高速公路桥梁桥面防水层试验研究

高速公路桥梁桥面防水层试验研究

黄丽丽

广东华路交通科技有限公司510000

摘要：桥面铺装防水粘结层在防止桥面铺装出现早期病害方面起着重要作用。我国目前在建和已经完工的水泥混凝土桥梁数量众多，很多桥梁的桥面铺装在建成通车后不久就发生早期破坏。究其原因是防水粘结层的设置存在问题，桥面发生水损害。桥面铺装水损害问题一直是影响桥梁耐久性的重要课题之一。目前国内对水泥混凝土桥梁防水粘结层的研究，尚未形成一套系统的选用和评价桥面防水材料的性能指标和试验手段，在防水粘结层材料选择和性能评价方面存在一定的盲目性。因此进行水泥混凝土桥梁防水粘结层性能研究，对于指导实际施工有重要的理论意义。桥面防水层在我国还没有足够的实践经验，通过对桥面多种防水层的室内试验研究，得出相应材料防水效果及力学性能，用来选择桥面施工的最佳材料。

关键词：高速公路；桥面防水层；材料；试验研究

0引言

桥面防水层是铺筑在桥面板与沥青铺装层之间，主要用以阻挡水分进入主梁混凝土内，避免水分锈蚀钢筋而设置的薄层。防水材料一方面具有隔离水分的功能，另一方面还能通过自身或外加涂层的粘结功能与上下层形成整体，以承受外界的荷载和变形。与涂环氧涂层、刚性防水、电化学保护等其它的防水措施相比，桥面柔性防水层是一种较为经济、合理的方法，效果良好，在世界各地都有成功应用的范例。我国在这方面的研究进行得很少，在桥梁和高架桥上设置防水层的历史也还很短，缺乏足够的实践经验，导致在实施防水层的过程中出现了许多问题亟待解决，本文结合具体工程对柔性防水层的材料选取、施工及检测进行了全面研究。

1试验准备

1.1水泥混凝土试件的准备

首先，在特制试模（直径10cm×高10cm的圆柱体）内，浇注水泥混凝土（配合比为C：S：G：W=430：605：1210：184，减水剂1.5%，28天强度能达到C40标准）。水泥混凝土试件制备时，将拌和好的混合料倒入试模，分层插捣均匀，然后通过机械振动台振密成型，将表面均匀刷毛。试件养生7天后拆模，28天后用于剪切试验。试验时，在水泥混凝土块完全干燥的情况下，将表面浮浆打磨干净，涂刷防水粘结层，然后碾压沥青混凝土（厚6cm）。冷却后脱模，利用改装的马歇尔稳定度仪进行剪切试验。

1.2试验用沥青混合料

试验用沥青混合料采用宿淮高速公路SQ21标中面层AC-20型改性沥青混合料。

1.3防水层材料准备

采用选取的符合要求的五种材料室内铺筑桥面防水层，室内防水层的铺筑严格按照省高指及相关规范要求进行，严格控制材料的用量。

2试验方法

桥面防水粘结层，包括整个铺装层，是在垂直荷载和水平荷载的综合作用下工作的，所以，防水粘结层的抗剪切能力是其一项重要的技术指标。为使室内试验更好地反映防水粘结材料的实际路用性能，本课题模拟防水粘结材料在整个桥面铺装体系中承受的剪切受力状态，采用马歇尔稳定度仪进行加载剪切试验，其能自动量测出试件受剪切时的最大剪切力及剪切变形。为真实的模拟、反应混凝土桥面沥青铺装的实际情况，本文自行设计钢制模具成型试件。钢模由上下两个圆柱形模具组成，圆柱形模柱的直径均为10cm，上层高为6cm用于成型沥青混凝土试件，下层高度为10cm用于水泥混凝土试件，上下层接触的部位水泥混凝土顶面设置桥面防水层。试验时先采用水泥混凝土试模成型C40混凝土试件，待养生结束后在其上室内涂抹不同类型的防水层，经适当的养生后，采用静压法成型防水层上沥青混凝土，要求沥青混凝土的空隙率控制在5%左右。为使剪切试验时受力面更为均匀，在室内进行试验时加载剪切力采用半圆形压头，半圆形压头的直径与试件的直径一致，均为10cm。

