橋面防水層施工應(yīng)用實(shí)踐
2012-03-08
一、國(guó)內(nèi)外概括
混凝土橋面漏水會(huì)腐蝕鋼筋，降低混凝土強(qiáng)度，縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命，70年代初國(guó)際經(jīng)濟(jì)合作和發(fā)展組織（OECD）在其道路研究報(bào)告中就指出："過(guò)去20年在歐洲和北美建設(shè)的許多混凝土橋面由于漏水而受到不同程度的損壞，交通量大并在冬季使用鹽水化冰的橋面損害嚴(yán)重，而鋪設(shè)了防水層的橋面，只要防水層沒(méi)有大面積破壞，就沒(méi)有明顯的損壞?，F(xiàn)在許多國(guó)家已制定了橋面防水材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。1997年4月英國(guó)橋床防水協(xié)會(huì)主席丁爵福先生來(lái)華技術(shù)交流時(shí)，就談到在歐洲的所有的橋梁都必須設(shè)置防水層。上海內(nèi)環(huán)線高架橋是世界銀行貸款，國(guó)外專家就堅(jiān)持橋面必須設(shè)置防水層。
我國(guó)橋面防水過(guò)去一般沒(méi)有要求，到了80年代末如年代初，隨著高速公路和立交橋。高架橋的發(fā)展，防水問(wèn)題也日漸突出。1990年上海市政工程設(shè)計(jì)院提出了“南浦大橋主橋橋面防水層及技術(shù)要求”。我國(guó)防水專家、中國(guó)四海工程公司高級(jí)技術(shù)顧問(wèn)、工程兵指揮學(xué)院教授級(jí)高級(jí)工程師王友亭先生1990年12月15日，首先提出了“南浦大橋主橋橋面防水層初步論證報(bào)告”；1991年2月，中國(guó)四海工程公司，工程兵指揮學(xué)院技術(shù)服務(wù)部提出了“南浦大橋主橋橋面防水層研究的簡(jiǎn)要報(bào)告”，1991年2月，上海市黃浦江大橋指揮部召集有關(guān)專家研究四海工程公司的報(bào)告確認(rèn)研究試驗(yàn)工作是卓有成效的、技術(shù)路線是正確的。與此同時(shí)，由中國(guó)四海工程公司、工程兵指揮學(xué)院、中國(guó)建筑防水材料公司、合肥建筑防水材料廠共同抽調(diào)試驗(yàn)研究人員組成“南浦大橋橋面防水研究”項(xiàng)目組，經(jīng)項(xiàng)目組三個(gè)月攻關(guān)，該項(xiàng)目1991年6月在北京通過(guò)國(guó)家建材局科技委的評(píng)議驗(yàn)收。與此同時(shí)上海內(nèi)環(huán)線高架橋橋面防水也立項(xiàng)研究。1991年4月，上海市政工程管理局通過(guò)了中國(guó)四海工程公司和工程兵指揮學(xué)院技術(shù)服務(wù)部的項(xiàng)目建議書(shū)，1991年11月6日，通過(guò)了“響環(huán)線高架橋面防水研究”課題立項(xiàng)產(chǎn)家論證。
與上海同時(shí)進(jìn)行橋面防水研究的還有北京市政工程研究院。1991年，北京西廂工程五座大型立交橋，根據(jù)北京市政工程局總工辦會(huì)議決定，橋面全部采用瀝青混凝土鋪裝層。下設(shè)防水層。北京市政工程研究院選取不同的防水材料在這五座大橋上進(jìn)行了防水層試驗(yàn)。
