混凝土桥面铺装防水黏结体系试验研究.pdf

混凝土祸面铺装盼水黏结体系i ff g 研究 徐 立 红 ，孟 丛 丛 ( 江西 省高 速公路 投 资集 团有 限责任 公 司) 摘要 ： 通过室 内试验 ， 比较 了三种桥面防水黏结体系( A MP 1 0 0 、 热熔 S B S改性沥青撒碎石 和 AMP 一 1 o 0上铺热熔 S B S 改性 沥 青撒 碎石 ) 在不 同温度环境 中的剪切性能和黏结性能 。试验结果表 明， 新型桥面防水黏结材料 AMP 一 1 0 0上铺 S B S改性 沥青撒碎石 的防水 黏结体 系性 能最 优 ， 且受温度影响较小 。针对江西省 九景高速公 路鄱 阳湖大 桥的气候 特点及 使用条 件 ， 将 上述 防水黏结体 系应用 于桥 面铺装 中， 取得 了较好 的效果 ， 对混凝 土桥面铺装防水黏结体系 的发展提供一定参考 。 关键 词： 桥面铺装 ；防水 黏结层 ； 剪切性能 ；黏结 性能 ； 试验研究 0 引 言 在 钢筋混 凝 土结 构 中 ， 钢 筋 处 于水 泥水 化 时生 成 的强碱介质里( p H值在 1 2 1 4之间) ， 表面会形成钝 化 膜 ， 可 以抑 制 钢 筋 的 腐 蚀 过 程 。 因此 ， 在 一 般 情 况 下 ， 钢筋受 到周 围混 凝土 的保 护 ， 并 不产 生 锈蚀 。但 是 当出现混凝 土保 护层 过 薄 、 开 裂或 密实性 较 差 ， 海水 侵 蚀 ， 大气 污染等 情况 ， 钢筋 周 围的钝 化膜 遭 到局 部破 坏 后将 导致 钢筋 锈蚀 ， 钢筋 锈 蚀 严 重 影 响 了桥 梁 的耐 久 性 。 据美 国公 路 战 略 研 究 计 划 ( S HR P) 报 告 统 计 ， 1 9 8 6年美 国修 复 因钢 筋 锈 蚀 引 起 的桥 梁 损 坏 所 需 费 用为 2 0 0亿 美元 ， 而且 这 项 费用 还 在 以 每年 5亿 美 元 的速 度递增 。 l 2 由此可 见 ， 钢 筋 的锈蚀造 成 的破 坏 相 当 严 重 ， 已成 为世界 性 的难题 。 本 文 针对 江 西 省 九 景 高 速 公 路 鄱 阳 湖 大 桥 的 具 体情况 ， 通过 试 验研 究 了三 种桥 面 防水 黏 结 体 系 ： AMP 一 1 O 0 、 热 熔 S B S改 性沥 青 撒 碎 石 和 AMP 一 1 0 0上 铺 热 熔 S B S改 性 沥青 撒 碎 石 ， 对 其 黏 结 、 剪 切 性 能 进 行 比较 ， 并 确 定 一 种 性 能 最 好 的 防水 黏 结 体 系 应 用 于 大 桥桥 面铺 装 中 ， 为 桥 面 防水 黏 结 体 系 的 选 择 提 供 一定 参 考 。 l项 目概 况 鄱 阳湖 大桥 位于 江西 省九 江至景 德镇 高 速公 路 的 鄱 阳湖湖 口县 境 内 ， 主 孔 上部 结 构 为 6 5 m+1 2 3 m+ 3 1 8 m+3 0 m 的 四跨 预应 力 混 凝 土 高低 塔 斜拉 桥 ， 主 跨 跨径 3 1 8 m， 其连 续 长度 为 6 3 6 m。大桥 于 2 0 0 0年 1 1月建成通车。 通过 对 大桥近 几年 的交 通量 以及 交通 量构 成 进行 收稿 日期 ： 2 O 1 O O 7 一 O 6 调查 ， 得 到 以下数据 ， 见 图 1 一图 2 。 驿 血I 蚓 霜 廿 1 O 0 00 0 90 0 8 00 鄱阳湖大桥2 0 0 6 2 0 0 8 年交通量统计 豳 豳 露 i 。 黧 t 目 I 墓 露 曩 震 2 0 0 6 年 2 0 0 7 年 2 0 0 8 年 图 1 鄱 阳湖大桥 近年交通量统计 鄱阳湖大桥2 0 0 8 年度交通量构成 7 4 图 2鄱 阳 湖 大 桥 交 通 量 构 成 囵 客1 型 客2 型 口 客3 型 口 客4 型 客5 型 圈 货1 型 货2 型 口货 3 型 货4 型 一货5 型 由图 1 、 图 2可 知 ， 鄱 阳湖 大 桥交 通 量 较 大 ， 且 在 2 0 0 6年 2 0 0 8年 逐 年 上 升 ， 交 通 量 构 成 主 要 以客 1 型 、 货 1型 为主 ， 占据 6 3 的 比例 。