路桥用柔性防水材料的防水技术指标分析与研究
2010-04-20 08:50:55 阅读6 评论0 字号：大中小
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1.引言
全国各等级公路水泥混凝土路面一万余公里。目前，这些白色路面的病害较多，使其通行能力已大大降低。原因是道路养护单位必须不停的进行局部的挖除修补和更换病坏板块的作业，不仅修复费用高昂，而且因水泥混凝土强度的龄期问题需较长时间的占用道路的有效使用面积，致使交通阻塞行车不畅。同时，大规模的挖除原水泥路面其碎块的存放和处理不当也容易造成环境问题。若能在不大规模挖除原有水泥路面的情况下，对破损的白色路面进行及时的柔性加盖修复，是有工程实用价值的。欧美日德等发达国家普遍在桥梁及公路的路面面层建设阶段或养护维修时，采用耐高温的热塑性APP防水卷材作为路面防水层材料，从而有效地防止了路基因漏水因素导致的路面凹坑、塌落、开裂等现象的发生，保证各等级道路路面及桥梁的正常使用寿命。
因此，公路、铁路、城市交通行业对路桥面结构的防水技术及在路桥棉结构中设置防水层已形成共识。北京、上海等城市自20世纪90年代即开始对城市桥梁结构防水技术进行专题研究，93年颁布了CFF11-931《城市桥梁设计标准》，对钢筋混凝土桥面设防水层作了具体规定。铁道部已有中华人民共和国铁道行业标准（BT/T2965-1999）《铁路混凝土桥梁桥面TQF-1型防水层技术条件》，目前，交通部科教司西部交通建设课题组正主持制定“路桥用防水材料”中的APP卷材及水性沥青的柔韧防水涂料标准，交通部公路司正主持制定路桥防水设计和施工规程。
1.路桥柔性防水材料的发展及主要功能
国外对路桥面防水一直较重视，特别是欧洲国家对桥面防水持肯定态度。例如英国已于1965年开始在混凝土桥面设置防水系统，从1971年起，为了获得BBARB使用资格认证水，防水材料必须接受一系列检测，到1986年，必须满足专门的公路工作规范。在80-90年代英国的SHRP 计划对方税系统的使用性能和无破损检测技术进行了研究，加强了桥面防水系统的设计、施工、材料性能等的一系列规范化应用工作。同样，欧洲其他国家也进行了研究及应用推广工作，如瑞士的专家学者研究了不同参数对防水层与桥面混凝土粘接力的影响，采用了一些新的物理化学试验，以验证防水薄膜与桥面混凝土之间的粘接力。至今，德国、法国、丹麦等欧洲国家对桥面防水材料和设计施工均有相应的规范。美国在1920年前后，桥面防水系统采用了较为原始的方法，后来经过30多年的桥梁工程实践后，将防水涂膜作为桥面防护的最经济方法。美国、加拿大等美洲国家及州省也制定了桥面防水系统的相关规范。
中国的桥粮面设计防水系统在铁路桥、城市桥中都比较重视，早在1950年前后，铁路桥一直沿用三油两毡的防水层设计施工方法，但在文化大革命使其遭到破坏，进入1980年后又利用沥青防水卷材加聚合物涂料的方法，加强新建桥梁的防水保护。从路桥防水的功能分析，柔性防水材料是依靠防水材料粘贴到路桥面上形成具有良好弹性的防水薄膜层，隔断水与混凝土的接触，起到防水作用。同时防水材料良好的渗透能力使其从混凝土表面孔隙中进入混凝土内部，堵塞混凝土内孔隙，强化混凝土表面的自防水能力。这样，通过双重屏蔽作用是防水材料的防水功能得到有效的实现。路桥柔性防水材料既要具备防水材料的防水功能要求，又要具有抵抗路桥动荷载等特殊功能要求，如沥青混凝土摊铺的高温要求、抗冲击能力、低温柔性、粘接强度、抗剪切能力等，以及规范化的施工工艺要要求等。要控制和保证防水层的质量，其原则与功能的要求如下：
