橋面鋪裝防水粘結(jié)層的研究概述

周柳伶

(重慶交通大學土木工程學院 重慶 400074)

引言

我國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)強度，防止粘結(jié)層在車輛荷載作用下產(chǎn)生拉應力和剪應力而導致破壞。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)層國外發(fā)展現(xiàn)狀及分析

(一)發(fā)展動態(tài)

防水粘結(jié)層在國外應用的較早，丹麥橋梁建設者在1920年左右，將防水層引入到混凝土橋面建設中[1]。美國于20世紀60年代開始意識到橋面防水對鋼筋銹蝕及混凝土破損的影響，于是，防水膜開始廣泛應用于橋面鋪裝[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，在美國和國際上許多國家廣泛使用的另一種保護系統(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度。CSS-1H乳液是俄勒岡州最常用的慢凝牌號。在研究中，評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ISS的影響。同時，他們認為需要關于粘性涂層質(zhì)量控制和質(zhì)量保證和施工實踐的統(tǒng)一準則。

2019年，俄勒岡州交通運輸部(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重大問題。瀝青覆蓋層失效的潛在原因被認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，用于防止冬季危險的道路表面的除冰鹽會滲透到甲板中，并導致鋼筋的腐蝕，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計中并未引起足夠的重視。同時，防水粘結(jié)層的理論設計依據(jù)可參考的不多。Naren Fang[5]等人提出了一種防水粘結(jié)層設計方法，是以層間剪切損傷為設計指標，以有效延長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橋梁使用壽命的最重要問題。為此，歐美的國家也在繼續(xù)對水泥混凝土橋面防水粘結(jié)層涂料，還對層間結(jié)構(gòu)進行了多方面的研究。

(二)防水粘結(jié)材料研究現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的改性瀝青結(jié)合層存在著抗剪強度低、施工工藝復雜、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，得到其抗剪強度、拉應力和疲勞壽命的指標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期內(nèi)的防水性能，開發(fā)了一種獨具創(chuàng)新性的瀝青混合料[7]。通過多年基礎實驗研制出專用改性瀝青，并用APT設施對其耐久性進行相應檢測，結(jié)果說明該混合料具有較佳的防水性能。

許多學者研究側(cè)重點各不相同，譬如橋面的防水性能及相關體系，鋪裝結(jié)構(gòu)之間的組合形式，以及材料的實驗篩選，有的還會結(jié)合實際工程做相關室外現(xiàn)場試驗的應用研究。

二、國內(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80年代初，我國道橋領域的研究學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，當時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內(nèi)研究學者的重視。90年代中后期，改性瀝青和改性乳化瀝青逐步應用和發(fā)展。

萬晨光等[8]研究認為層間結(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，防粘層在實際應用中也存在許多問題，如與面層、橋面粘結(jié)強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，防水卷材使用相對較少。顧興宇[9]等的研究認為涂膜防水粘結(jié)層的抗剪強度普遍優(yōu)于卷材。在相同的剪切角下，剪切強度隨溫度的升高而迅速降低，在相同的溫度下，剪切強度隨剪切角的增大而降低。

習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)強度和抗剪強度。常艷婷等人研究發(fā)現(xiàn)隨著噴涂速度的增加，復合材料的粘結(jié)力、內(nèi)摩擦角和拔出強度均隨溫度的升高而增大，粘結(jié)和拉拔強度降低。

三、存在問題分析

盡管許多學者研究了不同測試方法，評價指標和標準的防水粘結(jié)層，但仍存在以下的一些問題：

1.目前國內(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.針對防水粘結(jié)體系的評價方法中，所采用的抗剪強度、粘結(jié)、疲勞特性等試驗基本都聚集在粘結(jié)性能，對防水性能涉及不多，也沒有相關量化的指標。

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