水泥混凝土桥面防水黏结层材料性能评价分析.pdf

水 泥混凝 土桥 面防水 黏 结层 材 料 性 能评价 分 析 陈林 ，汪超 ，安 丰伟 ( 江苏省交通科学研究院， 江苏 南京2 1 1 1 1 2 ) 摘要 ： 防水黏结层是桥面铺装的重要组成部分 ， 桥面防水层对于桥面铺装的使用效 果有重要影 响， 桥 面防水黏结材 料的选择 是否合理影响着桥面的使用 性能。用 于桥 面防水层 的黏结材料类型较多 ， 整体 而言可分为涂膜 类防水层 、 结构性 防水层 、 卷材类 防 水层等 ， 结合室 内试验和试验路对不同类型防水材料做了性能评价 ， 为桥面防水层 材料 的选 择提供参 考 ， 并 结合 双层式 S MA桥 面 铺装的特点 ， 推荐采用热喷沥青加碎石的结构性防水层 。 关键词 ： 防水黏结层 ；桥面铺装 ；使用性能 ； 室 内试验 ； 性 能评 价 0 引言 作 为桥 面 铺装 重 要 组 成 部 分 之 一 的桥 面 防 水 层 对于桥面铺装的使用效果有重要影 响， 调查表 明， 桥 面铺装层间剪切破坏 、 开裂 、 水损害等病害L 】 都与防 水黏结层 破坏有 很大关 系。因此 ， 为 了有 效保 障桥 面铺装的使 用效果 ， 有必 要进行 防水黏结 层材料 性 能 的研究 。 桥面防水层的种类繁多， 有涂膜类 、 结构类 、 卷材 类等。涂膜类桥面防水层大多采用石油沥青 为基料 ， 另外还有部分可渗入水泥混凝 土内部 的防水 材料 ， 如 环氧树脂 、 环氧聚氨酯等 ； 常用的结构类桥面防水材料 包括改性乳化沥青+碎石、 改性沥青+碎石、 橡胶沥青 +碎石及沥青胶砂等； 卷材类桥面防水材料主要包括 沥青类防水卷材、 聚合物沥青类防水卷材 、 合成 高分子 防水卷材等 。 本 文 通 过 室 内 试 验 对 几 种 水 泥 混 凝 土 桥 面 防 水 层 的 路 用性 能 进 行 评 价 ， 并 利 用 桥 面 防 水 层 现 场 质量检测仪器 ， 针对 柴米河大 桥和南 六塘河 大桥进 行 了桥面防水层 的现场检 测 ， 在此基 础上推荐 适合 的桥 面 防 水 材 料 ， 从 而 为 类 似 工 程 提 供 参 考 和 借鉴 。 1 桥 面 防水层 技术 标准 桥面防水层的性能指标包括施工性能 、 防水性能、 强度等。本文在 已有成果和实际工程经验基础上提出 了水泥混凝土桥面防水黏结层技术 ， 见表 1 。 收 稿 日期 ： 2 0 1 1 1 O O 8 5 4 上冯 堍 N o 4 2 0 1 1 表 1 涂膜类及结构性防水材料技术要求及试验方法 项 目 技术要求 试 验方法 物 材料常 对于橡胶沥青、 S B S 改性沥青、 S B S改性乳化沥青等， 应 化 规性能 首先满足高速公路路用材料的相关技术要求 指 耐热性 1 6 0 J C 4 0 8 1 9 9 1中 6 7的方法 标 低温柔韧性 一 2 O ， 无裂纹 7 d ， 咖1 0 n n棒绕一周 拉 拔 l 4 o 0 1 a 咖 1 0 c tn 复 合 试 件 ， 1 0 n 1m m in 加 强度 I 2 0 0 3 载速度， 电动拉拔仪。 路 不透水性 0 3MP a ， 3 0 r a i n 高压渗水仪 用 不透水 性 抗剪 l 4 0 0 2 胁 币1 0 c m复合试件， 1 0 ra m ra i n 加 能 强度 l 2 0 0 4 载速度， 电动剪切试验仪。 