混凝土桥面柔性铺装结构的粘结防水层研究.pdf

第 3 5卷 ， 第 4期 2 0 1 0年 8月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 ． 3 5，No ． 4 Au g． ， 2 0 1 0 混凝土桥 面柔性铺装结构 的粘 结防水层研究 罗 杰 湖南省 交通科学研究 院，湖南 长沙4 1 0 0 1 5 [ 摘要 ]防水体 系是桥 面铺装 的重要组成部分之一 ， 成 功的桥面 防水体 系能够保证 铺装层具 有 良好 的使用 性能。本文 对防水黏结材料 的性能检验实际路用性能并进行对 比分析 ， 采用试验方法检测 了防水黏结层 的抵抗外 界破损的能力 、 粘结强度和抗剪切性能 。结合试验数据 ， 在工程实例现场对 A WP 一 2 0 0 0 、 A WP 一 2 0 0 0 F纤维增强桥面 防水材料现场进行试 验 ， 可为实际工程中防水粘 结层 的选材 和施工 提供依据 。 [ 关键词 】混凝土桥梁 ； 桥面铺装 ；防水体系 ； 路用性能 [ 中图分类号]U 4 4 3 ． 3 3 [ 文献标识码 ]A [ 文章编号]1 6 7 4 0 6 1 0 2 0 1 0 0 4 0 0 2 2 0 4 S d u d y o n Fl e x i b l e Pa v e d La y e r W a t e r p r o o f S y s t e m Pe r f o r m a n c e o f Co n c r e t e De c k LU0 J i e Hu n a n C o m mu n i c a t i o n S R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h a n g s h a ， H u n a n 4 1 0 0 1 5 ，C h i n a [ A b s t r a c t ]T h e w a t e r p r o o f s y s t e m i s o n e o f t h e m o s t s i g n i f i c a n t p a r t s i n t h e d e c k p a v e m e n t ．T h e s u c c e s s f u l d e c k wa t e r p r o o f s y s t e m c a n g u a r a n t e e t h e d u r a b i l i t y o f p a v e d l a y e r ． S o me k i n ds o f wa t e r p r o o f bi n d i n g ma t e r i a l wa s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r ，i n v o l v i n g t h e i r p e r f o r ma n c e d e t e c t i o n，t h e c o mp a r e d a n a l y s i s o f t h e i r p r a c t i c a l s e r v i c e p e r f o r ma nc e b y i n d o o r s i mu l a t i o n．a n d t h e i r d r a wi n g a n d c ut t i n g i n t e n s i t y ． Co mbi na t i o n wi t h e x p e r i me n t a l d a t a。