭受渗透水的浸蚀，而雨水在流动过程中因溶解了某些化学物质而具有一定的酸碱性，这就要求粘接层不仅必须具有良好的水稳性，还应具备良好的化学稳定性；同时，要求粘接层具有良好的防水性能，以隔断水和空气进入钢板表面。(5)要求粘接层具有一定的施工和易性。1.2 国内外防水体系的分类由于使用条件受各国气候条件和交通荷载的影响使钢桥面铺装技术变得十分复杂。在日本、欧洲、美国等经济发达地区，钢桥面铺装研究起步较早，钢桥面铺装技术问题解决得较好，基本形成了自己的铺装体系。而在国内，经过近20年的研究，国内的钢桥面铺装技术

4、的发展集中体现在防水体系的日趋完善上。归纳国内外钢桥面铺装的防水体系，主要有以下两类：即沥青类材料作为粘接层的防水体系；反应性树脂作为粘接层的防水体系。1.2.1沥青类材料作为粘接层的防水体系沥青类材料作为粘接层钢桥面铺装的防水体系，它主要具有如下特点： 粘接层是通过物理过程实现与钢板的有效粘接； 粘接层材料会随着温度的升高而出现软化或者融化，又会随着温度的降低出现凝固，整个过程具有一定的可逆性； 粘接层就是靠这种可逆性实现了与防水层或铺装层的有效粘接； 粘接层并不单独存在，粘接层与防水层和铺装下层共同构成防水体系，而对于不设防水层的铺装结构，粘接层直接与铺装下层共同构成防水体系。这种防水体系

5、在日本、英国和中国应用比较普遍。如日本本四联络桥、由英国人设计施工的江阴长江大桥、厦门海沧大桥、重庆鹅公岩大桥和武汉军山大桥等。日本的钢桥面铺装主要形式是在钢板喷砂除锈后不涂布任何防腐层，只用溶剂型沥青橡胶进行封闭（粘接层），下层做浇筑式沥青混凝土，上层使用橡胶沥青改性的密级配沥青混凝土的典型方案，铺装总厚度为79cm，如下图所示。图1.1 日本的钢桥面铺装结构这种钢桥面铺装的防水体系是由封闭层（溶剂型沥青橡胶）与铺装下层的浇注式沥青混凝土共同构成防水体系。浇注式混合料本身具有细集料含量高，矿粉含量高，沥青含量高等“三高”特点，较多的沥青含量使骨料处于悬浮状态，它与热压沥青混凝土不同的是其空隙

6、率很小，而且内部空隙不连续，这种防水体系正是利用浇注式沥青混凝土的不透水性达到了防水的目的。 江阴长江大桥的钢桥面铺装采用了英国的铺装方案，如下图所示。这种方案与图1.2 英国桥面铺装日本的钢桥面铺装存在很多相似之处，如都采用了溶剂型沥青类材料作为粘接层，没有设置单独的防水层，粘接层与浇注式沥青混凝土共同构成防水体系，只不过江阴大桥在钢板喷砂除锈之后涂刷了一层环氧富锌漆。而江阴长江大桥通车后很快就发生了鼓包、推移等病害。分析其原因，这种早期病害与江阴长江大桥钢桥面的铺装结构、交通条件及气候特征分不开的。 同样，这种沥青类材料作为粘接层的防水体系在我国的钢桥面铺装中也得到了较广泛的应用。如厦门海

7、沧大桥、宜昌大桥、重庆鹅公岩大桥和武汉军山大桥等。其典型的铺装结构如下图所示。即钢板经过喷砂除锈、进行防腐处理（涂布一层油漆或电弧喷锌），采用热融型粘接剂作为粘接层并撒布预拌碎石，然后铺装沥青混凝土。这类铺装结构的防水体系是由热融型粘接层与铺装下层共同构成。图1.3 国内钢桥面铺装结构形式之一1.2.2反应性树脂作为粘接层的防水体系反应性树脂作为粘接层钢桥面铺装的防水体系，它主要具有如下特点： 粘接层是通过化学过程实现与钢板的有效粘接，该化学过程一般是不可逆的； 粘接层材料不会随着温度的升高而出现软化或者融化，粘接层一旦形成，就具有稳定性，对温度显示出良好的惰性； 粘接层就是靠形成过程中所发生

