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橋面防水層施工應用實踐

發布時間：2014-08-09

［摘要］本文全面介紹了20世紀1990年代以來HUT-1與HUG-13結合而成的剛柔相濟的橋面防水層及其配套產品在研究、生產和施工等方面的技術標準、施工要求和相關技術。系統地總結了橋面防水從產品到施工技術的要點和關鍵技術。
關鍵詞橋面防水抗滲防水施工防水材料

一、國內外概況
      混凝土橋面漏水會腐蝕鋼筋，降低混凝土強度，縮短結構的使用壽命，70年代初國際經濟合作和發展組織（OECD）在其道路研究報告中就指出："過去20年在歐洲和北美建設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重，而鋪設了防水層的橋面，只要防水層沒有大面積破壞，就沒有明顯的損壞。現在許多國家已制定了橋面防水材料試驗標準。1997年4月英國橋床防水協會主席丁爵福先生來華技術交流時，就談到在歐洲的所有的橋梁都必須設置防水層。

      上海內環線高架橋是世界銀行貸款，國外專家就堅持橋面必須設置防水層。我國橋面防水過去一般沒有要求，到了80年代末如年代初，隨著高速公路和立交橋。高架橋的發展，防水問題也日漸突出。1990年上海市政工程設計院提出了"南浦大橋主橋橋面防水層及技術要求"。我國防水專家、中國四海工程公司高級技術顧問、工程兵指揮學院教授級高級工程師王友亭先生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告"；1991年2月，中國四海工程公司，工程兵指揮學院技術服務部提出了"南浦大橋主橋橋面防水層研究的簡要報告"，1991年2月，上海市黃浦江大橋指揮部召集有關專家研究四海工程公司的報告確認研究試驗工作是卓有成效的、技術路線是正確的。與此同時，由中國四海工程公司、工程兵指揮學院、中國建筑防水材料公司、合肥建筑防水材料廠共同抽調試驗研究人員組成"南浦大橋橋面防水研究"項目組，經項目組三個月攻關，該項目1991年6月在北京通過國家建材局科技委的評議驗收。與此同時上海內環線高架橋橋面防水也立項研究。1991年4月，上海市政工程管理局通過了中國四海工程公司和工程兵指揮學院技術服務部的項目建議書1991年11月6日，通過了'響環線高架橋面防水研究"課題立項產家論證。
       與上海同時進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，根據北京市政工程局總工辦會議決定，橋面全部采用瀝青混凝土鋪裝層。下設防水層。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行了防水層試驗。
1997年發布的"公路瀝青路面設計規范"（TJ014-97），第9.1.2條款規定橋面瀝青鋪裝應由粘結層，防水層及面層組成。第9.1.4規定，為提高橋面使用年限減少維修養護，應在粘結層上設置防水層。也就是說橋面防水到90年代末在國內工程界已形成共識。

二、橋面防水層試驗研究
1．橋面柔性防水層的研究
      由于橋面防水層是設置在混凝土橋面板和瀝青混凝土鋪裝層之間，因此，本項目的技術關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強度和剪切強度，以適應高架橋快速行車的需要。經過分析，我們初步選定了三種材料進行試驗：
       第一種材料是焦油聚氨脂肪防水涂料（上海稱851）。這種材料強度高，抗滲性好，耐高溫，不易被瀝青混凝土燙烙而失效。但這種材料對基層干燥度要求也高，與瀝青混凝土親和性不好，容易脫離。實測抗剪強度很難達到IMPa（25℃），因此被淘汰。北京西廂工程實踐也表明，采用這種柔性材料的橋面防水層，在建成運營不到一年，瀝青混凝土路面就出現錯動和裂縫，瀝青混凝土鋪裝層和防水層之間出現脫離和間隙，積了很多水只好鏟除重鋪。
第二種材料采用遼寧盤錦和北京北奧防水公司引進生產線生產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，如橋面受動荷載作用要求搭縫必須嚴密牢靠，基面必須干燥、平整，卷材與基面必須滿貼，質量要求嚴格，操作難度大。這種材料高溫性能較差在攤鋪瀝青混凝土時容易被燙烙。由于卷材胎體的存在實測抗剪強度也很難達到要求，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問題。
2．橋面防水涂料的試驗研究
（l）瀝青改性材料的試驗研究
      由于當時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℃低溫時還有較好的彈性和塑性，在高溫90～155℃下有足夠的強度和熱穩定性，在實際應用中有良好的抗老化能力以及對應變值的適應性，這些性能要求顯然是熱淌冷脆的石油瀝青無法滿足的。因此必須對瀝青改性以提高其性能。我們選用合成橡膠合成樹脂等十多種材料進行試驗，最后試制成HUT-1橋面防水涂料能同時滿足以上多方面的要求。
（2）性能測試（見表1）