抗施工损伤性能 轮碾试验后 0 3 MP a | ( 抗硌破及渗水) 水压下不渗水 注： 表中拉拔强度和剪切强度适用于室内试验和现场质量检测。 2 防水层 室 内试验 结果 根据 表 1的技 术标 准 ， 针对 不 同防 水 黏 结 层 进 行 室 内试验 引， 以评 价不 同防 水 材 料 的路 用 性 能 。试 验 中各 类材 料 的用 量 如下表 。 表 2室内试验桥面 防水层材料 用量 防水层类 型 防水材料l k g m 碎石用量 k g m 橡胶沥青 +碎石 2 O 2 5 7 8 S B S改性沥青 +碎石 l _ 8 2 0 7 8 S B S改性乳化 0 7 t0 9 ( 纯沥 5 7 沥青+碎石 青用量) 1 号底层料 0 5 n0 5 2 k g m。 ； 柔性防水涂料 高黏 1 号料 0 9 5 1 0 k g m ； 2号料 0 1 O 5 k g m 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 1 耐 热性 橡 胶 沥青 、 S B S改 性 沥 青 、 S B S改 性 乳 化 沥 青 防 水黏结层试验 温度设定 为 1 5 0 ， 桥 面柔性 防水涂 料 的 I 号 料 试 验 温 度 为 1 4 0 ， I I 号 料 试 验 温 度 为 1 6 0 。根据耐热性试验结果 ， 四种防水材料在相应 的试验温度下都没有 出现 流淌、 变形等现象 ， 耐热性 能 较好 。 2 2透水 性 能 采用高压渗水试验对各种防水黏结层进行渗水性 能评价 ， 试验结果如表 3所示 。从表 中试验结果可 以 看出， S B S改性沥青 、 橡胶沥青、 桥面柔 性防水涂料均 不透水 ， 但 S B S改性乳化沥青在高压渗水试验时有渗 漏现象。 表 3高压渗水试验结果0 3 MP a 材料类型 I S B S 改性沥青 橡胶沥青 柔性防 水涂 料 S B S 改性 乳化沥 青 l 渗 水 情 况I 不 渗 不 渗 不 渗 渗 2 3剪 切强度 试验 考虑到防水黏结层施工 因素影响， 本文采用剪切 试验的成型方法与工程实际的施工过程接近 ， 拟定试 验剪切角度为 4 5。 ， 加载速度为 1 0 mm mi n ， 结果如表 4所示 。 从 表 中可 以看 出 ， 改 性 乳 化 沥青 防水 黏 结 层抗 剪 切性能最差 ； 在 6 O的状态下柔性防水涂料剪切强度 相对较高 ， 其受温度的变化影响不大； 在桥面正常使用 状况下， 桥面板温度一般在 2 O4 O范围之内， 在 此温度区间内， 橡胶沥青 防水黏结层表现 出较好的抗 剪切性 能 。 表 4不 同防水层类型剪切强度 MP a 改性乳化沥青 项 目 S B S改性沥青 橡胶沥青 柔性防水涂料 ( 不 同用量) 0 7 0 8 0 9 6 0 0 2 1 0 2 8 0 3 5 | O O 2 4 0 0 4 1 0 6 4 0 4 1 0 0 6 O O 8 0 0 6 2 0 0 4 7 0 75 0 4 8 0 1 4 0 21 0 2 2 注 ： 表 中改性乳化沥青用量为纯沥青用量 ( k g m ) ；6 0 时剪 切试 验 由于成型过程中试件脱落 ， 没有得 到试验结果 。 2 4 拉拔 强度试 验 拉拔试验试件成型方法与剪切试验相 同， 试验结 果如表 5所示 。从表 中可以看 出， 各种材料都能满足 技术要求 ， 其 中橡胶沥青和 S B S改性沥青防水黏结层 抗拔 强度最 高 。 