维普资讯 http://www.cqvip.com 第２期（总第１２Ｏ期） ．中国市矗Ｚ彳量 Ｎｏ．２（５ｅｒｉａＩ Ｎｏ．１２０） ２００６年４月 ＣＨＩＮＡ ＭＵＮＩＣＩＰＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ａｐｒ．２００６ 跨海大桥桥面铺装防水层试验研究 王文红’。 戴亚英。。 孙家 谟２，３。 陆文雄。 （１．上海市卢湾区市政工程管理署，上海２０００３１；２．上海大学。上海２０００７２；３．上海市市政工程研究院。上海２０００３１） 摘要：针对跨海大桥桥面铺装防水层的各种技术要求。对ＳＢＳ沥青、ＪＳ弹性防水砂浆、防碳化涂料、环氧树脂等四种防水 材料进行了比较完整、全面的防水层性能试验测试，包括粘结力、延伸率、拉伸强度、抗剪切强度、抗渗性能等，并且通过对 这四种不同类型的防水材料性能研究，指出各种防水材料的利弊。 关键词：跨海大桥；防水；性能测试 中图分类号：Ｕ４４３．３３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－４６５５（２００６）０２－００３５－０３ 由于跨海大桥处于海洋的恶劣环境条件，而且跨 水泥混凝土桥梁中。该材料不仅要求与铺装层和水泥 海工程往往对结构的使用寿命有较高的要求（通常要 混凝土的粘结性能要好，而且还要求具有较好的防水 求大于一百年），所以桥体结构的耐水侵害问题成为 性能。同时对水泥混凝土及桥面板微型裂缝有良好的 最为关注的焦点。 渗透固结封闭的作用（见表１）［２１，这是实现桥面铺装 一般桥梁防水系统由刚性防水（混凝土本身的自 优良耐久性的技术关键。 防水）和桥面防水层两部分组成。不完善的桥面防水系 寰１桥面对防水材料的要求 统是造成桥梁破坏的重要原因…。所以，必须设置完善 施工过程中 服务期内 的防水系统。将混凝土与水隔离开来。一般来说，无论 １）对桥面状况的适应性（平整度、清洁 １）良好的温度适应性； 混凝土施工质量如何均不能完全保证不开裂，因此， 度等）； ２）保持不透水性．与面层 防水层系统尤为重要。 ２）对温度和湿度变化有良好的适应性； 和桥面有良好的粘结力； ３）易于施工，不受桥面几何因素的制 ３）不被重载交通作用下 国内外专家经过多年的实践与探索，结合各自国 约； 集料刺破； 家和地区的具体情况，在混凝土桥桥面铺装防水方面 ４）桥面有良好的粘结力，特别是边角 ４）抵抗车辆（刹车、启动、 部分； 转弯）剪应力； 选用的结构类型不尽相同。 ５）能抵抗面层摊铺前因松散集料、燃 ５）抵抗桥面裂缝的能力； １）Ｅｌ本采用铺装形式：沥青层＋板状防水材料＋沥 料污染、步行交通、跌落物体的破坏； ６）不受水和盐类的损坏， 青橡胶粘结剂＋混凝土；沥青层＋３层氯丁橡胶型防水 ６）不被铺筑机械损坏； 包括因行车荷载产生的水 ７）不被热沥青混合料高温损坏和与面 压力； 材料＋氯丁橡胶粘结剂混凝土；沥青层＋乳化沥青（粘 层有良好的粘结力 ７）修补面层时防水层不 结）＋沥青层（防水）＋沥青橡胶粘结剂。 被破坏 ２）丹麦采用铺装形式为：在喷砂处理过的桥面上 用于防水层的防水涂料从２Ｏ世纪７Ｏ年始 涂环氧树脂作底涂层，铺设完全粘结于桥面的改性沥 应用以来，发展迅速。据有关资料介绍，主要产品分为 青卷材，其上为沥青混凝土。 高分子防水涂料、改性沥青和沥青基防水涂料三类。 ３）法国要求所有桥梁均须设置防水层，并建议防 高分子防水涂料目前主要有聚氨酯、硅橡胶防水涂 水材料优先采用由高分子聚合物制成的涂膜或卷材， 料、水型三元乙丙橡胶复合防水涂料、ＣＢ型丙烯酸酯 底涂层一般采用改性合成橡胶乳液，面层厚度一般为 弹性防水涂料等；改性沥青防水涂料有氯丁胶乳沥 ７一１０ ｃｍ的沥青混凝土。 