t h e s t u d y o n t h e AW P一 2 0 0 0、 AW P- 2 0 0 0F f l e x i b l e p a v e d l a y e r wa - t e r p r o o f s y s t e m c a n p r o v i de a b a s i s f o r s e l e c t i n g a n d c o n s t r u c t i n g t h e wa t e r pr o o f c o h e s i v e l a y e r o n t h e c o n c r e t e b r i d g e d e c k i n p r o j e c t c a s e s ． [ K e y w o r d s ]c o n c r e t e b r i d g e ； d e c k p a v e m e n t ； w a t e r p r o o f s y s t e m；s e r v i c e p e r f o r ma n c e 0 引言 沥青 混凝 土桥 面的铺 装除具 有 良好 的铺 装结 构 外 ， 还应具 有 良好 的 防水 功 能 ， 防 止桥 面上 的 雨 、 雪 水渗透到桥面板 ， 侵蚀桥面板和桥梁结构。由于铺 装结构的防水粘结层性能受到桥梁类 型、 荷载条件 和工作环境等因素的影 响， 致使 防水粘结层材料选 择的重要性显得尤为突 出。沥青混凝土桥面病害， 尤其是早期水损及剪切破坏表明， 使铺装结构 中防 水粘 结层 的设 置至关重 要 ， 目前 ， 国外对 水 泥混凝 土 桥面沥青混凝土铺装防水粘结层的设计作了一些工 作 ， 但还没有成熟的技术和方法。我国防水粘结层 的理论和应用研究的水平还很落后 ， 相关 的计算和 应用技术仍处于探索阶段。理论和经验的缺乏造成 无论在设计还是施工中都存在不确定性 。因此 ， 对 于 混凝 土桥 面粘结 防水材 料进 行 的研究 具有重 要 意 义 。 1 粘结防水层的试验研究 粘结防水层的整体使用性能与其所选用材料的 性 能要求 是密 不可 分 的 ， 选 择 粘结 防水 材 料 时 必须 注重如下一些要求 ① 不透水性 ， 防水材料在桥 面 所 可能遇 到 的各 种 情 况 下都 应 该 是 不 透水 的 ， 包 括 交通 荷载促 使 面层 结 构 内孔 隙水 造 成 的 瞬 间高 压 ， 面层 、 主梁 、 粘结 防水层上的接缝处 ， 尤为重要 ；② 力学 性能稳 定 ， 粘结 防水 层 分 隔沥 青 面 层 和桥 梁 结 构 ， 因此粘 结 防水材 料 还 须 具有 良好 的力 学性 能 能 够适应结构 的各种变化 ； ③ 具有足够的延伸性 ， 桥 [ 收稿 E t 期】2 0 1 0 0 7 1 7 【 基金项 目]湖南省交通科技项 目 2 0 0 6 0 3 [ 作者简介 ]罗杰 1 9 7 2 一 ， 男 ， 湖南 长沙人 ， 工程师 ， 主要从 事公路桥梁防水工程研究。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 罗 杰 混凝土桥面柔性铺装结构 的粘 结防水层研究 2 3 面 防水层 必须 能 抵 抗 混 凝 土 的 开 裂变 形 ， 虽 然 在桥 梁设 计 时 ， 就 通过 配 筋 设 计 或 设 置 预 应 力 筋 来 确保 桥 面不 出现 裂 缝 或将 裂 缝 控 制 在 一 定 的 容 许 范 围 内， 并进行裂缝宽度验算 ， 但仍需要求粘结防水材料 具有 抵抗 裂缝 破 坏 的能力 ； ④ 耐 久 性 ， 柔 性 粘结 防 水材 料 多为有 机 材料 或 高 分 子 改 性 沥 青 ， 有 机 物 最 大 的缺点 是容 易 老化 ， 老 化后 的 材 料会 丧 失 原 先 的 一 些优 良性能 ， 弹性 、 韧性 、 强度都会逐渐退化 ；⑤ 可操作 性 ， 材料 应 能适 应复 杂 的施工 环境 ， 具 有 简便 的施工 工 艺 ， 便 于 操 作 ， 材 料 应 无 污 染 ， 且 在 正 常 的 机 械设 各作 用下 不 易破 坏 。 纤 维增 强 型桥 面 防水粘 结层 是 通过 同步 切 割施 工技 术 在桥 面 防水 涂料 的施 工过 程 中均 匀地 将纤 维 材 料混 合在 涂层 中 ， 等 同于 再 防水 层 设 置 中增 加 了 一 层胎 基 。该技 术 可彻 底解 决涂 料 防水 层 的抗硌 破 难题 ， 提高层问粘结强度 ， 以及整体防水层 的抗剪强 度 ， 提 高防水 层抗 弯 拉变 形 能力 和抗 疲劳 适应 性 ， 完 善整 体 防水效 果 。 1 ． 1抗 硌 破 试 验 研 究 粘 结 防水 层 上要 进行 面层 沥 青混 合料 的摊 铺碾 压 ， 这 一 过程 中 ， 有 可 能 造 成 粘 结 防 水 层 的 刺 破 损 伤 ， 合格的粘结防水材料必须具有一定的抵抗外界 破损 的 能力 。 