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高速桥面防水粘结层使用性能评价研究

发表时间：2021/4/12 来源：《基层建设》2020年第32期作者：王奇

[导读] 摘要:为了研究水泥混凝土桥面防水粘结层的粘结性能，采用层间直接拉拔试验和CT扫描试验对桥面防水粘结层的使用性能进行评价，并结合桥面养护状况、病害状况、取芯状况对防水粘结层类型、水泥混凝土界面处理和沥青混合料类型等因素对粘结性能的影响进行分析。

        中铁三局集团第三工程有限公司山西太原 030006
        摘要:为了研究水泥混凝土桥面防水粘结层的粘结性能，采用层间直接拉拔试验和CT扫描试验对桥面防水粘结层的使用性能进行评价，并结合桥面养护状况、病害状况、取芯状况对防水粘结层类型、水泥混凝土界面处理和沥青混合料类型等因素对粘结性能的影响进行分析。基于此，本文采用层间直接拉拔试验和CT扫描试验对桥面防水粘结层的进行评价，并结合桥面养护状况、病害状况、取芯状况对防水粘结层类型、水泥混凝土界面处理和沥青混合料类型等因素对粘结性能的影响进行分析。
        关键词: 高速桥面; 防水粘结层
        80年代初期，随着我国桥梁建设的发展，桥梁专家和从业人员开始逐渐认识到水泥混凝土桥面钢筋腐蚀的严重性和桥面防水的重要性，但当时并未对此做系统研究。桥面铺装层之间及铺装层与桥面板之间的防水粘结层在桥面铺装结构中起着重要的作用，是桥面铺装的重要组成部分，对水泥混凝土桥面和沥青铺装的性能和使用寿命至关重要。如果防水粘结层失效，将会导致铺装层与桥面板脱落，使得桥面铺装结构破坏，进一步影响到桥梁主体结构;如水分渗入桥面板，则会对桥梁主体结构造成破坏。鉴于桥面防水粘结层在桥面铺装结构中的作用，通常要求防水粘结层密水性良好，不透水;力学性能稳定，能够承受行车荷载产生的水平向剪应力的作用;耐高温、低温、耐腐蚀、耐老化;与桥面板混凝土和面层沥青混合料的协调性好，不仅表现在力学性能上，而且表现为物理、化学性质的协调上，防水粘结材料应能适应桥面的各种变化，如不平整、粗糙、灰尘等外界因素的影响。为了评估现役高速公路桥面防水粘结层的使用性能，结合霍永高速公路使用性能评价项目，对霍永高速桥面防水粘结层进行现状评估，并通过现场拉拔试验进一步评价几种防水粘结层与桥面板的粘结效果。
        1.试验及评价方法
        制定试验方案时，主要考虑防水材料类型、水泥混凝土界面、试验条件、沥青混合料类型等因素。建设过程中，霍永高速一二期分别使用了FYT防水涂膜和SJC-FII防水涂料+改性沥青混凝土+改性沥青玛蹄脂碎石的防水粘接层施工。结合养护历史和桥面的车辙状况对防水粘结层的使用效果进行整体评估。为了评估FYT防水涂膜和SJC-FII防水涂料+改性沥青混凝土+改性沥青玛蹄脂碎石的防水粘结效果，制定了专门的取芯方案，取芯位置分别是硬路肩、第1、2车道的完好处和车辙处。
        2.铺装层底部微观分析
        采用CT三维扫描技术与数字图像处理方法相结合的方法，分析防水粘结层的混合料薄铺装底部压实效果。CT三维扫描技术其基本工作原理为：利用X射线对试件以扫描的方式从多方向透射其断层，用探测器对透射后发生衰减的射
        线进行采集，进行二维或三维灰度图像重建。根据CT扫描的结果对界面层空隙率进行了外观的初步判断，车辙断面界面层空隙率明显多于完好断面，但车辙断面与完好断面界面层空隙率目测均较大，界面状况一般，下一步应通过对铺装层孔隙率进行进一步分析为桥面车辙病害分析提供充分依据。
        3. 施工质量控制要点
        1）对沥青、纤维、碎石等原材料进行入场前的检测，确保满足设计要求。2）对桥面已有病害的处理，减少反射裂缝对防水抗裂层的寿命影响；3）使纤维均匀撒布，合理调整撒布器的高度，对散落的纤维进行及时处理；安排人员清扫不均匀碎石；4）接缝处理。施工时，做好 2 幅间搭接处接缝的处理，其中纵向相邻 2 幅之间的纵向接缝处应保证有效重叠宽度。第一幅施工时预留空间宽度，第二幅施工时铺设至第一幅边缘，保证纵向撒布接缝。