8、的化学变化实现了钢板的有效粘接； 粘接层可以单独、也可以与缓冲层共同构成相对独立的防水体系。1.2.2.1化学反应发生在铺装过程之前反应性树脂粘接层的固化作用在铺装之前就基本完成了，且这种固化作用直接决定了粘接层与钢板之间的粘接性能，而对于粘接层与铺装层之间的粘接强度是没有直接关系的。这类防水体系具有较鲜明的结构层次性，以德国的钢桥面铺装最为典型。德国的桥面铺装体系较为复杂，表现为特别注重结构层次功能和防水功能。如下图所示：图1.4 德国钢桥面铺装注：在图中未标示出各层之间万一需要撒布的石料层图1.5 反应树脂防水层的结构型式通过上图我们不难发现，德国的钢桥面铺装自下而上的各层都具有相对独立的

9、完整性，用做粘接层的环氧树脂的固化过程完成之后，再铺装缓冲层，继而铺装沥青混凝土。粘接层与铺装层之间的粘接是通过缓冲层来实现的。浇筑式沥青混凝土、改性沥青SMA都可以用于铺装下层，上层可以采用浇筑式沥青混凝土、改性沥青SMA及密级配改性沥青混凝土。粘接层、缓冲层和铺装下层组成防水体系。1.2.2.2化学反应发生在铺装过程之中粘接层的反应性树脂的固化作用贯穿于整个钢桥面铺装过程的始末，且主要发生于铺装层的摊铺或其后的养生过程中，这种固化作用对于粘接层与铺装层之间的粘接强度是紧密相关的。在铺装层（沥青混合料）的热作用下，粘接层发生快速的固化作用，实现粘接层与钢板和铺装层的粘接。这类防水体系的典型代

10、表是美国的环氧沥青混凝土的钢桥面铺装方案。美国的桥面铺装中的典型结构是两层环氧改性沥青混凝土，在我国南京第二长江大桥中得到了成功的应用。厚度为5cm左右，分两层摊铺碾压，其粘接层也采用环氧改性沥青，洒布在桥面板上后，在其固化以前铺筑其上的铺装层。典型结构如下：该类型桥面铺装在美国等地也有部分桥梁由于施工原因或重载原因产生了早期图1.6 美国钢桥面铺装破坏。这也表明，环氧改性沥青具有较好的力学性能，但施工工艺较复杂，施工控制是保证成功的关键。综上所述， 目前国内外的防水体系主要是因为其粘接层的种类不同而有所区别。不同的国家和地区都有适用于自己使用条件的桥面铺装体系，每一种铺装都自成体系，也基本形

11、成了自身的技术指标体系。这也不只反映了现代材料科学发展的多样性成果，也确实要求我们在借鉴别国的成功经验的同时，必须结合本国本地区的气候特点、桥梁结构特点、交通荷载特点及地方原材料特点，进一步加以研究解决钢桥面铺装这一技术难题。2 粘接层的试验研究借鉴国外相关先进技术，结合我国西部地区具体气候特征，研究开发了溶剂型、热融型和环氧型粘接剂。2.1试验方法简介2.1.1粘接强度将配制好的粘接层材料涂布于处理好的钢板上，厚度为0.20.3，待其完全固化后，将50的拉头用专用胶粘于试件上，待其完全固化后，在规定的试验条件下测试其拉拔力，由此计算出粘接强度，其示意图如下图所示。F钢板拉头粘接剂图2.1 粘

12、接强度试验示意图（铺装前）2.1.2剪切强度将配制好的粘接层材料和1010的处理好的钢板制成如图2.2所示试件，试件重叠处以粘接层材料粘接，这种方法叫做双搭接法；另一种方法是将配制的粘接层材料制成如图2.3所示试件，试件重叠处同样以粘接层材料粘接，这种待方法叫做单搭接法。当试件完全固化后，在规定的试验条件下测试其剪切荷载，由此计算出剪切强度。图2.2 粘接材料的剪切强度试件示意图（双搭接法）图2.3 粘接材料剪切强度试件示意图（单搭接法）2.1.3柔韧性能（1）拉伸伸长率测试将配制好的环氧胶成型为一定规格的矩形试件，待其完全固化后，放入180的烘箱中，并立即关闭烘箱，让其自然冷却，取出试件，用