桥 面 防水 层 上 铺 筑 沥青 混 凝 土 ， 经 压 路 机碾 压 时 防水层 可能 在 高 温 骨 料 的 作 用下 产 生 刺 破 损 坏 。 为 了评价 纤 维 增 强 防 水 涂 料 在 抵 抗 刺 破 方 面 的性 能 ， 采 用在 室 内模 拟碾 压试 验 。 在防水材料中掺入一定量的玻璃纤维能提高防 水层的抗刺破性能 ， 理论上在一定范围内， 随着玻璃 纤维参量的增加 ， 防水层的抗刺破性能会随之提高 ， 但 玻璃 纤 维参 量 的进一 步增 加会 导 致 防水层 粘 结力 的降低 ， 因此需通过试验来 确定玻璃纤维 的适 当用 量 ， 其 目的是在保证防水层的粘结力满足桥梁使用 要 求 的前 提下 尽量 减小 防 水层 被刺 破 的风 险 。 采用路面透水仪对试件进行抗渗试验 ， 结果发 现未破损试件 的渗水 系数远小于 1 m L ／ mi n 。采用 不 透 水 仪 对 所 有 试 件 进 行 试 验 ， 结 果 所 有 试 件 在 0 ． 3 MP a 压 力 、 1 0 m i n时 间 内均 没 有发 生 渗 透 ， 这 与 材料未被刺破 、 防水层 与沥青混合料面层粘结 良好 有 关 。 纤维参量对其抗刺破性能的影响的试验结果见 表 1 ， 抗硌破性能主要体现在 ① 能否抵抗施工过 程 中重载料 车 、 沥青 碾 压 摊 铺 车 的 反 复 碾 压 等 ；② 混 合料 摊铺 后是 否 硌 破 、 实 验 室 是 通 过 暴 露 轮 碾试 验 进行 求证 ， 考 虑 到 工 程 质量 和实 际操 作 可 行 性 等 因素 ， 现场 则必 须 在 中 面层 摊 铺 前 通 过 试 验 段 埋 样 检测的方法来进行评定 ， 了设置一小块试验段 ， 在混 凝 土铺 装层 下铺 砖 一 层 牛 皮 纸 ， 然 后 喷 洒 纤 维 增 强 防水 涂 料进 而摊 铺 中面 层 沥 青 混 凝 土 ， 等 所 有 工序 完成 后再 扒 开铺 装层 来看 是 否渗 水 的方法 进行 现场 评定 。 表 1 纤维参量对其抗 刺破性能的影响 Ta bl e 1 f i b e r c o nt e n t e f f e c t o n p r a c t i c a l s e r v i c e p e r f o r ma n c e 纤 g 维 参 m- 量 Z 级配 观察结果描述 5 0 有明显的破损 ， 并有十几处较深的黑斑 1 0 0 Ac一2 O 偶有破损 ， 但有少量较浅黑斑 2 0 0 无 破 损 ， 少 量 黑 斑 ， 很 浅 3 0 0 无 破损 ， 少量黑斑 ， 很浅 1 ． 2粘 结 强度 试 验研 究 一 般 认 为 在 桥 面铺 装 中 ， 梁 板 与沥 青 混凝 土 的 粘结强度对铺装体 的抗疲劳特性有很大影响， 所 以 采用拉 拔 试验 来确 定 防水粘 结 层与 梁板 和 沥青 混凝 土 的粘 结力 状祝 ， 同时 ， 它也 能 反应 两层 混合 料分 层 施 工 时层 问 的粘结 力 。 试验 采用 水泥 混凝 土板 与 沥青 混凝 土层 问不 加 防水粘结层 、 加纤维 增强 防水涂料 、 加环氧改性 沥 青 、 加 F Y T防水涂料 4种不同层间状况在 2 5 ℃下进 行 拉拔 试验 ， 拉 拔试 验示 意 图见 图 1 ， 试验 结 果 见 表 2， 从 结 果可 以 看 出 ， 常 温 下 ， 层 问不 加 防 水 粘 结 层 时 ， 其拉 拔 强度 比加 防水 粘 结 材 料 情 况低 得 多 。在 3种 防 水 粘 结 材 料 中 ， 纤 维 增 强 防 水 涂 料 与 环 氧 沥 青的效果相近 ， 都优于 F Y T防水涂料。 两层沥青 防水粘结层 水泥混凝土 混 凝土 图 1拉拔试验示意 图 Fi g ur e 1 Te s t s e t u p o f dr a wi ng 沥青 石屑 保护层 表 2 使 用防水粘结层前后效果对 比 Ta b l e 2 Effe c t c o n t r a s t t o us i n g wa t e r b a r r i e r 不同层间状况 拉拔强度 2 5 o C ／ MP a 纤 维增强防水粘结层 环氧粘结层 F Y T粘 结层 无 粘结 层 0． 