淺析防水粘結(jié)層在瀝青層橋面鋪裝的重要性及施工注意事項(xiàng)

■詹建林

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350001）

淺析防水粘結(jié)層在瀝青層橋面鋪裝的重要性及施工注意事項(xiàng)

■詹建林

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350001）

以泉州灣跨海大橋引橋橋面鋪裝為例，重點(diǎn)對(duì)防水粘結(jié)層施工前施工工藝基面處置、材料選擇、用量控制、滲水試驗(yàn)進(jìn)行分析，闡明防水粘結(jié)層的質(zhì)量對(duì)橋面鋪裝的重要性，為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

防水粘結(jié)層 基面處理 橋面鋪裝

隨著公路、城市交通建設(shè)的發(fā)展，橋梁的數(shù)量急劇增加，瀝青混凝土具有行車舒適、噪聲小的特點(diǎn)，已廣泛運(yùn)用于橋梁鋪裝。但經(jīng)常發(fā)現(xiàn)橋面的瀝青層有坑洞現(xiàn)象，經(jīng)研究，產(chǎn)生坑洞的重要原因是瀝青層與瀝青層，瀝青層與橋面層的粘結(jié)狀況，如果瀝青層與橋面層出現(xiàn)完全滑動(dòng)情況，該瀝青層的疲勞壽命只有3～4年，如果該層面出現(xiàn)滑動(dòng)現(xiàn)象，必將出現(xiàn)局部疲勞狀態(tài)，路面也因此出現(xiàn)坑洞，因此必須保證瀝青層與橋面的連續(xù)狀態(tài)[1]。我國(guó)瀝青路面橋面鋪裝起步較晚，對(duì)橋面防水粘結(jié)層的研究，更缺乏實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)。

泉州灣跨海大橋地處海洋性氣候條件，屬于典型的季風(fēng)區(qū)，冬季盛行偏北風(fēng)、夏季盛行偏南風(fēng)，還伴有長(zhǎng)達(dá)3～8個(gè)月的熱帶氣旋（臺(tái)風(fēng)）。路面結(jié)構(gòu)層作為橋面鋪裝形式，除了一般的平整、密實(shí)、抗滑、耐久品質(zhì)以外，還應(yīng)具良好的抗水損壞能力及保護(hù)橋梁的作用 ，因此泉州灣跨海大橋的橋面鋪裝層選用的防水粘結(jié)層，從選材到施工始終圍繞著這一理念及其要求進(jìn)行，其重點(diǎn)在于提高橋面鋪裝的耐久性和防水損害性能。

現(xiàn)該橋已通車兩年，橋面層運(yùn)行良好。本文以該橋的防水粘結(jié)層施工前施工工藝基面處置、材料選擇、用量的控制進(jìn)行分析，提出施工好防水粘結(jié)層這一結(jié)構(gòu)層對(duì)橋面鋪裝的重要性，為廣大同行提供經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

1 鋪裝前施工基面處置

因橋梁的結(jié)構(gòu)受力的限制，一般橋面的設(shè)計(jì)厚度都偏薄，在承受荷載時(shí)需與橋面板共同受力，故層間結(jié)合效果極為重要。橋梁鋪裝層的早期破壞，一個(gè)重要原因是鋪裝層與橋面結(jié)構(gòu)之間的結(jié)合不良。所以鋪裝前施工基面即原水泥混凝土橋面的處置非常重要。

1.1 處置注意事項(xiàng)

鋪裝前原水泥混凝土橋面的處置有以下注意點(diǎn)：

（2）混凝土橋面的浮漿、污染物：浮漿及污染物是層面結(jié)合不良的一個(gè)主要因素。首先，浮漿層在行車振動(dòng)、水侵濁作用下，很容易破碎，導(dǎo)致其防水粘結(jié)層破壞；第二，水泥混凝土浮漿層表面光滑，在鋪裝層中將形成一個(gè)隔離層，對(duì)防水粘結(jié)層結(jié)合極為不利，很容易在出現(xiàn)很大的水平剪力和底部彎拉應(yīng)力時(shí)，橋面鋪裝必然迅速破壞。

（3）混凝土橋面的碳化：混凝土表面的碳化，使混凝土強(qiáng)度降低，混凝土內(nèi)聚力也降低，由此形成的表層將對(duì)鋪裝層形成一層隔離層，不利于承受荷載的整體作用。

（4）混凝土橋面粗糙度不夠：混凝土表面過于光滑，將直接導(dǎo)致層間粘結(jié)的不夠緊密，即將影響鋪裝層與水泥混凝土層的整體受力效果，易造成鋪裝層脫層、推移等病害的產(chǎn)生。

1.2 真空拋丸鑿毛工藝[2]