13、样刀裁成哑铃状样条，将样条在拉力机中测试其拉伸伸长率。（2）低温弯曲性能将各种环氧胶配制好，涂刷于薄铝片上。待其完全固化后，将试件放入180的烘箱中，并立即关闭烘箱，让其自然冷却，取出试件，冷却至室温，再放入冷冻室冷冻一天。让试件在该温度下沿直径为20的圆筒弯曲90O，观察环氧胶的裂纹状况。2.2试验结果分析在国内外，钢桥面铺装用做粘接层的材料分为沥青类粘接材料与反应性粘接材料，其中沥青类粘接材料又分为：热融型粘接材料和溶剂型粘接材料。在下面的研究中，我们将三种材料分为三部分，分别进行试验研究。2.2.1热融型粘接剂2.2.1.1温度对粘接强度的影响首先进行热融型粘接剂在各种温度下与钢板的粘接

14、强度测试，分析了热融型粘接剂与钢板的粘接强度对温度的依赖关系，测试结果列于下表。表2.1 -20热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度 项目编号粘接强度，MPa平均值， MPa破坏情况11.3751.184W29与钢板间80%拉起，拉头与W29间20%21.070W29与钢板间90%拉起，拉头与W29间10%31.019W29与钢板间95%拉起，拉头与W29间5%41.273W29与钢板间95%拉起，拉头与W29间5%表2.2 -10热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度 项目编号粘接强度，MPa平均值， MPa破坏情况10.7641.196W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉21.222W29与钢板

15、间98%拉起，拉头与W29间2%，31.426W29与钢板间99%拉起，拉头与W29间1%，41.375W29与钢板间99%拉起，拉头与W29间1%，表2.3 0热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度 项目编号粘接强度，MPa平均值， MPa破坏情况11.2731.375W29与钢板间90%拉起，拉头与W29间10%21.375W29与钢板间95%拉起，拉头与W29间5%31.273W29与钢板间90%拉起，拉头与W29间10%41.579W29与钢板间95%拉起，拉头与W29间5%表2.4 20热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度 项目编号粘接强度，MPa平均值， MPa破坏情况11.1711.4

16、01W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉21.783W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉31.273W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉41.375W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉表2.5 30热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度 项目编号粘接强度，MPa平均值， MPa破坏情况11.0191.184W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉21.273W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉31.375W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉41.070W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉表2.6 40热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度 项目编号粘接强度，MPa平均值， MPa破坏情况10.7130.5

17、98W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉20.407W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉30.764W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉40.509W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉表2.7 50热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度 项目编号粘接强度，MPa平均值， MPa破坏情况10.2020.219拉头与W29间100%被拉掉20.165拉头与W29间100%被拉掉30.255W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉40.252W29变形超出拉拔仪行程，拉头未拉掉表2.8 60热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度 项目编号粘接强度，MPa平均值， MPa破坏情况10.1020.166W29与钢板

18、间80%拉起，拉头与W29间20%，已发软20.051W29与钢板间50%拉起，拉头与W29间50%，已发软30.407W29与钢板间40%拉起，拉头与W29间60%，已发软40.102W29与钢板间35%拉起，拉头与W29间65%，已发软为了更直观地描述W29与钢板的粘接强度随温度的变化关系，我们将以上试验结果绘制成“粘接强度温度”关系图，如图2.4所示。粘接强度（MPa）温度 图2.4 W29与喷砂钢板粘接强度与温度的关系图以上试验结果表明，热融型粘接剂W29与钢板的粘接强度不高，温度在20以下时，粘接强度随温度的降低有所下降，但幅度不大，表明W29的低温性能较好；当温度超过20以后，W2

19、9与钢板的粘接强度随温度的升高而急剧下降，表明热融型粘接剂W29的高温稳定性不好。另外，测试过程中我们还发现，试件上的W29在20以后就出现不同程度的软化，粘于试件上的拉头在60时出现了较严重的滑移，表现为W29在“高温”区变形超过仪器行程。2.2.1.2 低温柔韧（弯曲）性能测试将W29涂刷于薄铝片上，待其完全固化后，将试件放入180的烘箱中，并立即关闭烘箱，让其自然冷却，取出试件，冷却至室温，再放入冷冻室冷冻一天，再调节冷冻室温度，分别将试件在该温度下沿直径为20的圆筒弯曲90O，观察W29的裂纹状况。试验结果表明，热融型粘接剂在-10就出现了明显开裂，表明热融型粘接剂低温抗裂性较差。2.