3不同防水层剪切性能分析比较

3.1温度对防水层性能的影响

由于温度对防水层的剪切强度和最大剪切变形的影响非常有规律，并不受到洒布量多少的影响，所以对于改性沥青、改性乳化沥青以及Strata改性沥青防水层仅对比它们0.6kg/m2洒布量情况下的剪切性能，从试验结果知，随着试验温度的升高，各个防水层的剪切强度不断降低，从试验数据来看，防水卷材随温度的升高其剪切强度下降最少，Strata改性沥青抗剪强度随温度的上升强度下降幅度最大。最大剪切变形随温度的升高则在不断增大，其中Strata改性沥青防水层及防水卷材的剪切变形随温度的升高增大最为明显。分析原因主是由于防水卷材添加了胎体，增强了其适应变形的能力、降低了其温度的敏感性；科氏Strata防水层由于其材料的特殊性，其抗剪强度绝对值较高，柔韧性较好，一定程度上提升了其抗变形的能力。

3.2洒布量对防水粘结层抗剪切性能的影响

对于SBS改性沥青、SBS改性乳化沥青以及Strata改性沥青防水层而言，洒布量的多少对于剪切性能的影响还是非常大的。如果沥青洒布量过少，则可能粘结力不够，剪切强度可能不足以抵抗车辆荷载造成的剪切力；如果洒布量过大，则可能出现滑动现象，同样会造成剪切破坏。SBS改性沥青在0.6kg/m2洒布量下的剪切强度和最大变形与1.0kg/m2的基本相同，而且0.6kg/m2洒布量的剪切强度大于1.4kg/m2洒布量，但0.6kg/m2洒布量的最大剪切变形略小于1.4kg/m2洒布量。这组室内试验数据说明对于SBS改性沥青防水层，合适的沥青洒布量应该在0.6kg/m2-1.0kg/m2范围内。在此洒布量范围时，最不利情况下（60℃）的剪切强度约为0.165～0.168Mpa，最大剪切变形约为3.10～3.33mm。当SBS改性沥青洒布量过大时，其抗剪强度会急剧减小。SBS改性乳化沥青在0.8kg/m2洒布量下的剪切强度最大，且洒布量为0.6kg/m2～0.8kg/m2时的最大剪切变形变化很小。这组室内试验数据说明对于SBS改性乳化沥青防水层，合适的沥青洒布量应该在0.8kg/m2左右。用此洒布量时，最不利情况下（60℃）的剪切强度约为0.146Mpa，最大剪切变形约为3.36mm。剪切强度的试验结果还表明对于乳化改性沥青，当洒布量较大时其剪切强度亦有所下降，但强度降低没有改性沥青明显，这在一定程度上说明改性乳化沥青为了保证施工均匀，洒布量可控制在0.18-1.0kg/m2之内。Strata改性沥青在1.0kg/m2洒布量下的剪切强度最大，且洒布量为0.6kg/m2～1.4kg/m2时的最大剪切变形变化很小。这组室内试验数据说明对于Strata改性沥青防水层，合适的沥青洒布量应该在1.0kg/m2左右。用此洒布量时，最不利情况下（60℃）的剪切强度约为0.264Mpa，最大剪切变形约为3.99mm。从上述比较可以看出，不同温度下强度的变化规律基本一致，在最佳洒布量下Strata改性沥青剪切强度最大，SBS改性沥青、防水卷材剪切强度相当，SBS改性沥青略优于防水卷材，改性乳化沥青的剪切强度低于SBS改性乳化沥青，在高温时剪切强度下降比SBS改性沥青显著，FYT的剪切强度最低。从最大剪切变形的试验结果来看，防水卷材最好，Strata改性沥青次之，改性乳化沥青与SBS改性沥青相当，FYT最差。

4结论

本文采用研究开发的试验方法，对桥面柔性防水层的抗剪切性能进行了全面研究，主要结论如下：随着温度的上升，不同结构的桥面防水层其抗剪强度下降，其剪切破坏变形增大，高温对桥面柔性防水层抗剪切性能不利。不同结构的防水层在不同的洒布量下，其抗剪切的性能不一样。对柔性防水层而言，合适的洒布量应在0.6-1.0kg/m2，不同类型的柔性防水材料，其最佳洒布量有所差别。对于不同结构的防水层在最佳洒布量下，其抗剪切性能存在较大的差别，从试验结果来看，Strata改性沥青的抗剪切性能最好。为了保证柔性桥面防水层优良的抗剪切性能，建议在选取桥面防水层时优先选取抗剪切性能优良、密水性优良的防水材料。

参考文献

［1］交通部公路规划设计院．公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)[S].北京：人民交通出版社，1989．

［2］交通部公路科学研究所.公路沥青路面设计规范(JTJ014-97)[S].北京：人民交通出版社，1997．

［3］中华人民共和国行业标准.公路路基路面现场测试规程(JTJ059-95)[S].北京：人民交通出版社，1995.10

［4］中华人民共和国行业标准.公路改性沥青路面施工设计规范（JTJ036-98）[S].北京：人民交通出版社，2001