      我們對HUT-1橋面防水涂料主要進行了以下項目的性能測試：
      此外，還進行了熱碾壓后防水層的滲透試驗及防水層裂縫開合疲勞試驗。
①熱碾壓后防水層的滲透試驗方法及結果。
·試驗方法
a．成型透水砂漿抗滲試模。
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壓路機各碾壓4遍，碾壓溫度120℃。
e．取出試快，剝去瀝青石屑，用砂漿滲透儀進行透水試驗。
·試驗結果
0.1MPa，30min不滲水。
②防水層裂縫開合疲勞試驗參數及結果。
·試驗參數
裂縫開會變化量： 0.5mm、變化頻率：24Hz、循環次數：200萬次。
·試驗結果
經歷200萬次試驗后，防水層與試驗前一樣，未發生開裂。

三、橋面混凝土防水劑研究
1．研究目標
       橋面鋼筋混凝土有預制的，也有現澆的；有預應力的，也有非預應力的，這么大的面積，又不是一個單位施工，要保證混凝土橋面板整體防水抗滲性能是困難的，因此要研究一種強滲透性防水抗滲劑能夠滲透入混凝土橋面板內Icm以上，堵塞混凝土毛細孔和微細裂紋，能夠使混凝土表面抗滲壓力提高到0.2MPa以上。
2．研究內容

（l）主劑的選擇
      參照國內外有關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，經過微孔過濾細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)防水抗滲透劑滲透硬化機理
      當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，生成白色膠體--氫氧化鈉，水化硅酸鈣和水化硅酸鎂。這種反應無論是在稀的或濃的溶液中，都很容易而且能較快發生。從而堵塞混凝土內部孔隙。封閉毛細孔道，增加密實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）防水抗滲性能試驗
      根據本項目技術要求，并參照國內外滲透型水泥防水劑的試驗要求，我們對HUG-13高架橋橋面防水抗滲劑進行了以下項目的試驗：
序號測試項目性能指標
1 外觀無色透明、元氣味、不溶于水
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要求
（1）橋面防水層應覆蓋整個混凝土橋面，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2mm為宜。
（2）防水層應具有良好的耐久性，至少應有不低于橋面瀝青鋪裝層使用年限的壽命（約8～10年）。并能適應高架橋動荷載抗壓，抗拉的特點，當混凝土橋面板開裂≤2mm時，防水涂膜變形仍應滿足不拉裂的需要，以保證防水要求。
（3）在環境條件-15～＋90℃范圍內，仍能滿足第 2條的要求。同時，在經受瀝青層攤鋪溫度約160℃后，不影響其長期耐久使用性時。防水涂層與其上瀝青混凝土鋪裝層應有相融性，二者之間的粘結力不低于瀝青混凝土鋪裝層與混凝土橋面之間的粘結力，層間抗剪強度25℃，≥1.5MPa，35℃≥1MPa。
(4)噴涂水泥混凝土表面防水劑，應保證防水劑能夠滲入橋面混凝土10mm以上，提高混凝土抗滲性＞0.2MPa。
（5）防水涂層對混凝土橋面板亦應具有良好的粘結性，以保證瀝青鋪裝層粘結力的需要，并在粗糙橋面板上具有良好的密貼性。防水層粘結后不得夾有空氣層。
(6)防水層抗滲要求應在0.3MPa以上。
(7)防水施工應便于操作，滿足大橋工期安排的要求。
2．橋面混凝土構造要求