运行 近 十 年后 ， 大 桥 桥面 出现 病害 ， 2 0 0 9 年 借 九 景高 速 公 路技 术 改造 之 机 ， 对大 桥进 行桥 面铺 装改造 ， 并 针对 桥 面铺 装 防水 黏 结 体系展 开 系列试 验研 究工 作 。大桥 桥 面铺 装 结 构为 AMP 一 1 0 0二 阶反应 型 防水 黏 结层 + S B S改性 沥青 防 水 黏结 层 +4 c m 改 性 沥 青 玛 蹄 脂 碎 石 S MA 一 1 3 ， 见 图 3 。 N o 3 2 0 1 0上踢么堍3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m sHANGHAI Hz一 图 3鄱 阳 湖 大 桥 桥 面铺 装 结 构 2试验设 计 2 1 试件 制作 按施工 过程 在室 内成型 试件 ， 首先 预制 3 0 0 mm 3 0 0 mm3 0 mm 的水 泥混凝 土板 ， 初凝后 对其 上表 面 模拟桥面板表面实际纹理构造进行拉毛处理； 待水泥 混凝 土板 养 护结束 后 ， 除去混凝 土试 件表 面 浮浆 ， 洗净 表面 浮尘 ， 在预制 水 泥 混凝 土板 上 按施 工 要 求 程 序撤 布防水黏结材料， 最后加装厚度为 4 0 mm的第二层模 板 ， 利用 车 辙 轮 碾 机 成 型 4 0 mm 厚 的沥 青 混 凝 土 铺 装 层 。 放 置 4 8 h脱 模 ， 用 切 割机切 成 1 0 0 mm1 0 0 mm 7 0 mm 的试 块 进行 试 验 ， 不 同防 水黏 结体 系 至少 取 3个试 件进行 平行试 验 。 2 2拉 拔试验 将拉 头底 部 涂 布 一 层 AB胶 ， 黏 附 在需 测 试 的试 件表 面 ， 待 AB胶完 全 固化后 ( 见 图 4 ) 将 黏附好 拉头 的 试件 ， 用取 芯机 取 芯 至露 出混 凝 土板 表 面 。将 拉 拔 仪 和试 件一 起 置 于恒 温箱 中 ( 0 ， 2 5 ， 6 0 ) 一 定 时 间 后 进 行 试 验 。 拉 拔 仪 的 拉 伸 速 率 控 制 在 1 0 mm mi n ， 试验 过程保 持 温度在 规定 范 围内 。 将 拉 拔力 F 和 拉头 底 面 面积 按 下 面 公 式 计算 拉 拔强度 ： Pg s ( 1 ) 式 中 ： P 为拉拔强 度 ， MP a ； F为试 验拉 拔力 ， N； S为拉 头底面 面积 ， mm。 ； 2 3 剪 切试验 由于 重载 、 高 速 车辆制 动 、 转 向时 的水平 剪 切力 而 引起 的沥 青混合 料 铺 装层 推 移 ， 是 导 致 防水 黏结 层 破 坏 的主要原 因。 因此 ， 防 水 黏结 层 不 仅 自身必 须 有 足 够的强度防止被剪裂， 同时要求与水泥混凝土桥面及 沥青混合料铺装层底 面均有优 良的黏结性 ， 以避免接 触 界 面在剪切 力作用 下 的脱层 。为 了较 准确 地反 映 防 水黏结 材料 的实 际路 用 性 能 ， 模 拟 桥 面铺 装 结 构 和运 3 2 上踢 堍 N o 3 2 0 1 0 行受 力情 况作 室 内剪 切试 验 。 将剪 切试件 放在 倾角 a 一 4 5 。 的夹 具 中 ( 如 图 5所 示 ) ， 以 1 0 0 2 0 0 N s的速 度加 载直 至试 件 黏 结层 被 剪裂 。 试 件 的剪切 强度 ： r g s ( 2 ) 式 中 ： 水 平剪 切力 FP s i n c ； 受 剪面 积 S 一1 0 0 ml T l 1 0 0 m m 一 1 0 mm 。 拉拔力 图 4拉 拔 试 验 示 意 图 P 、 f 图 5剪切 试 验 示 意 图 快速粘结剂 沥青混合料 防水粘接层 水泥砼板 3试 验分 析 3 1 拉拔试 验 分析 拉拔试 件试 验 结 果 见 图 6 ， 不 同 防水 黏 结 体 系 拉 拔强度 测试 结果见 表 1及 图 7 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 6 AMP 一 1 0 0 +热熔沥青撒碎石拉拔试件 试验后状态 ( 左 ： 0 。 C； 右 ： 6 0 。 C) 表 1不同防水黏 结体 系拉 拔强度测试结果 拉拔强度 MP a 防水 黏结体 系分类 0 。 