7 6 0． 7 3 O． 2 5 O． 1 2 同 时为 了研究 粗糙 度 对纤 维增 强 防水涂 料粘 结 性 能 的影 响 ， 通 过 试 验 室模 拟 基 面 清理 工 艺 提 供 了 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 4 公路工程 3 5卷 各种基面 ， 并进行纤维增强型涂料成膜 、 试件压实和 层 问粘 结强 度试 验 ， 试 验结 果 见 表 3 ， 结 果 表 明 ， 采 用 抛丸 工艺进 行剪 切 试 验 时 出现 芯 样 内部 断 裂 ， 其 余试 验都 出现 涂料 与沥青 混凝 土界 面破坏 。 表 3不 同基 面 形 式 层 间粘 结 强 度 试 验 结 果 Ta b l e 3 S umma r y o f di f f e r e nt f e l t i n t e n s i o n t e s t r e s u l t s 1 ． 3抗 剪切性 能试验 研 究 桥 面粘结 防水层 是在 垂直荷 载 和水平 荷载 的综 合作 用下 工作 的 ， 所 以 ， 抗 剪切 能力是 粘结 防水层 的 一 项 重要 技术 指标 。为 了研究粘 结 防水材 料 的抗 剪 切 能力 ， 建立相 应 的剪切 指标 ， 评 价粘 结 防水层 与沥 青面层及桥面板之间的粘结力 ， 评价桥面准备状况 等对 材料抗 剪 能力 的 影 响 ， 防水 层 剪 切试 验 示 意 图 见 ． 图 2 ＼ 图 2 防水层剪切试 验示意图 Fi g u r e 2 Te s t s e t u p o f s h e a r s t r e ng t h 以往 的研究 表 明 ， 随着表 面粗 糙程度 的增 加 ， 材 料抗剪特性呈现先上升后下降的趋势。混凝土表面 太光滑 或过 于粗 糙都 不 利 于 层 间抗 剪 强 度 ， 在 桥 面 处理时一定要注意控制表面的粗糙度。水泥混凝上 表面特性不同， 必然导致抗剪强度不 同。试验对 比 了 2 3 q C 常温 和 5 0℃高 温两种 情况 下混凝 土 表面不 同处理 对纤 维增 强 防水 层 剪 切 强度 的影 响 ， 试 验 结 果 见表 4 。 表 4不 同 基 面 形 式 层 间 剪切 强 度试 验 结 果 Ta bl e 4 Su mma r y o f d i f f e r e nt s h e a r s t r e ng t h t e s t r e s u l t s 试验结果表明， 在四种不 同基面情况下 ， 其抗剪 切 强度 均能满 足规 范 要 求 ， 同时 还 可 知不 同 的基 面 形 式对纤 维增 强 防水 层 剪 切 强度 有 很 大 影 响 ， 其 中 采用 抛 丸工艺 进行 剪 切 试 验 时 出现 芯 样 内部 断裂 ， 其余试验都出现涂料与沥青混凝土界面破坏。 现 场 的检 测 同样可 以通 过标 准沥青 混凝 土试 件 热碾 压后 用抗 剪仪 来进 行检测 。中面层 施工 完成后 的后评估则可 以通过钻孔取芯而后用抗剪仪测试来 求证 。 2工 程 应 用 研 究 在进行 了较为全面的室内试验的基础上 ， 依托 茅草街大桥桥面防水工程 ， 在实体桥梁工程 中使 用 A WP 一 2 0 0 0 F纤维增强桥面防水层 。茅草街大桥位 于湖南 省益阳市南 县 ， 是省道 1 8 3 1线跨越淞澧洪 道 、 藕池河 西 支 、 南 茅 运 河 及 沱 江 的 一 座 特 大 型 桥 梁 ， 大桥 由淞澧 洪 道 主桥 、 南 汉 垸 高 架 桥 、 藕池 西 支 桥、 南茅运河桥 、 沱江长春桥组合而成。淞澧洪道桥 主桥桥面设置 2 ％双向纵坡 ， 横向设 2 ％双向横坡 ， 全桥 桥 面宽度 为 1 6 ． 0 m。 通过现场试验 ， 对桥面防水层的路用性能 、 施工 工艺 、 质量 检测 方法 进 行研 究 。试 验 对 比了设 S M A 中面层和不设中面层的情况 ， 具体试验方案及结果 见表 5 。 