(1).具备良好的高温稳定性和较高的耐高温性能，沥青仝混合料的拌和温度多控制在170℃ -180℃，其摊铺温度一般在160℃左右，要求在150℃以上时，路桥防水材料的涂层不流淌、无滑动、以确保高热沥青混凝土摊铺时防水层不破坏；
(2).具有在高温沥青混凝土摊铺机碾压下不透水的性能；市沥青混凝土面层在铺筑前、铺筑后中、通车后，防水层不能破坏失效；
(3).具有在沥青混凝土摊铺机的碾压下不被碎石及机械硌破的习性能；
(4).具有良好的高温抗剪切性能和足够粘接力，能有效防止防水层产生推移和脱皮现象，满足恶劣条件下的行车要求；防水层应与沥青混凝土面层和混凝土桥面有足够的粘接力；
(5)具有良好的低温柔性及延伸性能，在冬季严寒条件下，要求防水膜层在-20℃下不开裂，能够有效的阻止由桥面裂缝所引起的病害及破坏作用；
(6).具有量好的耐化学腐蚀性能，尤其应具有抵抗溶解盐水
(7).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、碾压、低温、霜冻等作用而降低粘接能力、抗剪切能力和防水能力。
3.路桥用柔性防水材料的物理力学性能与技术指标
3.1路桥用塑性体(APP) 沥青防水卷材的物理力学性能及主要技术指标
今年来,为满足的国家的路桥建设的需要,北京、徐州、重庆、青岛等地区的一些厂家均已陆续研究并正式生产路桥专用的高耐热塑性体沥青防水材料，各项指标均已达到国家水平，其性能指标比较如表1。
表1 各国路巧用防水卷材的性能指标标准比较表
项目 德国DIN 标准 比利时市政工程专用APP改性 日本市政专用APAO改性 国内桥梁专用产品 厚度，mm 4-5 4 2-3.5 3-4 拉什强度 N/5cm 纵向 ≥800 ≥900 ≥500 ≥800 横向 ≥800 ≥900 ＞500 ≥800 延伸率 % 纵向 40 40 40 40 横向 40 40 40 40 耐热性或沥青软化点，℃ 130 软化点≥140 ≥120 ≥150 低温柔性，℃ —15 —13 —15 —15 耐碱（20℃） 耐盐水（20℃） 3%延水中浸泡15天无异常
综合APP卷材的一般物理力学性能和路桥方面特殊的功能要求，并根据目前国内已有的生产力水平，有关路桥用APP卷材的物理力学性能的主要技术指标包括：可溶物含量，不透水性：高耐热度：130-150℃，无滑动、流淌、滴落;拉力≥（600-800）N/50mm;{zd0}拉力时延伸率≥30%；低温柔性，在(—10～—20) ℃，3秒弯曲1800无裂缝；撕裂强度，N≥(300～400)N；人工气候加速老化；抗硌破及渗水；高温抗剪，60℃时大于0.06 Mpa;低温抗裂等。
3．2水性沥青基防水涂料的物理力学性能及主要技术标准
水性沥青基防水涂料物理化学性能的主要技术指标包括：外观；固体含量；延伸性；柔韧性；耐热性；粘接性；不透水性；抗冻性；干燥性；高温抗剪（60℃），人工气候加速老化；抗硌破及渗水；高温抗剪，60℃时大于0.06 Mpa;低温抗裂等。
4路桥用柔性防水材料的试验内容与方法
4.1通用的防水材料试验内容与方法