C 2 5 。 C 6 0 。 C AMP 一 1 0 0 +热熔 S B S改性沥青( 撒布碎石) 2 0 4 2 0 4 9 4 O 2 6 4 AM P 1 0 0 1 4 7 1 0 4 0 6 0 1 8 8 热熔 S B S改性沥青 ( 撒 布碎石 ) 1 0 3 9 0 2 2 2 0 1 0 0 2 5 三 防 水粘 结 体 系拉 拔 试 验 结 果 分 析 图 7 防水黏结体系拉拔试验结果分析 由表 1 及 图 7可以看 出， 三种 防水黏结体系在不 同的温度条件下黏结性能差别很大 。高温环境下 ， 防 水 材料 的性 能 明显 下 降 ， 6 O 时 的黏 结强 度 仅是 常温 条 件 的 5 0 ； 低 温 环 境 下 ， 各 种 防水 材 料 的 抗 剪 切 性 能 有很大 提高 ， 0 o C时 的黏结 强度 可达 到常 温条件 的 4 倍左 右 。 由图 6可 以看 出 ， 低温 和常 温条 件下 ， 拉拔 试 件 的 破坏多发生在防水黏结层和水泥混凝土板之间； 高温 条件下 ， 沥青 基 防水体 系发 生材料 破 坏 。 对 三种 防水 黏结 体 系 进 行对 比 ， AMP 一 1 0 0 +热 熔 S B S改性 沥青 撒碎 石 的黏结性 能 明显 高于其 他 两种 防 水黏结体系 ， 且在高温影响下， 黏结性能降幅最小 。 3 2剪切试 验分 析 剪切试件试验见图 8 ， 不 同防水 黏结体系抗剪切 强 度结果 见表 2及 图 9 。 - 一s 图 8 A MP - 1 0 0 +热熔沥青撒碎石剪切试件 试验过程及剪切状态 表 2不 同防水黏结体 系抗剪切强度测试结果 剪切强度 MP a 防水 黏结体 系分类 O 。 C 2 5 。 C 6 0 。 C AMP 一 1 0 0 +热熔 S B S改性沥青( 撒布碎石 ) 2 6 7 3 1 7 8 9 0 5 1 0 AM P 一 1 0 0 2 4 1 6 1 3 2 3 0 2 9 4 热熔 S B S改性沥青( 撒布碎石) 1 1 7 6 0 2 8 7 0 0 4 6 防水粘结体系剪切试验结果分析 2 5 试验温度 图 9 防水 黏 结 体 系 剪切 试 验 结果 由表 2 及 图 9可 以看 出 ， 各 种 防水 黏 结 体 系在 不 同的温度 条 件 下 抗 剪 切 性 能差 别 很 大 。在 高 温 环 境 中 ， 防 水 黏结 体 系 的 性 能 明显 下 降 ， 6 O 高 温环 境 的 抗剪 切强 度 仅 是 常 温 条 件 的 2 O 4 0 ； 低 温 环 境 中， 三种防水黏结体系的抗剪切性能均有很大提高， 一 般可 达到 常温 条件 的 1 5 4 倍 。 通过 以上数 据可 以得 出 ， AMP 一 1 0 0上 铺 热熔 S B S 改 性 沥青撒 碎 石 的 防水 黏 结 材料 抗 剪 切 性 能较 好 ， 并 且抗剪切性能随着温度的升高降幅较小 ， 性能明显优 于其他 两种 防水 黏结体 系 。 N 。 3 2 0 1 0上 么咯 3 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m G s 4 现 场试 验及分 析 在 鄱 阳湖大桥 施 工 现 场 ， 取六 个 测 点 进 行 拉拔 试 验 ， 测得 沥青 混凝 土 摊铺 后 的防 水 黏结 层 黏 结 强度 如 表 3所示 。 表 3 施 工 后 防 水 黏 结 体 系黏 结 强 度 测 试 结 果 试件编号 拉拔力 N 黏结强度 MP a 平均 黏结强度 MP a 1 1 6 8 O 0 8 5 6 2 7 9 O 0 4 0 3 3 4 8 0 0 2 4 5 0 4 1 5 4 6 6 0 0 3 3 6 ( 去掉离散性 较大值 ) 5 81 0 0 41 3 6 9 9 0 0 5 0 4 由表 3 可 知 ， 现场拉 拔试验 的数 据离 散性 较大 ， 主 要 由施 工的偏 差及 钻芯取 样对 试件 的扰 动引起 。通过 观 察芯样 底面 ， 值偏 大 的测点 防水黏 结层 密实 均匀 ， 值 偏 小 的点 防水 黏结 层 密 实 度 稍差 ， 说 明拉 拔 强度 和碎 石 的粒径 以及 现 场 摊铺 都 有 很 大 关 系 ( 见 图 1 0 ) 。