摘 要:在查閱大量文獻(xiàn)資料和深入研究的基礎(chǔ)上,防水體系的組成、材料分類、性能指標(biāo)和測(cè)試、常見病害,對(duì)我國(guó)橋面防水層的應(yīng)用與研究進(jìn)行了分析總結(jié)。
關(guān)鍵詞:混凝土橋面;防水層;性能;測(cè)試;設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào):U443 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C 文章編號(hào):1008 - 3383 (2006) 11 - 0103 - 02
1 橋面防水的重要意義
凍融破壞、鋼筋腐蝕、堿集料反應(yīng)、混凝土炭化等被視為橋梁混凝土主要的耐久性問題,在實(shí)際工程中也常出現(xiàn)諸如立交橋橋滲漏和鹽霜、鋪裝層剝落、堿骨料反應(yīng)、橋面板破碎等問題。針對(duì)各種病害產(chǎn)生的具體原因,有許多不同的防治措施,但是,通過分析可以知道水是造成這些破壞的最直接和最重要的原因之一。實(shí)際上,水也是堿骨料反應(yīng)發(fā)生的充分條件,在干燥條件下很難發(fā)生堿骨料反應(yīng)。而混凝土處于干燥或含水率很低的狀態(tài),空氣中的CO2 無(wú)法溶于混凝土的孔隙水中,或溶解極少、極慢,故混凝土碳化也無(wú)法進(jìn)行。因此,從根本上切斷水的來(lái)源即做好橋面防水處理,是保證混凝土橋梁免遭破壞、延長(zhǎng)橋梁使用壽命、提高橋梁上部結(jié)構(gòu)的耐久性的有效措施,也是橋梁設(shè)計(jì)思想從強(qiáng)度設(shè)計(jì)向耐久性設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變的重要內(nèi)容。如1979 年美國(guó)聯(lián)邦總審計(jì)長(zhǎng)呈送國(guó)會(huì)的報(bào)告中指出,研究和設(shè)置合理的橋面防水系統(tǒng)是最有效的措施之一,且指出其費(fèi)用效益比為1∶2. 75 ,由此可見,作好橋面防水工程也具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
2 防水系統(tǒng)的組成
防水薄膜(或稱防水層) 是防水系統(tǒng)中的重要組成部分,整個(gè)防水系統(tǒng)良好性能的發(fā)揮依賴于各部分性能的正常發(fā)揮,其他組成部分的作用和特性簡(jiǎn)介如下。
透層或稱底涂層的作用是通過滲入和粘附于混凝土橋面來(lái)提高防水薄膜與橋面的粘結(jié)力。一些卷材要求專門的膠粘劑與橋面相粘貼,自粘卷材則不需要膠粘劑。排氣層用以防止氣泡產(chǎn)生,排氣層已在歐洲應(yīng)用,但在北美地區(qū)尚很少使用。保護(hù)層的作用主要是防止因施工對(duì)防水膜造成的損壞,通常配合涂膜使用。
粘結(jié)層可以提高防水薄膜(或保護(hù)層) 和瀝青面層之間的粘結(jié)力。在防水膜上可采用單層瀝青混凝土鋪裝,但大多數(shù)采用雙層瀝青混凝土鋪裝。
3 防水材料和防水層的性能指標(biāo)與檢測(cè)
對(duì)理想防水系統(tǒng)的要求可以簡(jiǎn)單地概括如下:施工后不透水和在設(shè)計(jì)年限內(nèi)不透水,且是經(jīng)濟(jì)的。所以,作為橋面鋪裝防水層材料和防水層必須滿足以下要求: (1) 良好的不透水性能; (2) 與混凝土橋面和瀝青面層有足夠的粘結(jié)力; (3) 面層碾壓后的無(wú)破損性; (4) 良好的耐高溫、低溫性能; (5) 對(duì)橋面準(zhǔn)備狀況有廣泛的適應(yīng)性; (6) 能抵御橋面裂縫的影響;(7) 不低于面層設(shè)計(jì)壽命的耐久性; (8) 施工簡(jiǎn)單、快捷。
有許多關(guān)于防水系統(tǒng)性能的室內(nèi)檢驗(yàn)指標(biāo)和方法,但大多數(shù)是針對(duì)防水薄膜的,這些試驗(yàn)可以分為二類:材料試驗(yàn)和使用(路用) 性能試驗(yàn)。NCHRP12- 11 項(xiàng)目和TRL 曾對(duì)防水系統(tǒng)性能試驗(yàn)進(jìn)行過深入研究。
NCHRP165 報(bào)告對(duì)材料性能試驗(yàn)的研究概括見表1 ,據(jù)此制訂的標(biāo)準(zhǔn)只是提出了具體材料的要求而沒有提出相應(yīng)的性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn),這種方法的缺點(diǎn)是顯而易見的。如同樣是卷材類,然而對(duì)同樣性能的要求卻不相同,例如,對(duì)一種產(chǎn)品的彎曲溫度要求是小于- 61 ℃,面對(duì)另一種產(chǎn)品則是7～13 ℃,同樣對(duì)某產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度要求為4. 1～9. 6 MPa ,而對(duì)另一種產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度卻根本不作要求,見表1 。