表 5不 同防水层类型拉拔强度 MP a 项 目 S B S改性 沥青 橡胶沥青 柔性 防水涂料 S B S改性乳化沥青 4 0 1 0 0 1 1 1 0 8 4 0 7 6 20 1 1 5 1 2 3 1 1 0 0 8 6 2 5其 它性 能试验 防水层除了上述性能要求外， 使用过程 中还受到 水 的浸泡及冻融循环 的作用和老化的影响。为此， 本 文进行了几种防水材料冻融循环后的剪切强度和老化 后 的拉拔 强度 试验 。 2 5 1 抗水损害性能 试验条件为将成型好 的试件放入恒温冰箱中 ， 在 一 1 8冰冻 2 4 h ， 然后取出在 2 O恒温水浴中解冻 1 6 h ， 进行 2 O 的剪切 强度试 验， 结果如表 6所示。 通过试验结果可知， S B S改性乳化沥青和橡胶沥青在 经过冻融作用后具有较好的抗剪强度 ， 说明作 为桥面 防水层 ， 两种材料抗水损害的性能较好 。 表 6冻融循环后 防水层 的剪切强度 2 0 冻融后 MP a 冻融前 材料类型 试件 1 试件 2 试件 3 平均 MP a S B S改性沥青 0 0 6 0 0 7 0 0 7 0 0 7 0 4 3 S B S改性乳化沥青 0 1 8 0 1 7 0 1 9 0 1 8 0 5 8 橡胶沥青 0 1 4 O 1 3 0 1 3 0 1 3 0 6 4 专用 防水涂料 0 0 4 O O 3 0 0 4 0 0 4 0 4 6 2 5 2 抗老 化性 能 采用薄膜烘箱 ， 在 1 6 3 的条件下 ， 经 过 8 5 mi n 后做 2 O拉拔强度评价 ， 试验结果如表 7 。由于专用 防水涂料老化后变硬 ， 无法制备拉拔试件 ， 不进行拉拔 试验 。通 过试 验结 果 可 知 ， S B S改 性 乳 化 沥青 老 化 后 的拉拔强度和强度比最大 ， 橡胶沥青次之 ， S B S改性沥 青最 差 。 表 7老化后 防水层的拉拔强度 2 0 老化后拉拔强度 MP a 老化前拉拔 拉拔强 材料类型 试件 1 试 件 2 平均 强度 MP a 度 比 S B S改性 沥青 0 7 0 2 0 7 2 1 0 7 1 2 0 9 2 7 7 3 S B S改性乳化 沥青 0 9 5 7 0 9 4 0 0 9 4 9 1 O 2 9 3 O 橡胶沥青 0 9 2 1 0 8 8 3 0 9 0 2 1 O 2 8 8 4 专用防水 涂料 | | 0 8 0 | N o 4 2 0 1 1上冯么 5 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 一 3桥 面防水 层现 场性 能检测 现 场性 能 检 测 是 防水 层 施 工 质 量 控 制 的重 要 内 容。早期的防水层施工 中， 由于缺少相应 的现场检测 设备 ， 一般无该项检测内容。近年来， 随着对防水层施 工质量 日益重视 以及相关研究的深入 ， 不少单位配置 了防水层现场剪切强度和拉拔强度 的检测设备， 为防 水层现 场施 工质 量检测 创造 了条 件 。 表 8为本文依托工程柴米河大桥和南六塘河大桥 现场拉 拔 和剪切 强度试 验结果 。 