1997年發(fā)布的“公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范”（TJ014-97），第9.1.2條款規(guī)定橋面瀝青鋪裝應(yīng)由粘結(jié)層，防水層及面層組成。第9.1.4規(guī)定，為提高橋面使用年限減少維修養(yǎng)護(hù)，應(yīng)在粘結(jié)層上設(shè)置防水層。也就是說(shuō)橋面防水到90年代末在國(guó)內(nèi)工程界已形成共識(shí)。
二、橋面防水層試驗(yàn)研究
1、橋面柔性防水層的研究
由于橋面防水層是設(shè)置在混凝土橋面板和瀝青混凝土鋪裝層之間，因此，本項(xiàng)目的技術(shù)關(guān)鍵除保證防水層足夠的不透水性能外，還必須保證防水層同混凝土橋面板及瀝青混凝土鋪裝層兩者之間都有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度，以適應(yīng)高架橋快速行車的需要。經(jīng)過(guò)分析，我們初步選定了三種材料進(jìn)行試驗(yàn)：
第一種材料是焦油聚氨脂肪防水涂料（上海稱851）。這種材料強(qiáng)度高，抗?jié)B性好，耐高溫，不易被瀝青混凝土燙烙而失效。但這種材料對(duì)基層干燥度要求也高，與瀝青混凝土親和性不好，容易脫離。實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度很難達(dá)到IMPa（25℃），因此被淘汰。北京西廂工程實(shí)踐也表明，采用這種柔性材料的橋面防水層，在建成運(yùn)營(yíng)不到一年，瀝青混凝土路面就出現(xiàn)錯(cuò)動(dòng)和裂縫，瀝青混凝土鋪裝層和防水層之間出現(xiàn)脫離和間隙，積了很多水只好鏟除重鋪。
第二種材料采用遼寧盤(pán)錦和北京北奧防水公司引進(jìn)生產(chǎn)線生產(chǎn)的熱熔改性瀝青防水卷材，胎體為玻纖氈。
這種材料雖能滿足一般防水要求，但橋面采用卷材防水較其他部位有所不同，如橋面受動(dòng)荷載作用要求搭縫必須嚴(yán)密牢靠，基面必須干燥、平整，卷材與基面必須滿貼，質(zhì)量要求嚴(yán)格，操作難度大。這種材料高溫性能較差在攤鋪瀝青混凝土?xí)r容易被燙烙。由于卷材胎體的存在實(shí)測(cè)抗剪強(qiáng)度也很難達(dá)到要求，故也被淘汰，最后選用了與瀝青混凝土相同種類的瀝青為基料，研究試制了橋面防水涂料較好地解決了這個(gè)問(wèn)題。
2、橋面防水涂料的試驗(yàn)研究
（1）瀝青改性材料的試驗(yàn)研究
由于當(dāng)時(shí)橋面防水層不僅要求具有很高的不透水性能，而且要求防水層在-15℃低溫時(shí)還有較好的彈性和塑性，在高溫90～155℃下有足夠的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，在實(shí)際應(yīng)用中有良好的抗老化能力以及對(duì)應(yīng)變值的適應(yīng)性，這些性能要求顯然是熱淌冷脆的石油瀝青無(wú)法滿足的。因此必須對(duì)瀝青改性以提高其性能。我們選用合成橡膠合成樹(shù)脂等十多種材料進(jìn)行試驗(yàn)，最后試制成HUT-1橋面防水涂料能同時(shí)滿足以上多方面的要求。
我們對(duì)HUT-1橋面防水涂料主要進(jìn)行了以下項(xiàng)目的性能測(cè)試：
此外，還進(jìn)行了熱碾壓后防水層的滲透試驗(yàn)及防水層裂縫開(kāi)合疲勞試驗(yàn)。
①熱碾壓后防水層的滲透試驗(yàn)方法及結(jié)果。