现 场试 验 的平均强 度 约 为 0 4 1 5 MP a ， 满 足 了桥 面 防水 黏结 层 的黏结强 度要 求 。 图 1 0 现 场 拉 拨 试 验 结 果 5 结 语 ( 1 ) 通过对 三种防水黏结体 系的室内试验研究 ， AMP 一 1 0 0上铺 热熔 S B S改 性 沥 青撒 碎 石 防水 黏结 体 系 的黏 结 、 剪 切性 能 最好 ， 受 高 温 、 低 温影 响 的程 度 相 对较 小 。 3 4 上踢么堍 N 。 3 2 0 1 0 ( 2 ) AMP 一 1 0 0上铺 热熔 S B S改性 沥青撒 碎石 防水 黏结 体系 的施工工 艺 ： 首先 清理基 层 ， 清扫水 泥 混凝 土 表 面 的砾石 、 浮 尘 、 杂 物 、 浮浆 等 ， 桥 面泄 水 口、 防 撞墙 边角等特殊部位做加强处理 。将 AMP 一 1 0 0按照规定 用 量盛入 器皿 中， 稍 微搅 拌 3 - - 5 rai n ， 用 毛刷或 滚筒涂 刷 于水 泥混凝 土表 面 ， 涂 刷前充 分 润湿 毛刷 ， 保 证 涂抹 均 匀 。AMP 1 0 0分 三次施 工完 成 ， 第一 次施 工 和第 二 次施 工 的间隔 4 8 h ， 涂 刷量 0 3 n0 4 k g m 。筛 分 9 5 1 3 2 mm 的碎 石 ， 清水 冲掉表 面 的浮 尘 ， 晒 干后 放人 烘 箱 。将 S B S改 性 沥 青 加 热 至 1 8 0 1 8 5 。 AMP 一 1 0 0施 工 1 2 h固化 后 ， 将 加 热 的改 性 沥 青 均 匀 撒布 于水泥 混凝 土板上 ， 形 成一定 厚度 的沥 青 黏层 ， 撒 布量 为 1 5 2 k g m。 。摊 铺 均 匀 后 ， 将 加 热 至 2 0 0 - 2 2 0 的碎 石均 匀撒在 摊 铺好 的沥青 黏层 上 ， 撒 布量 5 6 k g m 。在 这种 防水 黏 结 层 中 ， 沥 青 可 以起 到很 好 的 防水 作用 ， 嵌 在里 面碎石 增加 了与 面层 的黏 结 、 抗 剪 切性 能 。 施工 过程 中尤其 注 意 AMP 一 1 0 0的撒 布量 ， 沥青和 碎石 的撒 布量 以及对 碎石 规格 的要 求 。 ( 3 ) 现场拉拔 试 验表 明 ： 防水 黏 结体 系的性 能 与碎 石粒径有很大关系 ， 在防水黏结层的现场施工中， 应着 重控 制对碎 石粒 径规 格 的要 求 。 ( 4 ) 技 改工作 于 2 0 0 9年年底 ， 运 营至今 ， 桥 面运 营 状况 良好 ， 证 明 AMP 一 1 0 0二 阶反应 型 防水涂 料 +热熔 S B S改性沥青+固定规格碎石的防水黏结体系在鄱阳 湖大桥桥面铺装 中应用效果较好 ， 这种防水黏结体系 可加 以推广利 用 。 参 考文 献 ： 1 金伟 良， 赵 羽 习混 凝土 结 构耐 久 性研 究 的 回顾与 展望 J 浙江大学学 报 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ， 3 7 1 3 8 0 2 吴瑾钢 筋 混 凝 土 结 构 锈 蚀 损 伤 M 北 京 ： 科 学 出版 社 ， 2 0 0 5 3 郝增恒， 耿九光水泥混凝土桥面防水黏结层概述 J 中外 公 路 ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 4 5 4 9 4 徐伟 ， 李智 ， 张 肖宁混 凝土桥 面铺装 黏结层体 系力学性能 试验研究E J 哈尔滨建筑大学学报 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 1 2 6 1 3 o 5 戴忧华 ， 钱振东 ， 窦有年混凝土 桥面 防水 卷材黏结性 能研 究 J 交通运输工程与信息学报 ， 2 0 0 6 ( 2 ) ： 9 4 9 8 E 6 王斐峰 ， 邓学钧高速 公路 桥 梁桥 面 防水层 试 验研究 J 中 国建筑防水 ， 2 0 0 5 ( 4 ) ： 2 6 2 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m