為保證瀝青鋪裝層與橋面間有很好聯(lián)結(jié)性，在進(jìn)行瀝青層橋面施工前必須進(jìn)行處理。

周教授還想繼續(xù)往下說(shuō)，鬼子軍官不耐煩了，也火了，也罵了一聲八嘎，你的撒謊的不要，皇軍是不可戰(zhàn)勝的。你們要是不與皇軍合作死啦死啦的。

本項(xiàng)目采用真空拋丸鑿毛工藝，能夠一次將混凝土表面的浮漿、雜質(zhì)清除干凈，經(jīng)拋丸處理過的混凝上表面潔凈又堅(jiān)硬，具有比較均勻的紋理。最重要的是還能夠充分暴露混凝土的裂紋等病害，以便提前采取補(bǔ)救措施，本項(xiàng)目對(duì)裂縫寬度大于0.2mm的進(jìn)行環(huán)氧樹脂注漿處理。拋丸前后的效果比較見圖1。

圖1 拋丸前后對(duì)比

2 防水粘結(jié)材料的選擇

2.1 防水粘結(jié)層材料的選擇要求

防水粘結(jié)層材料，應(yīng)適應(yīng)海洋性氣候，具有良好的防水和粘結(jié)作用，保證上下層聯(lián)成一體，同時(shí)還要考慮橋面鋪裝的穩(wěn)定性和耐久性。因此，防水粘結(jié)層材料應(yīng)具備幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）優(yōu)良的溫度適應(yīng)性：首先，瀝青層鋪筑階段的溫度環(huán)境，熱瀝青混合料鋪到防水材料后，其溫度會(huì)急劇上升，作為有機(jī)材料，受到這種熱沖擊，會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化，此時(shí)，防水膜變軟，很容易被熱集枓刺破。其后，防水層運(yùn)營(yíng)期間，由于溫度壞境的交替變化，防水材料不斷的遭受凍融循環(huán)破壞，也加快了老化速度。

（2）良好的層間粘結(jié)力：一旦出現(xiàn)脫層現(xiàn)象，橋面鋪裝層將很快發(fā)生破壞，橋面鋪裝層與橋面板之間脫層可以認(rèn)為是橋面鋪裝的完全破壞。橋面鋪裝層與橋面板間的粘結(jié)力是鋪裝層的附著基礎(chǔ)，如果沒有橋面板的約束，鋪裝層在輪載的振動(dòng)沖擊作用下與橋面板分離，將很快發(fā)生破壞。

（3）優(yōu)良的耐久性：經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間外部條件作用后，它們的化學(xué)成分和物理性質(zhì)應(yīng)沒有大的變化，或雖變化但不致使其各項(xiàng)性能變得太差；使用壽命至少應(yīng)有不低于瀝青鋪裝層使用年限，當(dāng)混凝土橋面板開裂≤2mm時(shí)，防水材料的變形應(yīng)仍能滿足不被拉裂，以保證防水要求。

（4）優(yōu)良的不透水性能：作為橋面防水材枓，不透水性能是其最基本、最重要的性能。橋梁在車輛、風(fēng)力、溫度等復(fù)雜因素作用下，防水層材料易發(fā)生損壞，因此，防水層材料應(yīng)保證在設(shè)計(jì)期限內(nèi)，在橋面所遇到的各種情況下都應(yīng)該是不透水的。

2.2 SBS改性乳化瀝青

SBS改性乳化瀝青是以瀝青為基料，以SBS高分子聚合物為改性材料，在一定的設(shè)備和工藝條件下，通過乳化劑及助劑的作用，使瀝青、改性劑與水混溶而成的乳液。

改性乳化瀝青粘層取代傳統(tǒng)乳化瀝青粘層和熱瀝青粘層應(yīng)用于本項(xiàng)目，具有三個(gè)鮮明的特點(diǎn)：一是保留著乳化瀝青的特性；二是具有改性材料的優(yōu)點(diǎn)；三是安全環(huán)保，不需要像熱瀝青一樣加熱至高溫方可施工并節(jié)約燃料。實(shí)質(zhì)上它是瀝青乳化技術(shù)和瀝青改性技術(shù)的結(jié)合，使瀝青的功能趨于完善。與乳化瀝青相比，改性乳化瀝青具有以下優(yōu)點(diǎn)：①提高高溫穩(wěn)定性；②增強(qiáng)抗低溫性能；③提高粘附強(qiáng)度；④擴(kuò)大應(yīng)用范圍；⑤提高內(nèi)聚力；⑥延長(zhǎng)使用壽命；⑦提高早期強(qiáng)度。