20、2.2溶剂型粘接剂2.2.2.1 GS-1溶剂型粘接剂根据海沧大桥的破坏情况，我们开发了GS-1溶剂型粘接剂。参考日本钢桥面铺装技术，我们分别研究了GS-1与喷砂钢板和涂刷一层环氧富锌漆的钢板的粘接情况，并分别考察了其最佳用量（厚度）。 GS-1与新喷砂钢板粘接情况及最佳用量（厚度）的确定根据现有经验和国内外相关资料，我们选取并分别测试了以下几种用量的GS-1与钢板的粘接强度，测试结果列于下表。 表2.9 GS-1用量为160g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1171.021.01粘接层与钢板60%，拉头与粘接层40%2170.97粘接层与钢板7

21、0%，拉头与粘接层30%3171.02粘接层与钢板70%，拉头与粘接层30%4171.02粘接层与钢板70%，拉头与粘接层30%5170.97粘接层与钢板60%，拉头与粘接层40%表2.10 GS-1用量为200g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1170.811.06粘接层与钢板90%，拉头与粘接层10%2170.92粘接层与钢板70%，拉头与粘接层30%3171.22粘接层与钢板90%，拉头与粘接层10%4171.02粘接层与钢板90%，拉头与粘接层10%5171.32粘接层与钢板100%表2.11 GS-1用量为240g/m2时的粘接强度测试

22、结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1171.681.65粘接层与钢板90%，拉头与粘接层10%2171.78粘接层与钢板100%3171.48粘接层与钢板100%4171.53粘接层与钢板80%，拉头与粘接层20%5171.78粘接层与钢板90%，拉头与粘接层10%表2.12 GS-1用量为260g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1170.760.96粘接层与钢板70%，拉头与粘接层30%2171.07粘接层与钢板90%，拉头与粘接层10%3171.17粘接层与钢板90%，拉头与粘接层10%4170.92粘接层与钢板85%

23、，拉头与粘接层15%5170.87粘接层与钢板85%，拉头与粘接层15%为了更直观地表示GS-1随其用量的变化情况，把上述四张表格归纳为一张 “粘接强度GS-1用量”的坐标图，如下图所示。GS-1用量（102 g/m2）粘接强度（MPa）图2.5 GS-1与喷砂钢板粘接强度与其用量的关系图 GS-1与环氧富锌漆钢板粘接情况及最佳用量（厚度）的确定表2.13 GS-1用量为160g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1170.970.814粘接层与漆100%2170.71粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%3170.87粘接层与漆90%4170.76粘

24、接层与漆90%5170.76粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%表2.14 GS-1用量为200g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1171.021.09粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%2171.07粘接层与漆100%3171.32粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%4171.02粘接层与漆100%5171.02粘接层与漆100%表2.15 GS-1用量为240g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1171.881.68粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%2171.78粘接层与漆90%，拉头与粘接层1

25、0%3171.53粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%4171.53粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%5171.68粘接层与漆100%表2.16 GS-1用量为260g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1171.170.97粘接层与油漆80%，拉头与粘接层20%2170.97粘接层与油漆90%，拉头与粘接层10%3170.81粘接层与油漆100%4170.97粘接层与油漆90%，拉头与粘接层10%5170.92粘接层与油漆100%粘接强度（MPa）GS-1用量（102 g/m2）图2.6 GS-1与喷涂环氧富锌漆的钢板粘接强度与其用量的关系图以上

26、研究结果表明，当GS-1的用量一定时，GS-1与新喷砂钢板和涂刷一层环氧富锌漆钢板的粘接强度相近，表明涂刷环氧富锌漆对GS-1与钢板的粘接性能影响不大；从曲线的变化趋势来看，这两种结构的粘接强度都是在GS-1的用量达到240g/m2时出现峰值（最大值），表明GS-1的最佳用量为240g/m2。从试件的破坏形式也可以看出，当GS-1的用量低于240g/m2时，GS-1并没有完全覆盖钢板（环氧富锌漆）的表面，没有完全浸润钢板（环氧富锌漆）的微孔，故粘接强度随着GS-1的用量增加而增加；结合试验试件的破坏情况和试验数据分析可知，当GS-1的用量达到240g/m2时，GS-1正好完全覆盖钢板（环氧富锌