·試驗(yàn)方法
a．成型透水砂漿抗?jié)B試模。
b．在砂漿試模上涂刷橋面防水涂料，厚度lmm。
c．將防水涂膜成型后透水砂漿試塊快放在輪轍模上排列緊密，上鋪2cm厚度瀝青石屑，溫度125℃。
d．模擬輕、中型8T，10T壓路機(jī)各碾壓4遍，碾壓溫度120℃。
e．取出試快，剝?nèi)r青石屑，用砂漿滲透儀進(jìn)行透水試驗(yàn)。
·試驗(yàn)結(jié)果
0.1MPa，30min不滲水。
②防水層裂縫開(kāi)合疲勞試驗(yàn)參數(shù)及結(jié)果。
·試驗(yàn)參數(shù)
裂縫開(kāi)會(huì)變化量： 0.5mm、變化頻率：24Hz、循環(huán)次數(shù)：200萬(wàn)次。
·試驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)歷200萬(wàn)次試驗(yàn)后，防水層與試驗(yàn)前一樣，未發(fā)生開(kāi)裂。
三、橋面混凝土防水劑研究
1、研究目標(biāo)
橋面鋼筋混凝土有預(yù)制的，也有現(xiàn)澆的；有預(yù)應(yīng)力的，也有非預(yù)應(yīng)力的，這么大的面積，又不是一個(gè)單位施工，要保證混凝土橋面板整體防水抗?jié)B性能是困難的，因此要研究一種強(qiáng)滲透性防水抗?jié)B劑能夠滲透入混凝土橋面板內(nèi)Icm以上，堵塞混凝土毛細(xì)孔和微細(xì)裂紋，能夠使混凝土表面抗?jié)B壓力提高到0.2MPa以上。
2、研究?jī)?nèi)容
（1）主劑的選擇
參照國(guó)內(nèi)外有關(guān)資料主劑選擇了一種既有膠體特征，又具有堿性溶液特征的膠體溶液，經(jīng)過(guò)微孔過(guò)濾細(xì)化及摻加潛伏型硬化劑研制成了混凝土表面（滲透型）防水劑（HUG-13）。
（2）防水抗?jié)B透劑滲透硬化機(jī)理
當(dāng)防水劑滲入混凝土孔隙后，防水劑首先與混凝土溶解的Ca（OH）2和Mg（OH）2反應(yīng)，生成白色膠體--氫氧化鈉，水化硅酸鈣和水化硅酸鎂。這種反應(yīng)無(wú)論是在稀的或濃的溶液中，都很容易而且能較快發(fā)生。從而堵塞混凝土內(nèi)部孔隙。封閉毛細(xì)孔道，增加密實(shí)度形成可靠的永久性的防水層。
在施工后期，滲入混凝土孔隙而未與Ca（OH）2和Mg（OH）2反應(yīng)的膠體，將在潛伏型硬化劑作用下，生成硅酸凝膠。
由于上述兩種膠體均不溶于水，因而使混凝土具有永久的防滲防腐功能。
（3）防水抗?jié)B性能試驗(yàn)
根據(jù)本項(xiàng)目技術(shù)要求，并參照國(guó)內(nèi)外滲透型水泥防水劑的試驗(yàn)要求，我們對(duì)HUG-13高架橋橋面防水抗?jié)B劑進(jìn)行了以下項(xiàng)目的試驗(yàn)：
序號(hào)測(cè)試項(xiàng)目性能指標(biāo)
1、外觀無(wú)色透明、元?dú)馕?、不溶于?br />
2、粘度 105±1s
3、密度＞1.0
4、PH值 10±1
5、滲透性 24h滲透深度＞10mm
6、不透水性＞0.2MPa
四、橋面防水層施工
1、橋面防水層具體技術(shù)要求
（1）橋面防水層應(yīng)覆蓋整個(gè)混凝土橋面，防水層為兩道防線，第一道噴涂水泥混凝土表面防水劑二遍，第二道噴涂橋面防水涂料二至四遍，防水涂膜厚度以平均不超過(guò)2mm為宜。
