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对桥面防水涂料部分设计指标的探讨

[日期:2013-05-31]
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1.引言

  随着交通事业的迅速发展和公路等级的提高,高速公路立交桥和高架桥日益增多,钢筋砼梁的负弯矩处及钢筋砼桥面板在经受车辆重复荷载的震动、冲击、拉伸、剪切等力学性能的影响,以及由于温度、气候变化引起膨胀、收缩后,往往会产生细微裂缝而引起桥面渗水或漏水。致使钢筋锈蚀,影响桥梁的耐久性。尤其是现浇缝砼结合部,虽在设计和施工中采取了多种防裂措施,但总存在薄弱环节,产生裂缝,若不采取防水处理,势必降低桥梁的使用年限。为了延长桥梁的使用寿命,减少维修费用,在水泥砼桥面板上喷涂一层防水涂料,形成防水膜,以达到桥面防水的目的就显得十分必要。国标(5002-96)《公路沥青路面设计规范》及行标JT014-97《公路沥青路面施工及验收规范》中的水泥砼桥面的铺装中均要求设置防水层。

  漳龙高速公路是国道319线漳州至龙岩的高速公路,全长117.2公里,其中龙岩段三期工程13.2公里。高架桥占线路总长的40%,全长3.8公里。该段高架桥中最大纵坡4.7%,最大横坡度7%,桥墩最大高度81米,最大跨径155米,桥梁上部分别为连续刚构、预应力T型梁和空心板梁等结构。桥面系采用水泥砼与沥青砼的复合结构铺装层,即在C40钢纤维砼填平层上,设4cm厚ACs-16Ⅰ改性沥青砼下面层及4cm厚SMA-10改性沥青砼上面层;在C40钢纤维砼填平层与ACs-16Ⅰ改性沥青砼下面层间设置一道防水层。

  2.对防水层的要求

  龙岩市地处山区,高架桥所处常年多雾气候,且是内外交通咽喉,重车及超限车辆较多,以致路面上常年处于潮湿状态。由于路弯、坡长、坡陡、桥墩高、跨径大,车辆在其上面行驶,所形成的振动及剪切力特别大,要求防水层不仅能起防排水作用,而且能起到粘结等承上启下的作用。

  对理想防水层的要求可以简单地概括为:施工后不透水和在设计年限内不透水,造价合理。把这些要求分为施工中的要求和设计年限内的要求

  尽管对防水膜提出了很多要求,但是桥面防水是一个整体系统,该防水系统包括防水膜与排水设施以及其上的路面结构所组成,防水膜的性能实际是取决于防水系统中各组成部分的互相作用。例如,因防水膜与其上层部分粘结力不足而造成两者剥离,那么即使防水膜的性能完好,这一防水系统也将失去作用。

  正如很难确定影响防水层性能的因素一样,也很难对这些要求量化,而正是用这些具体的要求才能控制和保证防水层的质量。原则的要求如下:

  防水层必须是不透水的(①施工中的渗水;②设计年限内的渗水);

  面层铺筑前、铺筑中、通车后,防水层应不能被破损;

  防水膜应与面层和桥面有足够的粘结力;

  防水膜应能抵抗桥面裂缝,包括在施工前和施工后所产生与发展的裂缝。

  防水膜应具备良好的温度稳定性(桥面改性沥青砼标准采用PG76-22控制):

  沥青砼混合料的拌和温度多控制在170℃~180℃,其摊铺温度一般在170℃左右,要求防水膜在此高温下不溶化,并保持膜体完好,同时不因高温改变其材料的原有特性;

  在夏季高温季节,路面温度往往高达65℃以上,要求防水膜在此高温下仍具有相当的粘结力和抗剪能力,能满足恶劣条件下的行车要求;

  在夏季高温季节施工,要求防水膜在50℃左右仍具有相当的稳定性,施工车辆及沥青砼摊铺机在上面行驶不因粘轮破坏膜体;

  龙岩地处闽西山区,要求防水膜在-15℃下不开裂。

  抗老化性能好:防水材料必须具有良好的抗老化性能,不因受高温、辗压、低温、霜冻等作用而降低粘结能力,抗剪能力和防水能力。

3.对部分设计指标的意见

  设计指标主要沿用了建筑上的防水指标,由于使用功能的区别,它并不完全适用于桥面防水。可以看出,桥面防水层的作用不同于建筑上的防水,也不同于地下工程的结构物防水。屋面防水涂膜不受荷载作用,它的功能就是防止雨水侵入屋面砼,腐蚀砼中的受力钢筋,降低结构的使用寿命;而地下结构物的防水涂膜则是在屋面防水的基础上,再加上一恒定的水压力(设计指标中考虑了0.3Mpa);而桥面防水涂膜除了防水以外,施工早期必须承受施工设备的裸辗及粒料的穿剌,开通营运后还得承受行车的反复作用和动水压力(该动水压力远大于0.3Mpa),所以在设计与检测指标上,不能简单的用一个0.3 Mpa的水压力下不透水来衡量。

  3.1路面施工期间,大量的施工机械及运输车辆必须在暴露的防水膜上行走,要求防水膜在常温下经裸辗后无破损,无剥落。所以应对其进行暴露轮辗试验,来判定其是否满足设施工要求。

  3.2为保证防水涂膜经170℃~180℃高温的沥青下面层混合料摊铺、辗压成型后是否因高温溶化或粒料穿剌而导致涂膜的破坏。所以应对其进行抗剌破与不透水性试验,以确定其经施工辗压等工序后,是否仍满足设计要求。从工后取芯处观察,防水层与水泥砼表面粘结良好。

  3.3耐酸、碱性

  对于公路桥面防水涂料抵抗酸、碱性的指标,可不予检测。该层涂料下面是水泥砼,上面是沥青砼,酸性或碱性的物质对其污染的可能性很小,从施工的角度出发,对涂料进行与沥青的相融性及耐油性检测,并提出相应的指标,似乎更贴近其实际的使用情况。

  3.4粘结强度

  从施工的角度出发,要求防水涂料实干后经车轮辗压不因粘轮而破坏。所以要求涂料与砼间的粘结力大于涂料与轮胎间的粘结力。若不能满足要求,则应在防水膜的表面再设置隔离层来满足其使用要求。试验表明,涂料的粘结强度与砼桥面的粗糙度有关。砼表面不同的摩擦系数,则有不同的粘结强度,同时与试验温度有相当关系。

  3.5抗剪强度

  作为粘结层,要求沥青砼路面在夏季高温时,在不同的行车荷载和不同的行车速度下不破坏沥青砼路面,简单地用一个25℃和45℃下的抗剪切强度来衡量是不够的。相同的防水涂料在不同的垂直压力和不同的剪切速率下,其层间的抗剪强度亦不同:

  4.还需要特别指出的是,水泥砼填平层的好坏对桥面防水层的影响很大,填平层的平整度、强度以及浮渣处理情况,都将直接影响防水层的粘结效果。因填平层砼浇筑时混合料含水量较大致砼表面形成软弱层,清理时表面粉尘无法清除干净,致使防水膜被粘走的情形。

结论:

  1、桥面防水涂料的设计指标应满足施工要求;

  2、采用以改性沥青为基料生产的高级桥面防水涂料基本上能满足桥面沥青砼施工对其提出的要求。

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