客运专线混凝土桥梁防水技术.pdf

总第 5 期 客运专线混凝 土桥梁防水技 术 4 5 客运专线混凝土桥梁 防水技术 鼋 銎 ( 中铁大桥局集团第六工程有限公司， 湖北 武汉 4 3 0 1 0 0 ) 摘要： 介绍客运专线混凝土桥梁的腐蚀机理、 防水设 计原则、 防水技术、 施工技术等。 关键 词 ： 客运专线 ； 混凝土桥梁 ； 防水材料 ； 防水技术 1 前言 我国《 中长期铁路 网规划》 中明确指出： 中长期 内， 我国将建设客运专线 1 ． 2 万公里以上的“ 四纵五 横” 铁路快速客运 通道和 3个城际快速 客运 系统。 随着高速铁路的大量建设 和开通 ， 对铁路桥梁结构 防水技术的研究有了很大进展。建立 良好的桥梁结 构防水体系是提高桥涵结构耐久性 的重要技术 手 段， 防水效果的好坏直接关系到桥梁的使用寿命。为 满足高速铁路桥涵结构耐久性的要求 ， 只有采用 良 好的防水体系才能使桥梁构件免遭环境介质的侵蚀 。 我国对桥梁防水 问题十分重视， 明确规定客运 专线桥梁必须设置 防水层 ， 并对结构类 型、 面层材 料 、 防水技术、 施工方法、 设计年限、 使用性能 、 维修 费用等方面作 了详尽的规定。高铁桥面防水工程设 计须满足《 客运专线桥梁混凝 土桥面 的防水层暂行 技术条件( 修订版) 》 l 】 ] 的规定 ， 同时还应及时运用防 水领域的最新科研成果进行调整 。 这些年随着高速铁路建设技术的不断发展 ， 出 现了许多新型防水材料 ， 如 ： 高聚物改性沥青防水卷 材( A TP 、 S B S改性沥青防水 卷材和冷 自粘沥青 卷 材) 、 合成高分子防水 卷材( 合成橡胶 类、 合成树脂 类、 橡塑共混类) 等 。卷材防水是我 国桥梁防水 中应 用最广的一种 ， 使用率约 7 0 ， 特别是 弹性体改性 沥青防水卷材 ( S B S ) 作为国家重点推广使用的新型 建筑防水材料 ， 已广泛应用于工业与 民用建筑 的屋 面、 楼面、 地下 、 道路、 桥梁等防水工程 中， 取得 了令 人满意的效果 。 2 客运专线混凝土桥梁的腐蚀机理 混凝土的腐蚀环境是广泛存在 的， 碳化是混凝 土被腐蚀 的主要途径 。当混凝土保护层完全被碳 化， 也就是失去碱性保护 ， 在钢筋表面不能继续生成 钝化膜， 当外界有腐蚀物质时， 通过毛细孑 L 渗入到钢 筋表面而引起 钢筋锈蚀 ， 从 而胀 裂混凝土保护层。 尤其在海滨 ， 空气 中存在的大量氯离子 ， 极大地加剧 了混凝土构件的腐蚀。混凝土腐蚀过程如下 ： ( 1 )氯离子 的侵入使混凝 土逐渐 中性化 ， 从而 侵蚀到钢筋。 ( 2 )钢筋被腐蚀 ， 体积膨胀使混凝土产生裂纹。 ( 3 )腐蚀物质从裂纹处进一步侵入 ， 加速钢筋 的腐蚀、 混凝土的体积膨胀 ， 从而降低混凝土强度 。 总之 ， 腐蚀会造成混凝土结构 的强度降低 ， 从而 大大缩短桥梁的使用寿命。为避免混凝土桥梁被腐 蚀 ， 采用防腐涂料和铺设防水卷材进行面层防护是 一 种行之有效的防腐蚀措施 。其作用是 ： 在混凝土 表面形成一层屏蔽阻隔层， 以阻止氯离子 、 二氧化碳 等腐蚀介质侵入混凝土造成腐蚀 ； 对于已碳化、 疏松 和开裂的混凝土表面起增强作用。 3 客运专线防水工程设计原则 《 中长期铁路网规划》 中指出客运专线的设计时 速均在 2 0 0 k m以上。防水工程系统设计 ， 应以“ 系 统合理、 安全有效 、 质量可靠” 为原则， 同时应满足如 下要求 ： ( 1 )具有不透水性， 能够防止雨水等液体渗入。 ( 2 )保护层在 车辆牵引、 制动等力学作用下不 碎裂 ， 从而避免破坏涂层的整体性。 ( 3 )防水层与混凝土构件表面以及混凝土保护 层之间粘结性要好 ， 避免分层脱落。 ( 4 )防水层施工要快， 有利于缩短工期和满足 交叉施工 的需要。 ( 5 )整体防水体系便于施工和保证施工质量 。 传统 的防水工程设计已难以满足高速铁路建设 和高速列车行驶对桥面的要求 。