（2）防水層應(yīng)具有良好的耐久性，至少應(yīng)有不低于橋面瀝青鋪裝層使用年限的壽命（約8～10年）。并能適應(yīng)高架橋動(dòng)荷載抗壓，抗拉的特點(diǎn)，當(dāng)混凝土橋面板開(kāi)裂≤2mm時(shí)，防水涂膜變形仍應(yīng)滿足不拉裂的需要，以保證防水要求。
（3）在環(huán)境條件-15～＋90℃范圍內(nèi)，仍能滿足第2條的要求。同時(shí)，在經(jīng)受瀝青層攤鋪溫度約160℃后，不影響其長(zhǎng)期耐久使用性時(shí)。防水涂層與其上瀝青混凝土鋪裝層應(yīng)有相融性，二者之間的粘結(jié)力不低于瀝青混凝土鋪裝層與混凝土橋面之間的粘結(jié)力，層間抗剪強(qiáng)度25℃，≥1.5MPa，35℃≥1MPa。
（4）噴涂水泥混凝土表面防水劑，應(yīng)保證防水劑能夠滲入橋面混凝土10mm以上，提高混凝土抗?jié)B性＞0.2MPa。
（5）防水涂層對(duì)混凝土橋面板亦應(yīng)具有良好的粘結(jié)性，以保證瀝青鋪裝層粘結(jié)力的需要，并在粗糙橋面板上具有良好的密貼性。防水層粘結(jié)后不得夾有空氣層。
（6）防水層抗?jié)B要求應(yīng)在0.3MPa以上。
（7）防水施工應(yīng)便于操作，滿足大橋工期安排的要求。
2、橋面混凝土構(gòu)造要求
為提高防水層和瀝青混凝土鋪裝層同混凝土橋面板之間抗剪強(qiáng)度，混凝土橋面板進(jìn)行拉毛處理是必要的。試驗(yàn)表明混凝土表面是自然平整表面，抗剪強(qiáng)度很難達(dá)到規(guī)定要求，經(jīng)過(guò)適當(dāng)拉毛處理后，防水層和瀝青混凝土鋪裝層同混凝土界面的嵌鎖力和港阻力都有很大提高。因此其抗剪強(qiáng)度均可超出規(guī)定要求，這樣就為路面車輛行駛后長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不出現(xiàn)起皺,裂縫創(chuàng)造良好的條件。具體拉毛要求如下：
拉毛深度3mm，寬度4mm，相鄰拉毛凈距24mm。
3、混凝土橋面清潔要求
（1）混凝土橋面拉毛處理后要保持橋面干凈，不得在橋面上拌合混凝土和砂漿。
（2）防撞墻澆注混凝土?xí)r，應(yīng)防止混凝土撒落橋面上，萬(wàn)一撒落應(yīng)及時(shí)清除掉。
（3）一般不允許運(yùn)送混凝土和砂漿的車子，從已拉毛處理過(guò)的混凝土橋面上通過(guò)，必須通過(guò)時(shí)，應(yīng)采取措施防止拋撒混凝土和漏漿。
（4）防撞墻折模后，應(yīng)徹底清除防撞墻和混凝土橋面交接部位的木模、鋼筋、鐵絲等雜物。
（5）在混凝土橋面上的施工機(jī)械，應(yīng)防止漏油，污染混凝土橋面。
（6）各施工段在開(kāi)始施工混凝土橋面和防撞墻時(shí)，應(yīng)提前通知防水層施工單位，以便他們派出專人負(fù)責(zé)檢查和監(jiān)督混凝土橋基面的清潔工作。
4、噴涂橋面混凝土防水抗?jié)B劑施工技術(shù)要求
（1）在施工部位用自來(lái)水或清潔水沖洗表面浮灰，井噴灑足量的水使基層混凝土完全濕潤(rùn)。
（2）待基層清洗濕潤(rùn)后，表面元浮水時(shí)，噴涂防水劑于基層表面。當(dāng)防水劑滲入基層內(nèi)部，表面無(wú)明顯濕潤(rùn)狀態(tài)時(shí)，再噴涂第二通防水劑。