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        4.保护层施工
        待沥青卷材敷设完毕之后进行保护层的浇筑，保护层浇筑前不要对卷材顶面进行润湿，否则混凝土坍落度会有较大的提升，导致混凝土性能下降。项目部通过在芝河大桥上的反复试验最终总结出保护层施工工艺如下。1) 考虑到混凝土垂直及水平运输的难度，项目部根据现场施工条件，设计并制作了布料机，布料机主要由料斗、发动机、变速箱、行走架加工而成，可以视现场施工场地决定加工尺寸。在桥墩较低处等吊车可以掉料上线的位置，用吊车吊料斗放置在自制的布料机上，布料时要采取多点布料，每 5 m范围内布料点不少于二处。2) 多点布料后立即进行摊铺，采用人工摊铺，每个摊铺面不得少于 4 名工人，用铁锹、锄头等小工具铲料，采用反扣的方式进行摊铺，摊铺厚度比事先标出的标高线高出约 5mm 即可。3) 摊铺完成后，用平板振捣器进行振捣，由于防水层的位置位于两线底座板之间，为保证振捣质量、提高振捣效率，可以用整块钢板，两侧焊接平板振捣器，组成一个可移动的振捣平台，钢板设置好横向坡度，并设置走行轮，沿预先设置的纵向标高控制轨道行走，行走速度 1．5 m/min，来回振捣二遍。4) 振捣完成后，立即进行收面，自中间往两边收面，确保横向坡度满足要求; 第一次收面完成后 5 min，立即进行第二次收面，第二次收面要对保护层边缘进行补充振捣，保证边缘部位强度，并用遮阳板覆盖; 25 min 后进行第三次收面，此次收面过程中要根据设计要求再预留伸缩缝，伸缩缝间距以4 m 为宜; 最后一次收面在第三次收面完成后 5 min 时开始，此次收面完成后，立即用遮阳板进行覆盖。5) 保护层浇筑过程中，边缘部位是振捣的薄弱点，混凝土凝固后易产生收缩裂缝。通过现场反复试验，项目部通过用平抹对边缘进行插捣的方式，可以有效地防止裂缝现象的发生，布料时预留 5 cm 的插捣量，用抹子插捣密实后，立即拍打收面，可以有效地防止裂缝。控制要点: 施工前卷材表面温度不大于 40℃; 入模温度≤30℃，环境温度≥40℃时禁止施工，收面次数不少于 4 次;收面完成后及时用遮阳板覆盖，可以降低水分蒸发速度。
        5.保护层养护
        最后一次收面完成后 1 h，开始进行洒水，洒水厚度控制在 1 mm 左右，即表面湿润又无流水迹象即可，洒水后立即用节水保湿养护膜进行覆盖，该养护膜附有吸水树脂，吸收水分后能长久保湿，在机场施工中大量应用，应用在该处既能保证良好的养护效果，又能节省人工成本。控制要点: 注意节水养护膜的保护，避免上面附着的保水粒子脱落，影响保水效果; 节水养护膜上方加盖一层草席或土工布，顶部洒水可保证不被大风吹落，后期由于节水保护膜已吸附在混凝土表面，可以不用额外洒水，养护时间 28天。
        6.伸缩缝嵌缝
        伸缩缝位置的处理同样非常重要，如果处理不当，导致后期嵌缝材料脱落，雨水进入后受冻胀影响，极易导致混凝土开裂、剥离，造成安全隐患。为保证嵌缝质量，经项目部多次试验，通过比较聚氨酯、硅酮等多种材料的嵌缝效果，最终选用硅酮材料进行嵌缝，硅酮在混凝土碱性环境下具有良好的耐久性，且后期抗反复收缩、膨胀的效果最好。嵌缝施工时要注意缝内必须用吹风机吹干，并涂刷界面剂; 伸缩缝的宽厚比应≥1; 硅酮灌注顶面要高出混凝土顶面约 1 cm; 硅酮灌注完成后的 7 天内禁止人员踩踏。
        结束语
        现场拉拔试验表明，SJC-FII防水涂料+改性沥青混凝土+改性沥青玛蹄脂碎石的拉拔强度略大于FYT防水涂膜的拉拔强度，根据CT扫描的结果对界面层空隙率进行了外观的初步判断，车辙断面界面层孔隙率明显多于完好断面，但车辙断面与完好断面界面层空隙率目测均较大。
        参考文献
        [1]杨育生,陈渊召,汪日灯,等.沥青混合料桥面铺装层间工作状态确定及新型防水粘结材料研究[J].公路,2009(4):119-123.
        [2]徐永新,周严.高粘度改性沥青桥面铺装防水粘结层研究[J].山西建筑,2011,37(1):92-93.