水泥混凝土桥面构造对桥面防水层粘结性能的影晌.pdf

第 3 7卷 ， 第 4期 2 0 1 2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 7，No 4 Au g， 201 2 水泥混凝土桥面构造对桥面 防水层粘 结性能的影 响 孔保 林 ，蔡燕 霞 。 ( 1 邯郸 市青红高速公路管理处 ， 河 北 邯郸0 5 6 0 0 2 ； 2 河北省交通规划设计院 ，河北 石家庄0 5 0 0 1 1 ； 3 长 安大 学 特殊 地区公路工程教育部重点实验室 ， 陕西 西安7 1 0 0 6 4 ) 摘 要 】选择 2种常用的防水粘结材料 ， 针对 最能 反映桥面 防水层性能 的两项关键指标 ， 即抗剪性 能和抗拉 拔性 能 ， 研究表面构造深度和纹理方向这两个 因素对于这两项性 能的影响 规律进 行了分 析， 为 防水层 的设计 和正 确施 工提供理论依据。 关键词 】防水粘结材料 ；构造 深度 ； 纹理方 向；抗剪性 能；抗拉拔性能 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 2 ) 0 4 0 2 0 7 - 0 3 I n flue n c e o n t h e W a t e r p r o o fin g La y e r Bo n d i n g Pe r f o r ma n c e o f Co n s t r u c t i o n o f Co n c r e t e Br i d g e De c k KONG Ba o l i n 。CAI Ya n x i a ( 1 Ha n d a n Q i n g h o n g h i g h w a y a d m i n i s t r a t i o n ， Ha n d a n ，H e b e i 0 5 6 0 0 2 ，C h i n a ； 2 H e B e i P r o v i n c i a l C o mmu n i t i o n s P l a n n i n g a n d De s i g n I n s t i t u t e S h i J i a Z h u a n g ， He b e i 0 5 0 0 1 1 ，C h i n a； 3 Ke y L a b o r a t o r y o f Hi g h wa y En g i n e e r i n g i n Sp e c i a l Re g i o n o f Mi n i s t ry o f Ed u c a t i o n，Ch a ng a n Un i v e r s i t y，Xi a n，S ha n x i 7 1 0 0 6 4 C h i n a ) Ab s t r a c t S e l e c t t h e t w o k i n d s o f c o m mo n l y u s e d b o n d i n g m a t e r i a l s i n w a t e r p r o o f ， a n d u s e o f t w o ke y i n di c a t o r s： s he a r r e s i s t a nc e a n d d r a wi ng p e rfo r ma nc e t o s t u d y t he de p t h o f s u rfa c e s t r u c t ur e a n d t e x - t u r e d i r e c t i o n wh i c h a ffe c t t h e p e rfo r ma n c e o f t h e s e t wo pe rfo rm a n c e Th i s a r t i c l e i n o r d e r t o p r o v i d e t h e t h e o r y ba s i s f o r t h e d e s i g n a n d r i g h t c o n s t ruc t i o n o f t h e wa t