27、漆），正好完全浸润覆盖钢板（环氧富锌漆）的微孔，故此时的粘接强度最大；当GS-1的用量超过240g/m2时，多余的GS-1对它自身与钢板（环氧富锌漆）的浸润作用毫无裨益。相反，随着GS-1用量的增加，GS-1涂膜也随之增厚，滞留在GS-1涂膜与钢板（环氧富锌漆）界面及其涂膜内部的溶剂很难得到充分的挥发，不仅直接影响了GS-1与钢板（环氧富锌漆）之间的粘接强度，而且也降低了GS-1涂膜自身的内聚强度。因此，当GS-1的用量超过240g/m2时，粘接强度随着GS-1的用量增大而减小。 GS-1溶剂型粘接剂高温性能研究测试GS-1在60和70时与钢板的粘接强度，试验结果列于下表。表2.17 GS-1

28、在60时与钢板的粘接强度 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1600.9680.789粘接层与油漆65%，拉头与粘接层35%2600.662粘接层与油漆55%，拉头与粘接层45%3600.866粘接层与油漆100%4600.662粘接层与油漆90%，拉头与粘接层10% 表2.18测试出GS-1在70时的粘接强度为0.38，说明GS-1的高温性能不好。2.2.2.2 其他类型溶剂型粘接剂性能研究由于GS-1高温性能不好，开发了GS-3、GS-4、GS-5和GS-6，并研究了它们与涂刷一层环氧富锌漆钢板在高温时的粘接性能，试验结果列于下表。表2.18 溶剂型粘接剂系列与喷环氧富锌

29、漆钢板的粘接强度试验结果类型试验温度（）粘接强度（MPa）环氧富锌漆+GS-1700.38环氧富锌漆+GS-3700.78环氧富锌漆+GS-4700.75环氧富锌漆+GS-5700.95环氧富锌漆+GS-6701.28由上表试验结果可以看出，GS-5和GS-6粘接剂在70温度下的粘接强度较高，由此初步选定GS-5和GS-6为沥青类粘接剂，并对它们做进一步性能试验。 GS-5最佳用量的确定考虑在实际施工过程中，在施工完的粘接层上要施工一层温度达180以上的防水层，所以我们在测试粘接强度时，先把试件放在180的烘箱中保温，然后让其自然冷却，再测定粘接强度，测试结果列于下表。表2.19 GS-5用量

30、为210g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1134.8893.4GS-5与环氧漆之间50，GS-5与拉头之间502134.023GS-5与环氧漆之间50，GS-5与拉头之间503131.528GS-5与环氧漆之间80，GS-5与拉头之间204133.158GS-5与环氧漆之间80，GS-5与拉头之间20表2.20 GS-5用量为230g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1133.2093.489GS-5与环氧漆之间50，GS-5与拉头之间502133.514GS-5与环氧漆之间50，GS-5与拉头之间

31、503133.667GS-5与环氧漆之间20，GS-5与拉头之间804133.565GS-5与环氧漆之间20，GS-5与拉头之间80表2.21 GS-5用量为250g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1135.6025.271GS-5与环氧漆之间35，GS-5与拉头之间652135.093GS-5与环氧漆之间60，GS-5与拉头之间403134.991GS-5与环氧漆之间20，GS-5与拉头之间804135.399GS-5与环氧漆之间80，GS-5与拉头之间20表2.22 GS-5用量为270g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，M

32、Pa平均值，MPa破坏情况1133.9723.4GS-5与环氧漆之间30，GS-5与拉头之间702134.125GS-5与环氧漆之间40，GS-5与拉头之间603133.361GS-5与环氧漆之间70，GS-5与拉头之间304133.463GS-5与环氧漆之间10，GS-5与拉头之间90表2.23 GS-5用量为290g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1133.4123.349GS-5与环氧漆之间87，GS-5与拉头之间132133.565GS-5与环氧漆之间85，GS-5与拉头之间153132.954GS-5与环氧漆之间85，GS-5与拉头之间