（3）噴涂第二遍防水劑后，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)觀察涂層蒸發(fā)情況。約2～3h后，防水劑涂層將要干燥時(shí)（一面干飽和狀態(tài)），應(yīng)立即用噴霧器噴灑清水，以濕潤(rùn)表面為準(zhǔn)，不宜過(guò)多，以免防水劑流失。這樣連續(xù)噴水養(yǎng)護(hù)24h，即完成此道工序。
5、噴涂橋面防水涂料施工技術(shù)要求
（1）基層清理
噴涂橋面防水涂料前，首先鑿除混凝土浮漿，平整凸凹不平處，清除油污，垃圾等，然后徹底清掃基面，再用吹塵器把基面吹干凈。
（2）噴涂橋面防水涂料
噴涂橋面防水涂料第一層時(shí)，要在涂料中適當(dāng)摻加一定量的表面活性劑溶液進(jìn)行稀釋，以促使涂料摻入基層毛細(xì)孔隙以提高防水涂層的粘結(jié)強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。
噴涂第二、三、四遍涂料，要待上一遍涂料實(shí)干后才能噴涂。
（3）局部涂刷
為避免涂料污染防撞墻，在噴涂橋面防水涂料時(shí)，有兩人執(zhí)擋布護(hù)住防撞墻，因此防撞墻底部防水層，是采取人工涂刷的。
6、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)
（1）基層處理要求平整、干燥，拉毛符合設(shè)計(jì)要求，表面無(wú)垃圾、浮漿、污漬。
（2）防水層寬度誤差在±2mm以內(nèi)。
（3）防水層粘貼牢固，表面平整、無(wú)空鼓、脫落、翹邊等缺陷。
（4）防水層實(shí)干后7d蓄水試驗(yàn)，水高5～10cm，蓄水時(shí)間不少于24h，應(yīng)無(wú)滲漏。
7、施工注意事項(xiàng)
（1）涂料使用前應(yīng)攪拌均勻。
（2）預(yù)計(jì)涂料不能表于前下雨不能施工。
（3）施工過(guò)程中，嚴(yán)禁亂踩未干的防水層。
（4）防水層做完后，在瀝青混凝土鋪裝層未上以前要嚴(yán)加保護(hù)，防水層實(shí)干后，可在其上開(kāi)行10t以下汽車，但不得在其上打彎，倒車，急剎車等。10t以上的貨車，鏟車、吊車等禁止通行。
五、施工工法的重要性及橋面防水材料的發(fā)展
國(guó)內(nèi)防水材料數(shù)百種之多，但是，每年房屋滲漏成為百姓投拆的焦點(diǎn)，更有甚者給國(guó)家和人民造成極大的危害也不鮮見(jiàn)，因此，我們認(rèn)為防水施工應(yīng)“三分材料、七分工法”，這樣除保證材料的性能外，還必須最大限度地發(fā)揮工法的作用，保證質(zhì)量。我們?cè)谑甑臉蛎媸┕ぶ锌偨Y(jié)出了一整套諸如：“橋面防水層工法”、“橋面落水口工法”、“防撞墻嵌縫工法”、“橋面電纜溝防水工法”等等十幾種有關(guān)橋面系防水工法，較好地保證了工程質(zhì)量，南浦大橋主橋竣工已近十年仍未發(fā)現(xiàn)滲漏。楊浦大橋主橋竣工也有八年，防水質(zhì)量也很好，就是一個(gè)例證。
此外，為適應(yīng)我國(guó)南、北方的溫度差異及橋面防水的多樣化，我們還研制了低溫型（－35℃）、加強(qiáng)型（抗裂4～5mm）、以及鋼梁專用型以及細(xì)部施工（如嵌縫、落水口）等數(shù)十種新材料。
六、結(jié)論
南浦大橋防水材料研究于1993年10月通過(guò)國(guó)家建材局組織的鑒定；上海內(nèi)環(huán)線高架橋面防水研究于1993年7月通過(guò)上海市政工程管理局組織的專家驗(yàn)收，1996年通過(guò)鑒定，我們就以1996年2月專家鑒定意見(jiàn)作為本文結(jié)論。