4.1.1APP防水卷材的通用试验内容与方法。包括：可溶物含量；不透水性；耐热度，150℃高温下无滑动、流淌、滴落；拉力，N/50mm≥600—800及{zd0}拉力时延伸率，≥30%;低温柔度，（—10℃～—20℃）,3秒弯曲1800无裂缝;撕裂强度,N≥300～400;人工气候加速老化等。实验方法可按GB/T328—1989建筑防水卷材试验方法和GB/T18244—2000建筑防水材料老化试验方法的规定进行试验。
4.1.2防水涂料的通用试验内容与方法。包括：固体含量试验、延伸性试验、柔韧性试验、耐热性试验、粘结性试验、不透水性试验、抗冻性试验等，均可按 GB/T16777—1977建筑防水涂料实验方法的规定进行试验和检验。
4.2路桥专用的防水材料试验内容与方法
因为路桥面防水层的作用据即不同于建筑房屋上的防水,也不同于地下工程的结构物防水。屋面防水材料不受载荷作用，它的功能就是防止雨水侵入屋面仝，腐蚀仝中的受力钢筋，降低结构的使用寿命；而地下结构物的防水则是在屋面防水的基础上，再加上一恒定的水压力（设计标准中考虑了0.3Mpa）;而路桥面防水层除了防水以外，施工早期必须承受施工设备的裸辗及材料的硌破与穿刺，开通营运后还得承受行车的反复作用和动水压力，必须考虑动力作用。
4.2.1针对路桥用APP防水卷材试件，应测试以下项目：
(1).抗硌破及渗水。将试件置于130℃烘箱内恒温2h，在500g重锤300mm落差冲击后，500mm水柱下16h，按GB/T12952—91的5.11规定的要求进行穿孔试验，检测渗水透过率。观察试件无硌破，渗水系数≤1ml/min。
(2).高温抗剪强度。将卷材试件粘接在沥青混凝土上，在60℃温度下，拉力机夹具角度30。—45。并保持粘合面正应力0.1 Mpa,压速10mm/min,测剪切力力。
(3).低温抗剪。卷材试件在—20℃温度下测试拉力及延伸，然后计算其强度。
4.2.2针对路桥用水性沥青基防水涂料试件,应测试以下项目:
(1).抗硌破及渗水。用暴露轮辗试验（0.7Mpa, 100）后,再在0.4 Mpa水压下不渗水。因路面施工期间，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常裸辗无破损，无剥落。所以应对其进行暴露轮辗实验，来判定是否满足施工要求。
(2).高温剪强度。将水行沥青基防水涂料试件，在60℃温度下，用拉力机夹具角度30℃—45℃并保持粘合面正应力0.1Mpa,压速10mm/min,测剪切力。
(3).低温抗裂。卷材试件在—20℃温度下测拉力及延伸，然后计算其强度。
(4).粘接强度。还可用人工后取芯样观察，防水层与水泥仝表面粘接是不是良好。
4.2.3耐盐、碱腐蚀性。耐盐水实验，可在20℃，3%盐水中浸泡15天无异常。耐碱性试验，可在20℃的Ca(OH)2 中浸泡15天无异常。对于公路路桥面防水涂料抵抗酸、碱性的指标，可不予检测。该涂料下面是水泥仝，上面是沥青仝，盐或碱的物质对其污染的可能性较小。另外，水泥仝梯填平层的好坏对桥面的影响很大，填平层的平整度、强度以及浮渣处理情况，都将影响防水层的粘接效果。因土填平层仝浇筑时混合料含水量较大致仝表面形成软弱层，清理时表面粉尘无法xx干净，致使防水膜被粘走的。
5、路桥用柔性防水材料的工程用应实例及经济效益
5.1路桥面专用的APP防水卷材的工程实践