33、154133.463GS-5与环氧漆之间50，GS-5与拉头之间50为了更直观地反映GS-5与钢板的粘接强度与其用量的变化关系，我们将以上试验结果绘制成“粘接强度GS-5用量”关系图，如下图所示。GS-5用量（g/m2）粘接强度（MPa）图2.7 GS-5的用量在13时对粘接强度的影响关系图以上研究结果表明，GS-5与涂刷一层环氧富锌漆钢板的粘接强度随着GS-5用量的增加呈现先增大后减小的变化趋势，并且在GS-5的最佳用量为250g/m2时粘接强度达到最大值。从试件的破坏形式也可以看出，当GS-5的用量低于250g/m2时，GS-5并没有完全覆盖钢板上环氧富锌漆的表面，没有完全浸润钢板上环氧富

34、锌漆的微孔，故此时粘接强度随着GS-5的用量增加而增加；结合试验试件的破坏情况和试验数据分析可知，当GS-5的用量达到250g/m2左右时，GS-5正好完全覆盖钢板上的环氧富锌漆表面，正好完全浸润覆盖钢板上环氧富锌漆的微孔，故此时的粘接强度最大；但随着GS-5的用量继续增大，当GS-5的用量超过250g/m2时，多余的GS-5对它自身与钢板上环氧富锌漆的浸润作用毫无裨益。相反，随着GS-5用量的增加，GS-5涂膜也随之增厚，滞留在GS-5涂膜与钢板上环氧富锌漆的界面及其涂膜内部的溶剂很难得到充分的挥发，不仅直接影响了GS-5与钢板上环氧富锌漆之间的粘接强度，而且也降低了GS-5涂膜自身的内聚强

35、度。因此，当GS-5的用量达到并超过250g/m2时，粘接强度随着GS-5的用量增大而减小。 温度对GS-5与钢板粘接强度的影响考虑到我国西部地区气候特征比较复杂，极端最低气温可达到-20，甚至更低，而极端最高气温可达到45左右，但此时钢桥面铺装内部的温度可达到70左右。因此，作为钢桥面铺装材料之一的溶剂型粘接剂在钢桥面运营过程中不可避免地会遭受季节变化而带来的温度应力。因此，研究GS-5在各种温度下的粘接强度，找出GS-5与钢板的粘接强度随温度变化的规律是十分必要的。我们把以下几种温度条件下的粘接强度测试结果列于下表。表2.24 -20条件下环氧漆钢板与GS-5的粘接强度 项目编号测试温度，

36、粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况描述1-202.041.76粘接层与漆75%，拉头与粘接层25%2-201.43粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%3-202.29粘接层与漆83%，拉头与粘接层17%4-18.51.27粘接层与漆96%，拉头与粘接层4%表2.25 -10条件下环氧漆钢板与GS-5的粘接强度 项目编号测试温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况描述1-101.121.31粘接层与漆87%，拉头与粘接层13%2-101.32粘接层与漆83%，拉头与粘接层17%3-81.53粘接层与漆90%，拉头与粘接层10%4-101.27粘接层与漆85%，拉头与粘接层15%表2.26

37、 0条件下环氧漆钢板与GS-5的粘接强度 项目编号测试温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况描述1-11.781.81粘接层与漆85%，拉头与粘接层15%2-11.53粘接层与漆85%，拉头与粘接层15%3-11.63粘接层与漆95%，拉头与粘接层5%4-11.02粘接层与漆95%，拉头与粘接层5%表2.27 20条件下环氧漆钢板与GS-5的粘接强度 项目编号测试温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况描述119.62.752.56粘接层与漆95%，拉头与粘接层5%219.62.8粘接层与漆91%，拉头与粘接层9%319.62.55粘接层与漆95%，拉头与粘接层5%419.62.14

38、粘接层与漆94%，拉头与粘接层6%表2.28 30条件下环氧漆钢板与GS-5的粘接强度 项目编号测试温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况描述1303.312.88粘接层与漆92%，拉头与粘接层8%2302.95粘接层与漆99%，拉头与粘接层1%3302.55粘接层与漆65%，拉头与粘接层35%4302.70粘接层与漆50%，拉头与粘接层50%表2.29 40条件下环氧漆钢板与GS-5的粘接强度 项目编号测试温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况描述1402.142.57粘接层与漆99%，拉头与粘接层1%2402.55粘接层与漆98%，拉头与粘接层2%3403.00粘接层与漆80%