e r pr o o f l a y e r Ke y w o r d s w a t e r p r o o f a d h e s i v e ma t e r i a l ； c o n s t r u c t i o n d e p t h ； t e x t u r e d i r e c t i o n ； s h e a r p r o p e r t i e s ； a n t i d r a wi n g pe rfo r ma n c e 高速公路桥面铺装 的早期破坏 ， 引起 了人们对 桥面防水层施工工艺与材料的关注。良好的防水效 果 需要 选择 合适 的 防水层形 式 和合适 的水 泥混凝 土 表面构造深度 ， 来增加其粘结性能 ， 进而保证桥梁主 体结构的安全 ， 延长桥面铺装的使用寿命。 目前 还 没 有统 一 的公 路 桥 面 防水 粘 结层 设 计 、 试 验 和施 工方 面 的规 范 ， 在选 择 水 泥 混 凝 土 表 面构 造 深 度时 的盲 目性 比较 大 ， 而且 也 没 有 一 个 统一 的 判别 标准 。为 此 ， 需 要 对 水 泥混 凝 土 表 面 构 造 深 度 变化 对 防水粘 结性 能的影 响进 行必 要 的室 内试验 研 究 ， 为 防水 层 的设计 和施 工控制 提供 理论 依据 。 1 试验准备 为 真 实 的模 拟 、 反应 混 凝 土桥 面 沥 青 铺装 的 实 际情况 ， 利用特制车辙板试模成型试件( 厚 1 0 c m) 。 首 先 ， 在 特 制 试 模 ( 3 0 c m 3 0 c m 5 c m) 内 ， 浇 注 水泥混凝土 C 。 ( 配合 比为 C： W ： S： G=3 6 0： 1 6 5 ： 6 6 2： 1 3 4 5 ， 减 水 剂 采 用 1 6 ) 。水 泥 混 凝 土 试件制备时 ， 将拌和好的混合料倒人试模 ， 分层插捣 均匀成型， 表面拉 毛后 ， 试件养生拆模 ， 待养生结束 后在水泥混凝土块完全干燥情况下 ， 将表面打磨去 浮浆 ， 涂 刷 防 水 粘结 层 ， 然 后 碾 压 沥 青 混 凝 土 5 c m 厚， 要求沥青混凝土的空隙率控制在 5 左右。冷 却后脱模 ， 钻取芯样进行剪切和拉拔试验。 两种防水粘结材料选用 S B S改性 沥青 及橡胶 改性沥青 ， 最佳用 量依次为， 橡胶 改性 沥青洒布 量 1 4 k g m ， S B S改性沥青洒布量 1 2 k g m 。检测 指标 见表 1 与 表 2 。 【 收稿 日期 】2 0 1 1 1 1 3 0 作者简介 】孔保林 ( 1 9 7 l 一) ， 男 ， 河北 魏县人 ， 硕 士， 高级_T程师 ， 从事lT程管理 作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 8 公路工程 3 7卷 表 1 S B S改性沥青技术指标 Ta b l e 1 S BS mo di fie d a s p h a l t s p e c i fic a t i o n s 针人度 ( 2 5 、 1 0 0 8 5 8 ) 延度( 5 c m mi n 、 5 ) 0 1 mm c m 实测值 6 6 6 2 规定值 6 0 8 0 35 5 质量损 失 针入度 比 延度 ( 5 c m m i n ， 1 0 ) c m 表 2 橡胶改性沥青技术指标 T a b l e 2 R u b b e r mo d i fi e d a s p h a l t s p e c i fi c a t i o n s 针 人度 ( 2 5 ， 1 o o g , 5 s ) 延度 ( 5 c m m i n 。 5 ) O 1 mm c m 软化点( 环球 法) C 动力粘度( 6 0) ( P a8 ) 密度 2水泥混 凝 土表 面构 造深 度变化 对 抗 剪强 度的影响 为考 察不 同水 泥混 凝土表 面状况 对层 间抗 剪强 度的影响 ， 采 用构造深度 ( T D) 和摩擦 系数摆滑值 ( B P N) 来 衡量不 同的表 面状态。