(1)民航机场跑道的应用实例。例如1993年，军民用的桂林奇峰岭机场跑道进行白加黑道面修复。APP防水卷材大规模开始用于民航机场跑道的不停航加盖沥青混凝土的修复工程。按当时的调查资料，加盖黑色路面前，机场跑道的中央部分的水泥板块的断裂破损率已超过36%，水泥板下手摆块石基层积水严重。在飞机轮载荷作用下，常见泥浆被喷射挤出，板缝处变形肉眼可见，飞行安全已受到影响。施工前，以粘贴于水泥板但尚未加盖沥青混凝土的裸漏的防水卷材经受了飞机起降的冲击和剪切与撕裂作用，并未被掀起或剥离，加盖后的黑色道面至今使用良好，没有明显的反射裂缝产生。随后，民航部门又先后对厦门高崎机场、湛江机场、广州白云山机场和北京机场东跑道进行了类似的修复，从目前使用情况看，均取得了较好的效果。
(2).白加黑公路路面的修复应用实例。海南省等都已开始了百加黑公路路面的修复试验段或工程实践，使用了APP路桥防水卷材作为防水层。1998年，江苏宁场路（今宁通高速）路面为水泥路面，开裂破损比较严重，且常见泥浆硌喷挤出，嵌缝处变形肉眼可见。采用4mm厚聚酯胎基APP防水卷材进行粘贴处理，然后加盖沥青混凝土层；对于为破损板块的板缝，采用4mm聚酯胎APP防水卷材进行应力分散和防水，对于局部破损严重的水泥板块，则采用满贴的方式处理。卷材经受了施工期间机具的反复碾压和剪撕。该工程竣工至今使用效果良好。
(3).城市桥梁防水的应用实例。北京市在三、四、五环立交桥；重庆市鹅公岩大桥等，经凯高速黄村段立交桥工程中，使用了3mm聚酯胎、卷材上表面为页岩片下表面为PE膜的APP—P3—M/P改性沥青防水卷材，用于对桥梁结构的防水，从目前的使用情况看，也取得了良好的效果。还有天津市、上海市等市政工程的桥面，均已使用了APP路桥防水卷材作为防水层，取得了宝贵的工作经验。对桥梁的负弯矩区、简支梁桥面连续的抗裂及防水都有良好的工程价值与效果。
5.2路桥专用的防水涂料的工程实践
如福建漳龙高速公路的桥梁、江苏的高速公路桥梁、青岛段同三高速公路的桥梁、河北、河南、四川等已广泛使用路桥面专用的防水涂料作为防水层。
6、结论
(1).路桥用柔性防水材料抗渗透能力强，可使路桥面不受冻融循环的影响，且不受因撒除冰盐融化的盐水侵蚀造成的病害，耐盐酸等化学物质性能好，可增强钢筋混凝土桥面板的耐久性；
(2).路桥用APP防水卷材可白加黑路面及钢筋混凝土桥面防止反射裂缝，其工作原理清晰，因具有高延展性，可以有效吸收混凝土微裂产生的应力而不破裂。不仅可有效消散集中应力而且还有很好的防水效果。已有10余年成功的工作实例经验；
(3).APP防水卷材只对已破损的白色路面局部板缝进行处置，并不覆盖未破损的水泥混凝土板块，具有较强的针对性，因而工程造价大幅度降低；
(4).路桥用柔性防水材料具有高耐热性，可以满足摊铺高热沥青混凝土时的现场碾压要求。路桥用柔性防水材料施工简便，无需增加专业设备，对后续的沥青混凝土施工不构成不利影响；
(5).路桥用柔性防水材料耐硌破能力强，能够承受碎石的穿刺而不破坏；
(6).路桥用柔性防水材料低温柔性佳，可具有较好的低温抗裂性。
综上所述，我们认为采用路桥用柔性防水材料，作为路桥面沥青混凝土下面的防水层及防治百加黑路面的反射裂缝是值得推广应用的一种材料。同时，我们交通部正在配套制定的路桥防水材料标准及防水设计与施工规范，是非常及时和非常重要的，这将有利于对路桥面防排水设计和施工的规范作业，使我国路桥面防排水事业得以科学、规范、顺利的实施，有利于提高路桥结构的耐久性，增加其经济和社会效益。
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