依据《 客运专线桥 收稿 日期 ：2 0 1 0 —0 8 --0 9 作者简介：唐圣( 1 9 8 l 一) ， 男 ， 助理工程师， 2 0 0 5 年毕业于沈阳建筑大学土木工程专业 ， 工学学士。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 6 桥梁检测与加固 2 0 1 0年第 2 期 梁混凝土桥面的防水层暂行技术条件( 修订版) 》 ， 并 参照{ AR E MA美国铁路工程协会标准》 ， 针对高速 铁路防水工程进行 系统设计 ， 从而保证高速铁路防 水系统的安全 、 有效 、 可靠 。 4 客运专线桥梁 防水技术 4 ． 1 喷涂聚脲弹性防护膜 目前我国客运专线桥梁混凝土桥面采用喷涂聚 脲弹性防护膜的主要有京津城际高速铁路、 京沪高 速铁路、 津秦客运专线等高速铁路 ， 其防水层构造 如图 1 所示。 喷涂聚脲弹性防 水涂料 厚 ≥2 巨 l 堑 亘 遇 绫 塑 ． ( a )底座板以下 脂肪族聚氨酯面 层厚≥0 ． 2 J】如 ) ． ( b )底座板以外 图 1 喷涂聚脲弹性防水层构造 我国第一条城 际高速铁路 京津高铁 就采用 2 mm厚喷涂聚脲弹性防护膜防水。该 防水设计经受 住了北方严寒的冬季和炎热的夏天等多种气候条件 的考验， 完全满足工程时间紧和质量高的要求。 从 目前的施工及使用效果来看 ， 喷涂聚脲弹性 防护膜在施工快捷性 、 防水效果 以及整体防护性能 等方面， 都优越于传统的防水材料。 与传统防水设计相 比， 喷涂 弹性防护膜系列具 有如下优 良特性 3 j ： ( 1 )无挥发性溶剂 、 不含重金属 ， 符合 国际防水 材料的发展方向， 属绿色环保产品。 ( 2 )喷涂 弹性 防护膜无需做纤维 混凝土保护 层， 节省了项目总体投资， 也大大缩短了预制箱梁的 制作周期 。 ( 3 )全机械化现场施工 ， 瞬间固化 ； 1 h后 即可 投入使用 ， 涂层即可承受载重运梁车的碾压和磨损 ， 为箱梁的架设提供 了便利并缩短了项 目的工期。 ( 4 )附着力好 ， 耐冷耐热 ， 可在一4 O ～1 5 0℃温 度范围内长期使用， 既可用于寒冷期较长的北方 ， 也 可用于炎热期较长的南方。 ( 5 )可喷制成细波纹状表面， 具有防湿滑功能， 便于工作人员在预制梁上行走 。 ( 6 )喷涂弹性 防护膜连续致 密接缝 ， 抗渗能力 强， 可有效阻止各种有害介质如雨水 、 碳酸气、 氯离 子等渗入混凝土； 可避免碳化、 化学侵蚀 、 冻融等因 素造成基础的破坏 ， 从而有效延长高速铁路特大桥 的使用寿命。 4 ． 2防水涂料和防水卷材 根据《 客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技 术条件( 修订版) 》 ， 客运专线无碴桥面主要采用高聚 物改性沥青卷材型防水层和无卷材的涂料型防水层 ( 目前 的涂料主要是聚氨酯防水涂料) ， 有碴桥 面主 要采用卷材加粘贴涂料型防水层 ( 目前 的卷材 主要 是氯化聚乙烯防水卷材 ， 涂料主要是聚氨酯防水涂 料) 和高聚物改性 沥青卷材型防水层。我国哈大客 运 线防水设计构造如图 2所示 。 图 2 哈大 客专板式 无碴轨道及防水构造示意 防水涂料和防水卷材防水层结构形式简图 】 ] 如 图 3所示 。此设计注意事项如下 ： ( 1 )防水层能否满粘。混凝土结构的桥面通常 是不光滑的， 防水层的选材须考虑到防水材料有足 够的粘结力， 降低因水气穿透引起涂层起鼓现象发 生的几率 ， 使防水层可靠粘结在混凝土粗糙 的表面 上， 确保满粘， 有利于提高防水系统的性能 。 ( 2 )后续施工的适应性 。防水层材料的选择必 须兼顾桥面系统设计， 根据防水层上面所使用材料 的不同选择合适的材料搭配， 同时考虑防水层做完 后在未形成保护层之前是否能经受其他外力的损 坏 ， 例如施工完可能马上要经受 9 0 0 t 以上 的运梁 车碾压 、 其 他 施 工 单 位 运输 车辆 的刹 车 和 急 转 弯等 。 ( 3 )抗裂性能 。