表面构造深度按 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 ( J T J 0 7 3 1 2 0 0 0 ) 测定 ， 表面构造深度测定结 果按下式计 算 ： 加： ： ， , r D 4 D 式中：T D为表面构造深度 ， m m； V为砂的标准体积 ， 2 5 c m ； D为摊平砂的平均直径 ， m m。 在水 泥混凝土初凝形成一定强度后 ， 用毛刷对 其进 行拉 毛 等面层 粗 糙 度 准 备 ， 拉 毛表 面 纹理 均匀 均无方向性 ， 每一试件的表面构造深度取 3次 试验平均值。 在同等条件下 ， 针对五种混凝土试件表面状况 进行直剪试验。以5 S B S改性沥青防水粘结材料 和橡胶 改性沥青为例 ， 对 比了 2 0 c I ： 和 4 0温度两 种情况下混凝土表面不同处理对抗剪强度的影响 ， 从而得出其抗剪强度值最大时的构造深度( T D) ( 手 工铺砂法) 最佳范围， 试验结果见图 1 。 从 图 1可 以看 出 ： 水 泥 混凝 土表 面粗 糙 程度 不 同， 必然会导致抗 剪强度不 同。随着界面粗糙度 的 增加 ， 防水粘结材料 的剪切强度呈先上升后下降 的 、 !甍 ：宙： 0 0 1 0 50 1 0 70 1 U 9 0 1 1 ZU 1 深度 ， m m 图 1 抗 剪强度 随构造深度的变化 Fi g u r e 1 Va r i a t i o n o f s he a r s t r e ng t h wi t h s t r u c t u r a l d e p t h 趋势。按照摩尔强度理论 ： r =C+t r t g q b ， 抗剪强度 取决于粘结力 C和 内摩擦角 西的大小 。构造深 度在 0 3 0 6 mm 之 间 。 相 对 光 滑 时 ， 上 下 层 间接 触面积大 ， 相应的粘结力 C也大 ， 而内摩擦角 的 作用 由于界面 间光滑 而较低 ； 在 构造深 度 0 7一 1 0 m m之间， 相对粗糙时 ， 层 间除 了粘结力 c外 ， 还有相当的内摩擦角 西作用。在一定范 围内试件 的表面积构造深度增大 ， 其表面积就增大 ， 相应地与 防水粘结材 料 的粘 结力就 增大 ； 当构 造深度 大于 1 0 m m之后 ， 抗剪强度开始出现下降趋势。表面太 粗糙反而会降低粘结强度 ， 其一， 因为过于粗糙的表 面不能被 防水粘结材料很好 的浸润 ， 凹处残留的空 隙减少了实际粘结接触面积， 或者有些防水材料就 堆积在表面的纹理缝隙内， 而无法形成薄膜， 使得其 粘结力下降。其二 ， 防水涂料涂刷时 ， 桥面有气 泡， 构造深度较大时尤其明显 ， 涂膜内部会形成不同 尺寸的孔 隙和泡孔。这些泡孑 L 的存在不仅大大减少 了涂膜抵抗水压力作用 的有效 截面积 ， 而且在泡孑 L 周 围产 生应 力集 中 ， 碾压 过 程 中可 能 引起 细 微 裂纹 的展开 ， 使防水涂膜失去防水作用 ， 影响整个工程的 防水效果， 缩短桥梁工程的耐久年限。 3水泥混凝 土表 面构 造深 度变 化对 粘 结强 度的影响 为考察不同水泥混凝土表面构造深度对防水粘 结材料拉拔强度的影响， 采用与剪切试验相 同的试 件表面处理方式 ， 即构造深度分别为表 2中的情况。 加 载速度 为 5 m m m i n ， 对 比了 2 O和 4 0 温度 两 种情况 下 混 凝 土 表 面 不 同处 理 对 拉 拔 强 度 的影 响 ， 试 验结 果见 图 2 。 从 图 2可 以看 出 ： 水 泥 混凝 土表 面 的构 造 深度 对防水粘结性能没有对剪切强度那么明显的影响。 由拉拔试验可以看 出， 破坏面位 置都是发生在 防水 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 4期 孔保林 ， 等 ： 水泥混凝土桥面构造对桥面防水层粘结性能的影 响 2 0 9 日 、 嚷 辎 趟 图 2 拉拔强度随构造深度的变化 F i g u r e 2 V a r i a t i o n o f d r a w i n g s t r e n g t h w i t h s t r u c t u r a l d e p t h 粘结层与沥青铺装层之间， 而不是 防水材料与水泥 混凝土之间的结合面 ， 这就使 得因混凝土表 面粗糙 度差异而造成的粘结强度的差异体现不明显。 