39、，拉头与粘接层20%4402.6粘接层与漆82%，拉头与粘接层18%表2.30 50条件下环氧漆钢板与GS-5的粘接强度 项目编号测试温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况描述1502.341.83粘接层与漆99%，拉头与粘接层1%2501.53粘接层与漆100%3501.83粘接层与漆100%4501.63粘接层与漆100%表2.31 60条件下环氧漆钢板与GS-5的粘接强度 项目编号测试温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况描述1601.021.27粘接层与漆100%2601.53粘接层与漆100%3601.27粘接层与漆100%4*600.66粘接层与漆80%，拉头与粘接层2

40、0%*试验过程中仪器故障为了更直观地反映GS-5与钢板的粘接强度随温度的变化关系，我们将以上试验结果绘制成“粘接强度温度”关系图，如图2.8所示。粘接强度（MPa）温度（）图2.8 温度对GS-5与钢板的粘接强度的影响曲线关系图以上研究结果表明，随着温度的升高，GS-5与钢板的粘接强度呈现先降低、再升高、再降低的变化趋势，整个曲线呈“S”形。GS-5与钢板的粘接强度由两部分构成：一方面反应性胶粘剂与钢板的粘接，即在GS-5涂膜的溶剂挥发过程中，GS-5中的反应性粘接剂逐渐与空气接触，发生氧化反应，实现了与钢板的粘接，我们把这部分粘接叫做“化学粘接”；另一方面，溶解于GS-5中的高分子材料在GS

41、-5涂膜的溶剂挥发过程中，通过物理吸附的途径逐渐黏附于钢板表面，实现与钢板的粘接，我们把这部分粘接叫做“物理粘接”。根据GS-5的配方分析，物理粘接在整个粘接性能中起着主导作用。当温度从-20升高到-10时，化学粘接强度下降较明显，而高分子物质逐渐从玻璃态向橡胶态过度，物理粘接强度变化不大（这一点从GS-6的相对应的研究内容也可以得到验证），因此体系宏观上表现为粘接强度下降；当温度从0继续升高到30时，高分子物质此时处于橡胶态，整个涂膜内的分子热运动加剧，化学粘接和物理粘接性能都得到不同程度的提高，故体系宏观上表现为粘接强度上升；当温度从30继续升高到60时，高分子物质又逐渐由橡胶态向粘流态转

42、变，即此时高分子物质具有流动倾向，起主导作用的物理粘接强度大幅度下降，故体系宏观上表现为粘接强度下降。但从总体上来讲，GS-5与钢板的粘接强度在试验温度范围内，始终保持在1.0 Mpa以上，表明GS-5与钢板的粘接性能良好。 低温柔韧性能测试按照前述试验方法，测试GS-5的低温弯曲性能。结果表明，GS-5在0时并未出现裂纹，但在-10和-20时都出现了弯曲裂纹，说明GS-5的低温性能还有待进一步提高。以上研究表明，GS-5与钢板的粘接性能较好，但低温柔韧性能稍显欠缺。因此，GS-5作为钢桥面铺装的粘接材料，其适用范围具有一定局限性。为了拓宽溶剂型粘接剂在钢桥面铺装中的应用范围，我们对GS-5进行了配方调整，旨在提高其低温柔韧性，编号为GS-6，并进行了系统研究。2.2.2.3 GS-6溶剂型粘接剂性能研究 GS-6最佳用量的确定各种用量下GS-6常温时与钢板的粘接强度通过拉拔试验测出，绘制出“粘接强度用量” 曲线，找出曲线的峰值，从而确定出GS-6最佳用量。表2.32 GS-6用量为210g/m2时的粘接强度测试结果 项目试件温度，粘接强度，MPa平均值，MPa破坏情况1152.4451.986GS-6与环氧漆之间27，GS-6与拉头之间732152.037GS-6与环氧漆之间80，GS-6与拉头之间923151.528GS-6与环氧漆