气候条件不断变化 ， 混凝土可 能收缩和开裂， 所 以防水层 的材料选择必须能经受 高温和低温引起的混凝土开裂 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 总第 5 期 客运专线混凝土桥梁防水 技术 4 7 保护层 防水卷材( 氯化聚乙烯) 粘贴用防水涂料 防水卷材( 氯化聚 乙烯) 粘贴用防水涂料 桥面基层 √ ’ 0 。∞ 瞳 i _ - ，- l』 ， ： - ． ． ’ ： ， ’ ． ’ ， ’ 一 ， 保护层 粘贴用防水涂料 桥面基层 - ．- - - ．■ ： l ? ： - 、 | 。 1 ． ． - ．≯ ’ - ’ ， - ’ 保护层 高聚物改性沥青防水卷材 ( 热熔) 高聚物改性沥青防水卷材 ( 热熔) 基层处理剂涂层 桥面基层 ( a )卷材加粘贴涂料型 ( b )直接用作防水层的涂料型 ( c )高聚物改性沥青防水层 图 3 防水涂料和防水卷材防水层结构 形式 示意 ‘ ( 4 )剪切强度。卡车和小汽车的刹车对桥梁的 ( 3 )异型部位如水落 口、 管道跟、 变形缝等是容 铺装层都会产生巨大的应力 ， 最大可达到 0 ． 1 MP a ； 易渗漏水的薄弱部位 ， 采用卷材 、 涂料 、 密封材料、 金 防水层也必须在一定的环境温度下承受这样 的剪 属承压板等多种材料复合做附加防水的技术处理。 切力 。 ( 4 )加热操作技术 ， 即火焰对准卷材与基层交 5 客运专线桥梁 防水施工技术 5 ． 1 防水层施工条件 无论是各类防水卷材还是涂料， 均必须与防水 基层紧密粘结 ， 使两者成为整体后 ， 才能形成可靠的 防水屏障。通过长期的工程实践与研究发现 ， 施工 面必须具备“ 干燥 、 清洁与适 当温度” 这三大条件后 ， 方可进行防水工程的施工。 5 ． 2 改性沥青防水卷材热熔系统施工技术 该热熔施工技术是采用火焰加热器或喷灯烘烤 卷材底面沥青层 ， 待沥青熔化后立即进行卷材与基 层或卷材与卷材之 间粘结的施工方法 。先在基面涂 刷基层处理剂， 处理剂干 固后再进 行卷材 的施工 。 施工时把卷材摆正 ， 点燃喷枪 ， 均匀加热卷材和基 层 ， 待卷材表面 出现熔融层 ， 迅 速推动卷材进行粘 结 ， 并将粘结面辊压平实。在卷材还未完全冷却前 ， 用抹刀将卷材边缘抹平封好 。 施工工艺流程 ： 施工准备一 防水基层处理一涂 刷基层处理剂一细部附加防水层粘贴一大面积防水 部位卷材铺贴一排气、 压实一搭接边的烘烤一滚压 挤出热熔沥青 。该流程中的关键工序是搭接边挤 出 的沥青在接缝边缘形成密封条 。 该施工技术要求如下 ： ( 1 )使用包括多种防水基层处理剂、 冷胶粘剂 、 封 口密封膏、 附加 防水层、 金属预制件等为确保卷材 防水层整体密封性的系统配套材料 。 ( 2 )施工前， 基层必须坚实平整、 无酥松、 起皮 现象， 表面不平整或起砂时必须及时处理 ， 基层含水 率在 9 以下才能施工 。 角处的夹角 ， 喷咀距交界处 3 0 0 mm往返加热， 沥青 熔化流淌到基层上的温度在 2 5 0 ~3 0 0。 C范围， 边烘 烤边向前推滚卷材 ， 确保卷材与基层或卷材相互之 间满粘结。 5 ． 3 防水涂膜施工技术 该技术是指将 防水涂料涂刷在 防水基层上， 经 水分蒸发、 溶剂挥发或化学反应 ， 在基层表面固结成 一 定厚度的薄膜， 从而达到防水的效果。施工工艺 流程 ： 防水基层处理一 附加 防水层施工一多次涂料 施工一多次干燥一大面涂膜防水层完成一边缘密封 处理一施加保护层。防水涂料在施工中容易产生的 质量问题是涂膜厚度不均 、 涂膜有气泡和涂膜边缘 不密封。如何保证涂膜质量是施工 的重点和难点 ， 其施工技术要求如下 ： ( 1 )施工前基层处 理， 要求 防水基层坚 固、 平 整， 无灰尘油污。凹凸不平及裂缝处须用水泥砂浆 找平。 ( 2 )建立涂膜防水系统 ， 包括防水基层 、 附加防 水层、 大面防水层 、 密封层 、 保护层 ； 基层处理完毕， 对节点部位做加强层处理， 加强层可使用涂料涂刷 或加衬网格布增强 。 ( 3 )节点加强处理后 ， 涂刷底涂。配置底涂料 时， 按照一定的配 比混和 ， 搅拌均匀即可。使用刮板 将底涂均匀刮涂在基面上 ， 涂完后仔细检查 ， 基面不 得出现露底现象。 ( 4 )底涂干 固后进 行大面积 的涂料施工 ， 涂料 按照配比搅拌均匀 ， 刮涂道数可根据设计要求执行 ， 建议不少于 2道。施工时每一道刮涂沿同一个方向 进行 ， 但下一道刮涂方向应与上一道垂直。每道刮 涂时间间隔为 1 2 h ， 以涂膜干固为准。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 8 桥梁检测与加固 2 0 1 0年第 2 期 ( 5 ) 如果防水层需增加刚性保护层 ， 可在最后 一 道涂膜 尚未完全 固化时， 在其表面撒上料径为 2 mm的干燥砂粒 ， 待粘有砂粒的涂膜固化后， 再进行 刚性保护层施工。 ( 6 )涂膜厚度 的保证技术包括分次 、 分 区涂布 法等。 5 ． 4 机械化施 工技 术 随着科研水平的上升 ， 为提高防水施工质量， 可 根据现场情况和工期安排 ， 实行 施工机械化、 专业 化 ， 减轻施工人 员劳动强度。可采用高聚物改性沥 青卷材热熔铺贴机、 高聚物改性沥青 卷材热熔加热 器 、 高聚物改性沥青卷材热熔搭接封边机 、 防水工程 多功能机械作业车等。这些机械化装备正在 日益发 挥出高质高效、 快捷方便、 经济节能的作用 ， 是行业 未来的一个发展方向。 ( 上接 第 3 9页) 根据有限元模型 ， 计算加固前 、 后该桥的 自振频 率、 振型等动力参数 ， 结果见表 2 。 表 2 加 固前后频率 比较 从表 2中可以看出， 在增设横隔板后， 该结构的 横向一阶频率增大 5 o ， 很大地提高 了结构的横向 刚度 ， 说明该种加 固方法能有效地提高结构的动力 刚度 ， 加固效果 比较明显。 5 结论 采用粘贴钢板和碳纤维布的方法加固钢筋混凝 6结语 随着我国高速铁路 的大量建设 和开通， 对铁路 桥梁结构防水技术 的研究有了很大进展， 对桥梁 的 各种病害机理的了解越来越深入。桥梁结构的防水 体系是提高桥涵结构耐久性的重要技术手段 ， 防水 效果的好坏直接关系到桥梁的使用寿命。为满足高 速铁路桥涵结构耐久性的要求 ， 必须有 良好 的防水 体系才能使桥梁构件免遭环境介质的侵蚀。 参考文献： [ 1 ] 科技基E 2 O 0 7 1 5 6号， 客运专线桥梁混凝土桥面防水层 暂行技术条件( 修订版) [ s ] ． [ 2 ] 科技基E 2 o o 9 ] 1 1 7号， 客运专线铁路桥梁混凝土桥面 喷涂聚脲防水层暂行技术条件E S ] ． [ 3 ] 科技基~ 2 0 0 7 3 1 2 4号， 京津城际轨道交通工程桥面防 水层暂行技术条件E s 2 ． 土梁桥的主梁 ． 1 1 J‘ 达到封『 4 1 裂缝 、 抑制裂缝发展的作 用 ； 通过增设横隔板 ， n r 以增强桥梁的横向联系 ， 提 高横向刚度及桥 梁的整体性 ， 改 善桥 梁受力条件。 加固后主粱的刚度和承载能力有了较大提高。 参考文献： E l i 范立础．桥梁工程( 下) [ M] ．北京： 人民交通出版社， 2 0 01 ． E 2 ] 张劲泉， 徐岳， 叶见曙， 等．公路旧桥检算分析指南 及工程实例[ M] ．北京： 人民交通出版社， 2 0 0 7 ． E 3 ] 胡智慧， 杨道江．公路桥梁工程建设与危旧桥测试改 造拆除加固维修技术及典型案例分析实务全书( 中) [ M] ．北京 ： 光明日报出版社 ， 2 0 0 2 ． E 4 ] J T G ／ T J 2 2 -2 o o 8 ， 公路 桥梁加 固设计规范[ S J ． E 5 3 张建仁， 王 磊．既有钢筋混凝土桥梁构件承载力估 算方法l J ] ．中国公路学报， 2 0 0 6 ， 1 9 ( 2 ) ： 4 9 —5 5 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m