橋面防水粘結(jié)材料的選擇與應(yīng)用

橋面防水粘結(jié)材料的選擇與應(yīng)用

目前，將防水層鋪設(shè)在混凝土橋面的瀝青路面上已被共識(shí)。防水粘結(jié)層作為橋面鋪裝的重要組成部分,除了要達(dá)到防水的目的,同時(shí)還需要起到層間粘結(jié)的作用。橋面防水粘結(jié)材料種類眾多,化學(xué)組成、技術(shù)性能等存在較大的差異,防水粘結(jié)層的設(shè)計(jì)、材料的選擇與施工又直接影響橋面鋪裝的使用壽命,甚至影響到橋梁結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性。為此,本文結(jié)合鎮(zhèn)溧高速公路部分橋面銑刨重新攤鋪,根據(jù)橋面受力特性,計(jì)算分析各鋪裝層和層間的剪應(yīng)力,對(duì)防水粘結(jié)層的材料性能指標(biāo)提出要求,并通過3種防水粘結(jié)材料試驗(yàn)的比較,選擇出滿足鎮(zhèn)溧高速公路橋面要求的防水粘結(jié)層材料。同時(shí),對(duì)幾種橋面混合料性能進(jìn)行綜合比較,選擇較優(yōu)的橋面鋪裝混合料類型,從而得出較合理的橋面銑刨重鋪結(jié)構(gòu)層。1橋面鋪裝結(jié)構(gòu)鎮(zhèn)溧高速公路是國家高速公路網(wǎng)中“上海—西安”的聯(lián)絡(luò)線,北起潤(rùn)揚(yáng)大橋南接線,南至溧陽境內(nèi)與寧杭高速公路相接,全長(zhǎng)65.64km,路面采用雙向6車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)行車速度120km/h。橋面鋪裝結(jié)構(gòu)形式見圖1。2007年開通運(yùn)營至今,部分橋面已出現(xiàn)坑槽、泛白、擁包、龜裂、唧漿及車轍等病害,決定對(duì)其中損壞較為嚴(yán)重的橋面進(jìn)行銑刨重鋪。2選擇連接涂層材料的性能指標(biāo)要求2.1添加鋪裝層,減少預(yù)應(yīng)力防水粘結(jié)層的作用主要有3個(gè)方面:(1)防止水分深入橋面板內(nèi),腐蝕鋼筋,威脅主梁安全;(2)將鋪裝層與橋面板粘結(jié)成一個(gè)整體,充分發(fā)揮鋪裝層與橋面板的復(fù)合作用,改善橋面板與鋪裝層的受力情況;(3)用作應(yīng)變吸收層,吸收鋪裝層和橋面板之間部分相對(duì)位移,從而減小鋪裝層內(nèi)的應(yīng)力。因此選擇防水粘結(jié)材料應(yīng)考慮以下基本性能:不透水性、耐高溫穩(wěn)定性、耐低溫韌性、耐久性、抗剪強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、施工可操作性等。2.2柔性材料試驗(yàn)考慮江蘇省內(nèi)防水粘結(jié)材料的使用情況,采用橡膠改性瀝青、環(huán)氧瀝青、橋面二涂防水粘結(jié)層(FYT)3種柔性材料進(jìn)行試驗(yàn)。通過對(duì)橋面防水粘結(jié)材料進(jìn)行的試驗(yàn)研究,提出能夠反映橋面防水粘結(jié)層實(shí)際力學(xué)性能的試驗(yàn)方法,并進(jìn)一步提出合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)。2.2.1薄膜溫度對(duì)瀝青面溫度的影響防水材料低溫性能的好壞直接關(guān)系到其耐久性,寒冷季節(jié)氣候的劇降可能會(huì)使防水粘結(jié)材料的拉伸性能降低,收縮變形發(fā)生脆裂。該項(xiàng)目所在地金壇市冬季極端最低氣溫為-14℃。根據(jù)有關(guān)資料,當(dāng)氣溫降到-20℃時(shí),100~150mm瀝青面層下的薄膜溫度為-10℃。因此,以材料在-20℃試驗(yàn),作為評(píng)價(jià)其低溫性能的指標(biāo)。試驗(yàn)方法為:將樣品攪勻后,取表面已用溶劑清潔干凈的鋁板,將樣品分3~5次涂覆,在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)120h,然后在干燥箱中養(yǎng)護(hù)48h后設(shè)置溫度,在達(dá)到規(guī)定溫度5h后取出。低溫韌性試驗(yàn)結(jié)果見表1,在耐低溫性能方面,FYT優(yōu)于環(huán)氧瀝青及橡膠改性瀝青。(2)熱穩(wěn)定性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)定》規(guī)定,瀝青混合料從出廠攤鋪時(shí)的溫度一般在140~165℃,因此,選擇170℃作為評(píng)價(jià)耐熱性能的標(biāo)準(zhǔn)。耐熱性試驗(yàn)結(jié)果見表2,橡膠改性瀝青優(yōu)于FYT和環(huán)氧瀝青材料。(3)結(jié)合材料的粘合劑強(qiáng)度3種不同材料粘結(jié)強(qiáng)度分別為:環(huán)氧瀝青,0.56;橡膠改性瀝青,0.55;FYT,0.36。環(huán)氧瀝青表現(xiàn)出了更好的粘結(jié)性能。(4)耐酸、耐堿耐酸、堿試驗(yàn)結(jié)果見表3,橡膠改性瀝青遇酸堿無明顯反應(yīng),FYT和環(huán)氧瀝青略有反應(yīng)。