      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度，混凝土橋面板進行拉毛處理是必要的。試驗表明混凝土表面是自然平整表面，抗剪強度很難達到規定要求，經過適當拉毛處理后，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。因此其抗剪強度均可超出規定要求，這樣就為路面車輛行駛后長時間內不出現起皺,裂縫創造良好的條件。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
（l）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)防撞墻澆注混凝土時，應防止混凝土撒落橋面上，萬一撒落應及時清除掉。
(3)一般不允許運送混凝土和砂漿的車子，從已拉毛處理過的混凝土橋面上通過，必須通過時，應采取措施防止拋撒混凝土和漏漿。
（4）防撞墻折模后，應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械，應防止漏油，污染混凝土橋面。
(6)各施工段在開始施工混凝土橋面和防撞墻時，應提前通知防水層施工單位，以便他們派出專人負責檢查和監督混凝土橋基面的清潔工作。
4．噴涂橋面混凝土防水抗滲劑施工技術要求
（1）在施工部位用自來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。
（2）待基層清洗濕潤后，表面元浮水時，噴涂防水劑于基層表面。當防水劑滲入基層內部，表面無明顯濕潤狀態時，再噴涂第二通防水劑。
（3）噴涂第二遍防水劑后，應有專人負責觀察涂層蒸發情況。約2～3h后，防水劑涂層將要干燥時（一面干飽和狀態），應立即用噴霧器噴灑清水，以濕潤表面為準，不宜過多，以免防水劑流失。這樣連續噴水養護24h，即完成此道工序。
5．噴涂橋面防水涂料施工技術要求
（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，要在涂料中適當摻加一定量的表面活性劑溶液進行稀釋，以促使涂料摻入基層毛細孔隙以提高防水涂層的粘結強度和抗剪強度。
噴涂第二、三、四遍涂料，要待上一遍涂料實干后才能噴涂。
（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，有兩人執擋布護住防撞墻，因此防撞墻底部防水層，是采取人工涂刷的。
6．質量標準
（l）基層處理要求平整、干燥，拉毛符合設計要求，表面無垃圾、浮漿、污漬。
（2）防水層寬度誤差在±2mm以內。
（3）防水層粘貼牢固，表面平整、無空鼓、脫落、翹邊等缺陷。
（4）防水層實干后7d蓄水試驗，水高5～10cm，蓄水時間不少于24h，應無滲漏。
7．施工注意事項
（1）涂料使用前應攪拌均勻。
（2）預計涂料不能表于前下雨不能施工。
(3)施工過程中，嚴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加保護，防水層實干后，可在其上開行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展
      國內防水材料數百種之多，但是，每年房屋滲漏成為百姓投拆的焦點，更有甚者給國家和人民造成極大的危害也不鮮見，因此，我們認為防水施工應?quot;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揮工法的作用，保證質量。我們在十年的橋面施工中總結出了一整套諸如："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"等等十幾種有關橋面系防水工法，較好地保證了工程質量，南浦大橋主橋竣工已近十年仍未發現滲漏。楊浦大橋主橋竣工也有八年，防水質量也很好，就是一個例證。
      此外，為適應我國南、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℃）、加強型（抗裂4～5mm）、以及鋼梁專用型以及細部施工（如嵌縫、落水口）等數十種新材料。

六、結論
       南浦大橋防水材料研究于1993年10月通過國家建材局組織的鑒定；上海內環線高架橋面防水研究于1993年7月通過上海市政工程管理局組織的專家驗收，1996年通過鑒定，我們就以1996年2月專家鑒定意見作為本文結論。
（l）課題組提供的鑒定資料齊全，內容詳實，數據可信，已經完成了項目建議的研究內容和考核指標。
（2）所研制以瀝青為基料的JWp-l（HUT-l）型橋面防水涂料研究技術路線正確，研究方法科學，耐高溫、低溫柔性、粘結和抗拉強度抗裂性、耐酸堿及防銹能力等技術指標達到了合同規定的考核要求。水泥混凝土表面防水劑的研究，立足國內原料，合成工藝合理，產品質量經檢各項指標都達到考核指標要求。
（3）配套研究的大面積防水涂料機械化施工工藝簡便先進，具有較高的社會效益和經濟效益。
（4）JWP-2（HUG-13）一橋面防水劑和JWP-1（HUT-l）型橋面防水涂料所組成的橋面防水涂層已在上海內環線高架工程中應用，面積達60余萬"，取得了良好的防水效果。
（5）該研究成果的總體技術達到國內領先水平，同意通過鑒定。
建議：
（1）可以在橋梁及類似防水工程中推廣應用。
（2）技術標準施工要求可為施工技術規程的制定提供參考依據。

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