表 8防水层现场拉拔和剪切强度 约 2 拉拔强度 MP a 剪切强度 MP a 桥面防水层方 案 机械清扫 喷砂 机械清扫 喷砂 橡胶沥青+碎石 0 3 4 7 2 O 4 1 6 9 0 2 6 l 2 0 5 6 1 2 S B S改性乳 化沥青 +碎石 O 3 7 6 9 0 3 8 3 5 0 3 6 5 3 0 5 5 6 3 专用防水涂料 0 1 6 0 6 0 1 2 4 l 0 2 9 6 3 0 2 8 7 6 S B S改性 沥青 +碎石 0 3 0 1 8 0 2 4 9 7 0 t 8 1 7 0 3 1 2 7 结合表 1的技术标准 ， 对于拉拔强度， 除了桥 面专 用防水涂料外 ， 其它防水黏结层均能满足要求 ； 对于剪 切强度， 只有采用喷砂法处理桥面的橡胶沥青和 S B S 改性沥青防水层才能满足要求。同时可以看 出， 喷砂 法处理的界面强度普遍高于机械清扫 。 4 双层 S MA桥 面铺 装防水 层类 型 桥面铺装是一个完整 的系统 ， 保证其性 能最优需 要各组成部分 的合理组合 。因此 ， 应结合铺装结构的 性能特点选择合适的防水层。 双层 S MA是 目前水泥混凝土桥面常用 的铺装形 式。由于 S MA混合料表面构造深度大 ， 在 S MA铺装 下层 与桥 面板之 间存 在 丰 富 的连 通 空 隙 ， 在 层 间易 形 成水 渗 流的通 道 ， 从 而 降低 S MA 与 桥 面板 的 黏结 力 。 双层式 S MA铺装系统防水层的选择需要充分考虑这 一 特 点。 5 6 上 z姥 N o 4 2 0 1 1 车辙和推移是桥面铺装 的典 型病害形式 。病害 程 度情 况 在很 大 程 度 上 取 决 于 层 间 的抗 剪 切 破 坏 性 能 ， 因此 提 高 防 水 黏 结 层 抗 剪 切 强 度 可 有 效 控 制 水 泥混凝 土桥面铺装 变形类 病害 的产生 。同时 ， 桥 面 处 理方 法 和效 果 对 防 水 层 黏 结 强 度 和 剪 切 强 度 有 显 著 影 响 。 综合前文试验分析结果 ， 本文推荐抗剪切强度较 高的热喷沥青 ( 橡胶沥青、 S B S改性 沥青) 加碎石的结 构性防水层 。其 中热喷沥青在铺装层碾压及运 营期间 可适度上浮， 封堵 S MA铺装下层 与桥 面板 的层间空 隙 ， 在铺装层下部形成富沥青层 ， 从而消除 S MA铺装 层间连通空隙带来的水损 害风险。同时 ， 结构性 防水 层 的碎石 可减 少 施 工过 程 中防 水层 的机 械 损 伤 ， 并 提 高铺装体系的抗剪切性能。另外 ， 在层间界面处理过 程中 ， 推荐采用喷砂法对桥面板进行处治 ， 进一步提高 双层 S MA桥面抗剪切变形能力 。 5 结语 桥面防水层是桥面铺装体 系的重要组成部分 ， 本 文对常用桥面防水层类 型进行 了调研， 通过室内试验 和 现场性 能 检测 ， 对 不 同 桥 面 防水 层 的路 用性 能 进 行 了评价 。研 究 分 析 结 果 表 明 ， 热 喷 沥 青 ( 橡 胶 历青 、 S B S改性沥青) 加碎石的结构性防水层能够有效提高 桥面铺装整体结构的抗剪切性能 ， 从而有效控制车辙 、 推移等变形类病害的产生， 并建议 以此作为双层 S MA 桥面的防水黏结层 。分析研究成果可为类似工程提供 必要的参考和借鉴 。 参考文献 ： E l i季节 ， 徐世法 ， 罗晓辉 桥 面铺装 病害调查 及成 因分 析E J 北京建筑工程学院学报 ， 2 0 0 0 9 E 2 江苏省高速公路建设指挥 部 关 于高速公 路桥 面柔 性防水 层设计要求的通知E z 苏 高计 ( 2 0 0 2 ) 9 8号 E 3 J T J O 5 2 2 0 0 0公路工程沥青及沥青混合料试验规程 S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m