橋面鋪裝防水粘結(jié)層的研究概述

周柳伶

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院 重慶 400074)

引言

我國(guó)己建或在建的道路橋梁中，水泥混凝土橋梁占重要比例，其中橋面鋪裝層產(chǎn)生早期病害的原因之一即防水粘結(jié)層失效。防水粘結(jié)層設(shè)置在橋面板與橋面鋪裝層之間，其作用有：一是防止水滲透到橋面板引起鋼筋銹蝕；二是提供足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，防止粘結(jié)層在車輛荷載作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力和剪應(yīng)力而導(dǎo)致破壞。故防水粘結(jié)層材料的選擇，影響著橋面鋪裝的使用耐久性。

一、防水粘結(jié)層國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析

(一)發(fā)展動(dòng)態(tài)

防水粘結(jié)層在國(guó)外應(yīng)用的較早，丹麥橋梁建設(shè)者在1920年左右，將防水層引入到混凝土橋面建設(shè)中[1]。美國(guó)于20世紀(jì)60年代開始意識(shí)到橋面防水對(duì)鋼筋銹蝕及混凝土破損的影響，于是，防水膜開始廣泛應(yīng)用于橋面鋪裝[2]。

2013年，F(xiàn)rosch,R.J[3]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在印第安納州，橋架保護(hù)系統(tǒng)通常采用混凝土覆蓋層或薄聚合物覆蓋層的形式，在美國(guó)和國(guó)際上許多國(guó)家廣泛使用的另一種保護(hù)系統(tǒng)是用瀝青混凝土覆蓋的防水膜。

David Covey[4]在俄勒岡州開發(fā)了新的工程乳液，以減少痕跡并增加層間剪切強(qiáng)度。CSS-1H乳液是俄勒岡州最常用的慢凝牌號(hào)。在研究中，評(píng)估了工程乳液的性能、最有效的施用率以及路面表面質(zhì)地和交通/環(huán)境對(duì)ISS的影響。同時(shí)，他們認(rèn)為需要關(guān)于粘性涂層質(zhì)量控制和質(zhì)量保證和施工實(shí)踐的統(tǒng)一準(zhǔn)則。

2019年，俄勒岡州交通運(yùn)輸部(ODOT)指出，帶有防水膜噴涂的混凝土橋面板上的瀝青路面覆蓋層的早期破壞是一個(gè)重大問題。瀝青覆蓋層失效的潛在原因被認(rèn)為是防水膜與瀝青磨損過程之間的附著力差以及瀝青層的材料性能。另外，用于防止冬季危險(xiǎn)的道路表面的除冰鹽會(huì)滲透到甲板中，并導(dǎo)致鋼筋的腐蝕，從而削弱橋梁的結(jié)構(gòu)完整性。

防水粘結(jié)層的剪力疲勞損傷在橋面鋪裝設(shè)計(jì)中并未引起足夠的重視。同時(shí)，防水粘結(jié)層的理論設(shè)計(jì)依據(jù)可參考的不多。Naren Fang[5]等人提出了一種防水粘結(jié)層設(shè)計(jì)方法，是以層間剪切損傷為設(shè)計(jì)指標(biāo)，以有效延長(zhǎng)橋梁橋面的使用壽命。

綜上，混凝土橋面板的劣化和層間粘結(jié)性能不佳是影響美國(guó)橋梁使用壽命的最重要問題。為此，歐美的國(guó)家也在繼續(xù)對(duì)水泥混凝土橋面防水粘結(jié)層涂料，還對(duì)層間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多方面的研究。

(二)防水粘結(jié)材料研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的改性瀝青結(jié)合層存在著抗剪強(qiáng)度低、施工工藝復(fù)雜、需鋪碎石等不足。Da Wei Lv[6]等人為了解決這一問題，開發(fā)研制了一種高分子聚合物瀝青防水粘結(jié)層PCMA，得到其抗剪強(qiáng)度、拉應(yīng)力和疲勞壽命的指標(biāo)均高于其他防水粘結(jié)層，且在濕熱地區(qū)尤為適用。