與NCHRP165 報(bào)告相比,英國(guó)TRL 的研究是訖今為止規(guī)模最大、手段最現(xiàn)代化的研究,研究中包括很少的材料試驗(yàn)和較多的性能試驗(yàn)、防水系統(tǒng)的野外測(cè)試。試驗(yàn)方法是根據(jù)防水薄膜對(duì)應(yīng)各階段的特性提出來(lái)的,即施工中、防水膜施工后面層攤鋪前、面層攤鋪過程中、正常使用中等階段。共提出的18 種試驗(yàn)方法,采用七個(gè)檔次或級(jí)別來(lái)定量或半定量地評(píng)估防水薄膜的性能。
至今尚未有被實(shí)際應(yīng)用證明是行之有效的方法,可用于判斷防水膜在施工后、面層攤鋪后使用中的真實(shí)情況。目測(cè)是對(duì)混凝土中氯離子含量的測(cè)量、或剝?nèi)ッ鎸訖z測(cè)是最有效的檢測(cè)防水膜使用狀況的方法。在20 世紀(jì)70 年代廣泛使用的電子電阻測(cè)試儀,由于其自身的局限性,至今已很少使用。半電池電勢(shì)測(cè)試方法難以應(yīng)用于裸露的橋面,尤其是當(dāng)橋面已被鹽分污染時(shí)更難以對(duì)測(cè)試結(jié)果作出合理的解釋。而在進(jìn)行具體研究時(shí),超聲波和腐蝕率測(cè)試方法雖然有一定效果,但是需要與其他野外測(cè)試數(shù)據(jù)相配合。其他諸如雷達(dá)、自動(dòng)溫度計(jì)或核子測(cè)量技術(shù)至今還不成熟,不能被應(yīng)用于實(shí)際檢測(cè)中。
英美對(duì)防水體系的研究表明,缺乏對(duì)防水系統(tǒng)性能的定量要求、能模擬實(shí)際情況的材料選擇試驗(yàn)和施工質(zhì)量檢測(cè)是發(fā)展技術(shù)規(guī)范的主要障礙,其中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要比材料選擇試驗(yàn)復(fù)雜的多。
4 防水系統(tǒng)的病害
防水系統(tǒng)最重要的性能是不透水性能,故防水系統(tǒng)的病害主要表現(xiàn)在防水性能的喪失。防水膜的不透水性能由兩個(gè)因素所決定,即粘結(jié)力和破損狀況。
防水膜與橋面之間粘結(jié)力的不足會(huì)最終導(dǎo)致防水膜的失效,粘結(jié)力下降的原因很多,如橋面處理不合格、混凝土含水量大、不良?xì)夂颉⒎浪畬赢a(chǎn)生氣泡或砂眼等。防水膜與面層之間低的粘結(jié)力也往往是面層破壞的先兆。
目前使用的許多防水膜易受到面層鋪筑設(shè)備和熱集料的損壞。加拿大和歐洲使用保護(hù)層(板) 來(lái)防止這種破壞,但在美國(guó)僅有少數(shù)一些州使用保護(hù)層。然而研究表明,保護(hù)層(板) 可以有效地減少防水膜在面層鋪筑前、施工中、施工后開放交通前的破損。一些研究表明,瀝青混凝土面層的厚度對(duì)減少防水膜在車輛荷載作用下和溫度變化影響下的破壞有重要意義影響。研究也表明,較厚的防水膜能很好地適應(yīng)橋面的不平整狀況、良好的施工適宜性、能抵抗施工作業(yè)的破損和交通荷載的作用。但是,如果橋面坡度大于4 %或存在重車急剎車和調(diào)頭等情況,那么,瀝青面層易于出現(xiàn)車轍和剪切破壞。
5 結(jié) 論
通過對(duì)國(guó)內(nèi)外橋面防水應(yīng)用與研究的回顧和總結(jié),得出以下結(jié)論。
(1) 研究和設(shè)置合理的橋面防水系統(tǒng)是保證和提高橋梁的耐久性最有效的措施之一。我國(guó)在橋面防水的應(yīng)用與研究方面處于起步階段,而歐美國(guó)家則已較為全面、深入和系統(tǒng)。大多歐洲國(guó)家對(duì)橋面防水持肯定態(tài)度,美國(guó)經(jīng)過對(duì)防水膜30 年的使用,已公認(rèn)防水膜是最具經(jīng)濟(jì)效益的橋面保護(hù)措施之一。
(2) 防水薄膜是防水系統(tǒng)中的重要組成部分,整個(gè)防水系統(tǒng)良好性能的發(fā)揮依賴于系統(tǒng)各部分性能的正常發(fā)揮。認(rèn)真進(jìn)行材料的選擇和設(shè)計(jì),則卷材和涂膜均可提供良好的防水效果。
(3) 缺乏對(duì)防水系統(tǒng)性能的定量要求、能模擬實(shí)際情況的材料選擇試驗(yàn)和施工質(zhì)量檢測(cè)是發(fā)展技術(shù)規(guī)范的主要障礙,其中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試尚無(wú)突破性進(jìn)展。
(4) 防水系統(tǒng)的病害主要表現(xiàn)在防水性能的喪失,防水膜的不透水性能由粘結(jié)力和破損狀況兩個(gè)因素所決定。許多防水膜易受到面層鋪筑設(shè)備和熱集料的損壞,厚的瀝青混凝土面層可有效減少防水膜在車輛荷載作用下和溫度變化影響下的破壞。
(5) 國(guó)外對(duì)橋面防水的設(shè)計(jì)以經(jīng)驗(yàn)法為主,我國(guó)已提出以層間抗剪強(qiáng)度為驗(yàn)算指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法。橋面防水設(shè)計(jì)中必須貫徹防排水相結(jié)合的原則。