根据试 验数 据可 以得 出 以下结果 ① 采用抛丸法处理的桥面防水层水平剪切强 度 以及粘结强度均大于相同条件下采用机械打磨清 表 5 茅草街大桥试 验面防水 层试 验结果 T a b l e 5 S u mma ry o f r a i n p r o o f t e s t r e s u l t s o n Ma o c a o j i e b r i d g e 注 机械打磨 为钢丝刷清除浮 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 罗 杰 混凝土桥面柔性铺装结构 的粘结防水层研究 2 5 扫 处 理 的 桥 面 防 水 层 ， 尤 其 是 在 铺 装 中 面 层 后 ， A WP 一 2 0 0 0 F纤 维 增 强 材 料 采 用 抛 丸 法处 理 的 桥 面 防水层水平剪切强度 以及粘结强度相对于机械打磨 清扫处理 的桥面防水层有显著提高。 ② 在 2 5℃ ～3 0 c I 气温 、 3 5℃ ～4 0℃桥 面温 度 条件 下 ， 不铺 筑 中面 层 时采 用 A WP 一 2 0 0 0防 水 材 料水 平剪 切 强 度 和 拉 拔 强 度 要 大 于 采 用 F Y T防 水 材料 的强 度 ， 铺筑 中面层后 则 差距 进一 步拉 大 。 ③ 采用 A WP 一 2 0 0 0 F纤维增强桥面防水材料 ， 纤维 对 于桥 面防水 材 料 的抗剪 切力 以及粘 结力 有显 著影 响 ， 掺加 纤维 还 能起 到增 强施 工抗 硌破 能力 ， 另 外根 据现 场试 验情 况来 看 ， A WP 一 2 0 0 0 F纤维 增 强桥 面粘 结 防水层 进行 拉 拔及 剪切 试验 后 破坏 断面 均处 于掺 加纤 维层 ， 而 防 水层下 层 则 和桥 面粘结 良好 ， 表 明此 试验 强度 反 映 的是 A WP 一 2 0 0 0 F纤 维 增 强 桥 面 防水 材料 内部 强度 。 3 结 语 本文 对 防水黏 结 材料 的性 能检 验 实 际路用 性能 并进 行对 比分 析 ， 采 用 试 验 方 法 检 测 了 防水 黏 结 层 的抵 抗外 界破 损 的能 力 、 粘 结 强度 和抗 剪切 性 能 ， 并 结合茅草街大桥对 A WP 一 2 0 0 0 、 A WP 一 2 0 0 0 F纤维增 强 桥 面防水 材 料现 场进 行试 验 ， 得 出 以下 结论 ① 新型纤维增 强桥面粘结 防水层 的设置改善 了柔性 涂膜 类 防水 层 的抗 硌 破 性 能 ， 完 善 了系 统 的 粘 结 防水层 设 置 。 ② 研 究 表 明 混凝 土 桥 面不 同表 面粗 糙 度 与 粘 结 防水 层之 间的粘 结强 度 和抗 剪强度 的对应 关 系较 为 复杂 ， 而 抛 丸清 理 面 能 够 为粘 结 防水 层 提 供 更 好 的 粘结 条件 ， 有 较高 推广 价值 。 [ 参考文献] [ 1 ] 陆国平 ， 龚 涌峰． 新型纤维增强桥面粘结 防水层路用性 能研究 [ J ] ． 城市道桥 与防洪 ． 2 0 0 7 ， 5 ． [ 2 ] 陈继松 ， 彭-- J I ． 不同类型混凝土桥 面铺装 防水黏结层 抗剪强 度 测试 [ J ] ． 上海公路 ． 2 0 0 8 ， 3 ． [ 3 ] 孙 恩杰 ． 水 泥混凝 土桥面防水粘结材料的性能研究 [ J ] ． 公路 2 0 0 7 ， 2 ． [ 4 ] 王粲 ， 郑 晓光． 桥 面铺装 防水 粘结 层抗剪 性能试验研 究[ J ] ． 石油沥青 ．2 0 0 5， 1 9 4 ． ． [ 5 ] 徐伟 ． 沥青 混凝土铺 装层级 配对粘结 层性 能影 响试验研 究 [ J ] ． 中南公路工程．2 0 0 2， 4 ． [ 6 ] 裴 建中 ， 胡 长顺 ， 张占军． 桥面防水材 料路用性 能[ J ] ．交 通运 输 工程 学 报 ．2 0 0 1 ， 4 ． 上接 第 1 1页 好 的社 会 效益 和经 济效 益 。 [ 参考文献] s o i l s o f s o u t h e a s t Ar l i n g t o n ． Th e Un i v e r s i t y o f Th e s i s a t Ar l i n g t o n． [ 4 ] C h a v v a ． P． K．E v a l u 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