為適應(yīng)泉州灣地區(qū)的高溫等復(fù)雜的惡劣氣候環(huán)境，選用SBS改性乳化瀝青作為橋面粘層的材料。

3 防水粘層材料最佳用量的確定

涂膜類防水材料在不同界面型式的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中存在最佳用量。防水材料如果用量過小，會(huì)由于防水涂膜無(wú)法形成連續(xù)的薄膜而影響層間的粘結(jié)力，用量太大，而使層間的摩阻力減小。層間摩阻力與層間粘結(jié)力的平衡點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的防水材料的用最即為最佳用量。防水層材料的最佳用最不僅與混凝土的表面紋理有關(guān)，還與試驗(yàn)的豎向荷錢和試驗(yàn)時(shí)的溫度有關(guān)，不同的豎向荷載和試驗(yàn)溫度對(duì)應(yīng)著不同的防水涂膜的最佳用量值。當(dāng)有豎向荷載時(shí)，層間的剪切應(yīng)力主要是由層間摩阻力貢獻(xiàn)的，這對(duì)于鋪筑瀝青混凝土的鋪裝結(jié)構(gòu)表現(xiàn)的將會(huì)更明顯，防水層材料的粘結(jié)作用將得不到充分的體現(xiàn)，因此，經(jīng)過綜合考慮，直剪試驗(yàn)的豎向力選用0.2MPa。試驗(yàn)溫度統(tǒng)一取25℃，剪切速率為10mm/min。

表1 SBS改性乳化瀝青防水涂膜不同用量下的層間抗剪強(qiáng)度(MPa)

由表1可見，橋面板鑿毛界面在SBS用量為1.0kg/m2時(shí)層間剪應(yīng)力最大，考慮施工可操作性，可取最佳用最為0.9～1.1kg/m2之間；本項(xiàng)目在施工SBS改性乳化瀝青防水粘層前，橋面均已經(jīng)過拋丸處理，所以選擇SBS改性乳化瀝青的用量為1kg/m2。

4 橋面鋪裝防水粘結(jié)層室內(nèi)滲水模擬試驗(yàn)

當(dāng)橋面防水粘結(jié)層層上鋪筑瀝青面層時(shí)，壓路機(jī)碾壓熱瀝青混合料，可能導(dǎo)致防水層在高溫骨料的作用下產(chǎn)生刺破損壞，從而失去了防水效果，故在室內(nèi)模擬碾壓試驗(yàn)件測(cè)其不透水性能。試驗(yàn)裝置如圖2。

（1）試驗(yàn)步驟

主要試驗(yàn)步驟如下：

①將試樣放在底座區(qū)中間位置，帶有防水層的一面朝上；

圖2 ZHY結(jié)構(gòu)層材料滲透儀

②將帶加壓筒的壓板（帶O型密封圈）放在試樣上并與底座對(duì)準(zhǔn)；

③用下加緊螺栓將壓板與底座聯(lián)結(jié)起來(lái)，并用扳手?jǐn)Q緊；

④給加壓桶加水至筒的2/3處，將加壓桶上蓋與加壓筒用螺栓聯(lián)結(jié)并加緊；

⑤給加壓桶用打氣筒充氣至預(yù)定壓力，保持至規(guī)定時(shí)間；

⑥觀察車轍板側(cè)面的滲水情況，并記錄開始滲水時(shí)間。

將項(xiàng)目使用的SBS改性乳化瀝青，取最佳用量及50%最佳用量分別作滲水試驗(yàn)。在環(huán)境溫度為25℃條件下加壓0.7MPa，觀察48h后加壓簡(jiǎn)內(nèi)氣壓的變化，檢測(cè)SBS改性乳化瀝青在不同用量下的透水性能。

表2 滲水試驗(yàn)結(jié)果

（2）試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)結(jié)果表明，在最高0.7MPa的水壓下，SBS改性乳化瀝青的用量為最佳用量的50%時(shí)，48h后，氣壓表讀數(shù)下降了一半，表明出現(xiàn)滲漏和應(yīng)力衰減現(xiàn)象。而在最佳用量時(shí)，沒有出現(xiàn)滲漏和應(yīng)力衰減現(xiàn)象，顯示出了優(yōu)良的抗?jié)B性能，為其應(yīng)用于橋面防水實(shí)際工程提供了可靠的依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

泉州灣跨海大橋現(xiàn)已通車2年，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，瀝青鋪裝層裂縫、坑槽、車轍等病害較少，與橋面鋪裝的防水粘結(jié)層質(zhì)量有著密不可分的關(guān)系。該項(xiàng)目在防水粘層施工中，注重對(duì)施工前施工工藝基面處置、材料材質(zhì)選擇以及用量的控制，有力提高了防水粘結(jié)層的質(zhì)量，延長(zhǎng)了橋面鋪裝層的使用壽命，為泉州灣跨海大橋取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，為類似工程提供了良好的借鑒和指導(dǎo)。

[1]黃曉明,趙永利,高英.高速公路瀝青路面設(shè)計(jì)理論與方法[J].北京：人民交通出版社,2006，（1）:18-19.

[2]福建省高速公路施工標(biāo)準(zhǔn)化管理指南第三分冊(cè)路面工程及交通安全設(shè)施（第二版）［S］.北京：人民交通出版社，2013.

[3]JTG F40-2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2004.