混凝土基层表面构造深度直接影响防水粘结层 的施工质量， 粗糙度不同， 防水粘结层与之接触面积 就不同 9 1 ； 此外 ， 混凝土桥面板表 面不 可避免会有 浮浆 ， 存在薄弱层 ， 涂刷防水粘结层前要求基层表面 平 整 、 干净 、 干 燥 ， 施 工前 须 用 扫帚 将 杂物 扫 除 。必 要时可用高压水枪将桥 面板清洗 ， 晒干后方能喷涂 施 工 。 4 水泥 混凝土表 面构 造 纹理 方 向对 层 间抗 剪强度的影响 混凝 土表 面特性 不 同 ， 必然 导致 抗剪 强度不 同 ， 以 S B S改性沥青 和橡胶改性沥青为例 ， 在 2 0条 件下进行剪切试验 。通过试验可知 ， 拉毛方向对层 问抗 剪强 度有一 定 影响 ， 试 验结 果见 图 3 。 纹理方 向 ( ) 图 3不 同纹理方 向的抗剪强度变化 Fi g ur e 3 Va r i a t i o n o f s h e a r s t r e n g t h wi t h d i f f e r e nt t e x t u r e o r i e n t a t i o n 由图 3可知 ： 在水 泥混 凝 土表 面进 行 拉 毛处理 时， 要求拉毛程度均匀一致 ， 不应该顺着行车方向拉 毛， 否则抗剪强度 明显降低 4 0 左右 ， 车辆行驶 易 造成桥面剪切破坏】 。在实 际施工 中应要求桥 面 拉毛表面纹理均匀， 且拉毛方 向与行车方向垂直。 5 结 语 利用室内剪切试验及拉拔试验对混凝土表面构 造深度和纹理方 向对层 间粘结性 能进行 了试验研 究 ， 并且做出了一些规律性结论 ， 根据试验结果 ， 可 以得出以下结论 ： 混凝土表面构造深度对抗剪性 能的影响非 常有规 律 ， 随着 界 面粗糙 度 的增 加 ， 防水 粘结材 料 的 剪切强度呈先上升后下降的趋势， 对 于改性沥青类 防水涂 料 ， 构 造深 度应控 制在 0 71 0 mm之 间。 混凝土表面构造深度对拉拔强度没有明显 影响 ， 说 明层间破坏面位置都是发生在 防水粘结层 与沥青铺装层之间， 而不是 防水材料与水泥混凝土 之间 的结合 面 。 在水泥混凝土表面进行拉毛处理时， 要求拉 毛程度均匀一致 ， 不应该顺着行车方向拉毛 ， 应与行 车方向垂直。 参考文献 1 罗 杰 混凝土桥面柔性铺装结 构的粘结 防水层 研究 J 公 路工程 ， 2 0 1 0 。 ( O 4 ) ： 2 2 2 5 2 王 涓 水泥混凝 土桥面沥 青混凝土铺装 防水粘 结层 的性 能 研究 D 南京 ： 东南大学 ， 2 0 0 4 3 删0 7 3 1 2 0 0 0， 公路工程沥青及沥青混合料试 验规程 s 4 刘 红琼 水泥混凝土桥面桥面铺装 防水粘结层性能 研究 D 重庆 ： 重庆大学 ， 2 0 0 8 5 张 占军 。 胡长顺 ， 王秉纲 桥 面防水材料 路用性 能 J 交通运 输T程学报 ， 2 0 0 1 ， 1 ( 4 ) ： 3 33 6 6 P RI C E A RL a b o r a t o r y T e s t s o n Wa t e r p r o o fi n g S y s t e ms f o r Co n c r e t e Br i d g e De e ks TRRL 1 9 9 0 7 赵满 ， 梅琪 ， 赵庭耀 混 凝土桥面铺装设计 与施工 J 东 北 公路 ， 2 0 0 0， 2 3 ( 3) ： 6 36 5 8 卢铁瑞， 立交桥 桥面 防水 层性 能研究 及 应用 J 石 油沥 青， 1 9 9 6， 1 0 ( 1 ) ： 3 74 5 9 重庆交通科研设计院 西部交通科技项 目“ 桥面铺装材 料与技 术研究” 研究报告 R 重庆交通科研设计院 ， 2 0 0 5 1 O 范书龙 ， 郑晓光 砼桥 面铺 装防水 牯结层 的试 验研究 J 公 路与汽运 ， 2 0 0 4 ， ( 6) ： 6 76 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m