Tanaka T等人為保證在混凝土橋梁修復(fù)期內(nèi)的防水性能，開發(fā)了一種獨(dú)具創(chuàng)新性的瀝青混合料[7]。通過多年基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研制出專用改性瀝青，并用APT設(shè)施對(duì)其耐久性進(jìn)行相應(yīng)檢測(cè)，結(jié)果說明該混合料具有較佳的防水性能。

許多學(xué)者研究側(cè)重點(diǎn)各不相同，譬如橋面的防水性能及相關(guān)體系，鋪裝結(jié)構(gòu)之間的組合形式，以及材料的實(shí)驗(yàn)篩選，有的還會(huì)結(jié)合實(shí)際工程做相關(guān)室外現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的應(yīng)用研究。

二、國(guó)內(nèi)防水粘結(jié)層發(fā)展現(xiàn)狀及分析

(一)發(fā)展現(xiàn)狀

直到20世紀(jì)80年代初，我國(guó)道橋領(lǐng)域的研究學(xué)者才開始重視橋面防粘層的重要性。如北京、上海等地在橋面鋪裝中開始采用柔性防粘層，當(dāng)時(shí)只是將屋頂防水材料用于橋面鋪裝，但種種隱患和破壞引起國(guó)內(nèi)研究學(xué)者的重視。90年代中后期，改性瀝青和改性乳化瀝青逐步應(yīng)用和發(fā)展。

萬(wàn)晨光等[8]研究認(rèn)為層間結(jié)構(gòu)的剪切狀態(tài)隨著荷載水平力系數(shù)的增大而惡化，在不考慮材料本身剪切破壞的情況下，增加結(jié)構(gòu)上部瀝青層的厚度，可以稍微改善其剪切狀態(tài)。

國(guó)內(nèi)橋面防水粘結(jié)層體系仍需更深層次的研究，防粘層在實(shí)際應(yīng)用中也存在許多問題，如與面層、橋面粘結(jié)強(qiáng)度不足造成的早期損傷，以及材料本身的綜合質(zhì)量等。

(二)開發(fā)性防水粘結(jié)材料研究現(xiàn)狀

我國(guó)常使用的防水粘結(jié)材料有：熱改性瀝青、改性乳化瀝青，防水卷材使用相對(duì)較少。顧興宇[9]等的研究認(rèn)為涂膜防水粘結(jié)層的抗剪強(qiáng)度普遍優(yōu)于卷材。在相同的剪切角下，剪切強(qiáng)度隨溫度的升高而迅速降低，在相同的溫度下，剪切強(qiáng)度隨剪切角的增大而降低。

習(xí)磊和黃維容采用三種不同類型的環(huán)氧樹脂粘合劑作為防水粘結(jié)材料[10]，發(fā)現(xiàn)增加環(huán)氧樹脂用量或鋪碎石可顯著提高防水膠層的粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。常艷婷等人研究發(fā)現(xiàn)隨著噴涂速度的增加，復(fù)合材料的粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角和拔出強(qiáng)度均隨溫度的升高而增大，粘結(jié)和拉拔強(qiáng)度降低。

三、存在問題分析

盡管許多學(xué)者研究了不同測(cè)試方法，評(píng)價(jià)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的防水粘結(jié)層，但仍存在以下的一些問題：

1.目前國(guó)內(nèi)防水粘結(jié)材料類別眾多，很多仍不能滿足混凝土橋的使用要求，究其原因，是與橋面板的粘結(jié)效果不夠好，且開發(fā)成本高、制備困難。

2.針對(duì)防水粘結(jié)體系的評(píng)價(jià)方法中，所采用的抗剪強(qiáng)度、粘結(jié)、疲勞特性等試驗(yàn)基本都聚集在粘結(jié)性能，對(duì)防水性能涉及不多，也沒有相關(guān)量化的指標(biāo)。

總的來說，為有效延長(zhǎng)橋面鋪裝的使用壽命，有待研究和開發(fā)出性能良好、實(shí)用價(jià)值高、應(yīng)用范圍廣的防水粘結(jié)材料。