橋面混凝土防水黏結層使用性能評價分析

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017）

一、工程概況

某公路大橋施工規模較大，技術含量較高，橋的（42+42+300+300+42+42）m三塔斜拉主橋是特大混凝土箱梁橋，橋面全長32.8m，凈寬2×11.78m，中央分隔帶寬3m。將雙邊三角箱預應力混凝土梁用于768.5m的全長主梁，梁高2m，并適當加高塔部。該橋所處地區夏季多雨、冬季寒冷，日常汽車通行量較大、車輛超載數多，因此對瀝青路面性能提出了較高要求。由于橋面鋪裝體系受到荷載、溫度綜合應力，以及橋梁彎曲、扭曲變形等復雜應力的影響，考慮在縱橫向的荷載作用下，橋面產生局部明顯應力情況。

二、剪應力計算建模

（一）建模假設

根據橋面工程情況，該建模假設如下：

1.水泥混凝土橋面為連續均勻且各向同性的彈性材料。

2.低溫及常溫時瀝青混凝土為連續、均勻且各向同性彈性材料，用E、μ表示線彈性性質。

3.橋面混凝土面板和瀝青鋪裝層自重忽略不計。

4.為避免防水黏結層所受集料鋪裝發生刺破現象，應適量增加防水黏結層與橋面鋪裝層之間的咬合作用力和黏結力，以滿足施工所需；在防水黏結層撒碎石，起到保護作用；攤鋪碾壓面層后與鋪裝層形成整體，不在計算中單獨列出。

（二）建模過程

運用20節點六面體等參元在鋪裝層，10節點四面體等參元在梁體，8節點板殼單元在梁體面板及瀝青鋪裝層防水黏結層和梁體橫隔板。取中跨標準梁端建立力學實體模型分析，通過在計算中考慮對稱橫梁橋跨一段，適當加密網格荷載作用力，確保最終的計算結果符合精準標準，遵循《公路工程技術標準》計算荷載作用力面積，考慮30%沖擊系數，汽車單側輪0.6m×0.2m的接地面積，雙側輪的中心距離1.8m，壓強選擇0.78MPa。該橋均采用C55混凝土，用于主梁、橋面板，橫橋向加載荷位。

（三）計算結果

根據計算參數對剪應力造成的影響發現：

1.當防水黏結層厚度在1mm～4mm之間，最大剪應力值基本不變，防水黏結層自身內剪應力略增并不會破壞橋面鋪裝剪切。

2.防水黏結層材料模量在10MPa、50MPa、100MPa、200MPa、300MPa和500MPa的不同情況下，隨著模量增加，防水黏結層本身承受的剪應力也隨之增加。隨著防水黏結層接觸面模量的增加，最大剪應力值降低，但是降幅較小。所以在施工過程中，僅從防水黏結層模量視角出發，模量在允許范圍內越大越好。此外，還需綜合考慮防水黏結層材料的黏結性能、施工便利性和延伸率。

3.首先假定鋪裝層的上層厚度為5cm，下層分別為6cm、10cm、15cm；再假定下層為厚度5cm，上層分別為2cm、4cm、5cm。結果發現，鋪裝層厚度增加所造成的受力影響較復雜，對于防水黏結層，下層底面鋪裝，防水黏結層和面板處受力呈遞減趨勢。

4.混凝土橋面板模量及瀝青混凝土鋪裝層模量比值計算公式為n=E水泥混凝土/E瀝青混凝土。n值代表橋面混凝土鋪裝層的模量改變情況，假定在36000MPa橋面梁板混凝土模量條件下，不同位置剪應力分別在15、20、35、30時，結果如表1所示。研究發現瀝青混凝土和n之間負相關，具體表現為瀝青層剪應力逐漸減小，剪應力增長幅度逐漸減緩，但瀝青鋪裝層模量和橋面模量差值逐漸增加。

三、防水黏結材料拉拔試驗

在防水黏結層剪應力的基礎上，為了模擬防水黏結層材料的應用真實情況，此次實驗采用車轍板試模成型試件。在特定模板（30×30×3.5）cm規格下，水泥混凝土的澆筑比值為C：S：G：W=430：605：1210：184，設計1.5%減水劑。將完全干燥混凝土塊浮漿打磨干凈，并將防水黏結層厚度涂刷后碾壓至3.5cm，選擇SMA13瀝青混凝土在冷卻后脫模切割，最終獲得試件規格為（50×50×70）mm。

常溫環境下，兩個混凝土層之間不加設防水黏結層，拉拔作用力強度明顯低于防水黏結材料。在3種防水黏結材料中，SBS瀝青接近于環氧瀝青效果，材料防水效果明顯。

根據工程環境的差異化溫度條件，SBS防水黏結層的材料性能要優于環氧，但在該橋面防水中均作為專用適用型材料，隨著不同地區環境溫度改變材料的拉拔強度，高溫時僅達到常溫的10%。

表1 ?n模量比變化影響剪應力

四、結語

在實際的橋面混凝土防水黏結層施工過程中，需要依照工程項目的施工可行性、拉拔剪切有關性能結果，確定不同材料的最佳用量。該橋對防水黏結層材料的選擇、設計施工展開分析，明確了在垂直、水平荷載作用力影響下，防水黏結層作為橋面薄弱剛度位、橋面最大剪應力所在位，處于橋面板的中央縱向剪應力位置。