2.2.2室內(nèi)模擬現(xiàn)場(chǎng)壓力測(cè)試根據(jù)以上原材料試驗(yàn),環(huán)氧瀝青材料穩(wěn)定性較差,只對(duì)橡膠改性瀝青和FYT防水材料進(jìn)行不透水性試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)和拉拔試驗(yàn)。(1)不透水儀試驗(yàn)不透水性試驗(yàn)是為了反映防水粘結(jié)層在行車荷載作用下的不透水性能能否滿足阻止水進(jìn)入橋面板的要求,用不透水儀進(jìn)行試驗(yàn),壓力為0~0.4MPa。參照有關(guān)規(guī)范規(guī)定,橡膠改性瀝青及FYT2種材料均滿足0.3MPa、30min內(nèi)不透水。(2)不同材料對(duì)膠凝劑剪切強(qiáng)度和厚度的影響用剪切試驗(yàn)儀進(jìn)行不同混合料剪切強(qiáng)度試驗(yàn),其中剪切角度a取為45°,實(shí)際加載速度取50mm/min。當(dāng)對(duì)試件施加荷載F時(shí),防水粘結(jié)層界面剪應(yīng)力按下式計(jì)算:式中:T為剪應(yīng)力;F為作用荷載;a為剪切角度;S為受力面積。分別對(duì)橡膠改性瀝青和FYT防水材料進(jìn)行試驗(yàn),在完全干燥情況下,將2塊水泥砂漿試件表面打磨去浮漿,可得出橡膠改性瀝青剪切強(qiáng)度明顯優(yōu)于FYT;再分別對(duì)橡膠改性瀝青防水材料厚度為0.5mm、1mm、1.5mm、2mm、3mm的試件進(jìn)行試驗(yàn),每組3塊,養(yǎng)生7d后進(jìn)行剪切試驗(yàn),可得出材料厚度為1.5mm時(shí)較合適。試驗(yàn)結(jié)果見表4、表5。(3)拉應(yīng)力的測(cè)定拉拔試驗(yàn)的目的是檢測(cè)防水材料與水泥混凝土橋面板及瀝青混合料面層間的粘結(jié)強(qiáng)度。拉拔試驗(yàn)的試件尺寸同剪切試驗(yàn)。把試件上下2個(gè)表面清理干凈,在室溫下養(yǎng)生7d后進(jìn)行試驗(yàn)。拉應(yīng)力計(jì)算公式如下:式中:g為拉應(yīng)力;F為拉力;S為受力面積。拉伸試驗(yàn)機(jī)試驗(yàn)溫度為25℃,拉伸速度為50mm/min,試驗(yàn)結(jié)果顯示橡膠改性瀝青抗拉拔強(qiáng)于FYT,結(jié)果見表6。2.2.3高速公路美國氣候條件比較為比較不同防水粘結(jié)層對(duì)橋梁鋪裝損壞病害的影響,項(xiàng)目組選取了鎮(zhèn)溧高速、寧常高速、沿江高速、寧杭2期為研究對(duì)象,以上高速公路均為近幾年開通,均屬于蘇南地區(qū),氣候條件相當(dāng),且具有相似的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)。比較結(jié)果見圖2。從圖2橡膠改性瀝青和FYT防水材料使用的效果比較可以看出,橡膠改性瀝青防水材料使用效果明顯優(yōu)于FYT。2.3用橡膠膜施工的防水材料根據(jù)3種防水材料的原材料性能檢驗(yàn)和室內(nèi)模擬受力試驗(yàn)的結(jié)果結(jié)合以往防水材料的使用經(jīng)驗(yàn),綜合考慮得出,橡膠改性瀝青防水材料較適宜作為鎮(zhèn)溧高速橋面銑刨重鋪的防水粘結(jié)層材料,且防水材料厚度取1.5mm較合理。3比較和選擇橋面上的混合材料3.1路用性能要求選擇合適的橋面鋪裝結(jié)構(gòu)需要結(jié)合鋪裝層混合料的性能要求,綜合施工控制和路用性能,橋面鋪裝混合料應(yīng)具有足夠的抗車轍能力,良好的抗水損害能力和施工性能。除此以外,橋面鋪裝混合料還需要具有與鋪裝層使用環(huán)境相適應(yīng)的其他性能,如與橋面板良好的接觸狀態(tài)、適應(yīng)橋面不平整的變形適應(yīng)能力等。3.2雙層sma鋪裝結(jié)構(gòu)分別對(duì)纖維增強(qiáng)型改性瀝青混合料和SMA改性瀝青混合料進(jìn)行了室內(nèi)性能研究,具體試驗(yàn)結(jié)果見表7,其中混合料所用膠結(jié)料均為SBS改性瀝青。從室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果可以看出:纖維增強(qiáng)型瀝青混合料的動(dòng)穩(wěn)定度要優(yōu)于SMA改性瀝青混合料,但低溫彎曲性能低于SMA改性瀝青混合料,且改性瀝青SMA瀝青混合料的水穩(wěn)定性要稍優(yōu)于纖維增強(qiáng)型瀝青混合料。根據(jù)以往水泥混凝土橋面鋪裝體系的課題研究,得到典型水泥混凝土橋梁雙層式橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層。雙層SMA瀝青混合料具有比普通瀝青混合料和摻纖維瀝青混合料更優(yōu)異和均衡的性能,滿足橋面鋪裝對(duì)混合料的要求,同時(shí),雙層SMA結(jié)構(gòu)具有比常規(guī)鋪裝結(jié)構(gòu)更優(yōu)異的抗車轍性能,因此雙層SMA鋪裝結(jié)構(gòu)是橋面鋪裝的理想選擇。根據(jù)原橋面鋪裝層厚度為105mm,考慮到雙