青、ＳＢＳ改性沥青、ＳＢＲ改性沥青、ＰＶＣ煤焦油等防水 １防水层功能及技术要求 涂料；沥青基防水涂料有膨润土沥青、水性石棉沥青、 防水粘结材料能将混凝土箱粱上现浇混凝土的 石灰沥青、乳化沥青等防水涂料。 毛细孔隙和细小裂缝完全封闭（渗透固结作用），以阻 选择ＳＢＳ沥青、ＪＳ弹性防水砂浆、防碳化涂料、环 隔水分自下而上从水泥混凝土桥面板进入到桥面铺 氧树脂四种防水材料作为跨海大桥桥面防水层，通过 装中，同时也能阻隔水分自上而下从桥面铺装渗入到 试验测试其粘结性能、耐腐蚀性能、抗剪切性能等。 ２试验材料 收稿日期：２００５—１１—１６ 水泥采用海螺牌Ｐ・０４２．５普通硅酸盐水泥，化学 ３５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 十国市业工程 王文红，戴亚英，孙家瑛，等：跨海大桥桥面铺装防水层试验研究 ２００６年第２期 成分及性能见表２和表３；砂为标准砂。 裹２水泥的化学成分Ｉ质量） ％ ｌ样品 ｓｉ０２ ２ｏ３ ＦｅＯ３ Ｍｇｏ Ｃａ０ Ｓｏ１ Ｔｉ０２ 烧失量 ｌ水泥 ２１．４０ ５．８Ｏ ２．５Ｏ １．６ｏ ６１．８Ｏ ３．舳 ０．４０ ｌ＿６２ 裹３水泥的基本性能 抗压强度／ＭＰａ 抗折强度／ＭＰａ 初凝／ｍｉｎ 终凝／ｒａｉｎ ７ ｄ ２８ ｄ ７ ｄ ２８ ｄ ７０ １４５ ３９．１ ５２．２ ７．２ ８．７ 沥青混合料中的沥青采用ＡＨ一７０国产沥青。 试验用的集料是玄武岩碎石，矿粉采用磨细的石 灰岩，试验级配为ＡＣ一１６Ｉ。 本试验中防水层材料选用ＳＢＳ沥青、ＪＳ弹性防水 砂浆、防碳化涂料及环氧树脂。 ３试验及结果分析 ３．１各种防水材料极限拉伸强度、延伸率测试 分别将各种防水材料在聚酯玻璃纸上成膜，厚度 为１．５￣２ ｍｍ。养护一周后，按常温下、１８０￣Ｃ烘３ ｈ后 在常温下放置２ ｈ的这两种方式进行测试。试验结果 见表４。 裹４各种材料的极限拉伸强度及延伸率ｓ，Ｂ测试 ＲＭ／ＭＰａ ＲＢ／ＭＰａ ｈ，％ 常温 １．柏 １．２Ｏ ２２５．６７ 防碳化涂抖 ＋ｌ８Ｏ℃ １．９０ １．８５ ｌ７Ｏ．８７ 常温 ２．００ １．８９ １８５．３０ ＪＳ弹性防水砂浆 １８０℃ ２．０４ １．９６ １６１．５４ 常温 １６．６８ ｌ５．９３ ３６．４２ 环氧树脂 １舳℃ 无法测试 由表４试验结果可知，防碳化涂料及ＪＳ弹性防水 砂浆的极限拉伸强度及延伸率较为理想；而环氧树脂 一旦形成致密且完整的涂膜后，不受高温影响而软 化，即与沥青混合料的柔和性差，施工过程中易出现 拥包、脱落、层间分离等现象，且由于本身延伸性及抗 裂性很差，当结构产生较大变形时极易开裂 ，特别是 裂缝深度超过防水涂料渗入层厚时，该防水材料的防 水功能也就消失殆尽。 ３．２拔拉试验 拔拉试验用于测定水泥混凝土层与防水层间的 粘结强度。在桥面上铺装沥青路面是铺装在刚性基面 上，水泥混凝土和沥青混凝土两者的弹性模量相差数 百倍，故沥青混合料面层基本上处于受压状态。桥面 受到破坏的主要原因不是拉应力造成，而是上下层之 间的脱离造成的滑移和脱落，铺层越薄问题越大。因 此，层间结合至关重要…。桥面铺装基底一般是钢筋混 凝土板，但考虑到水泥混凝土表面性能与水泥砂浆表 面性能区别不大，故试验用的基底采用水泥砂浆面来 代替水泥混凝土面。 试验采用八字模法，并通过四种方式养护，测试 结果见表５。 裹５养护２８ ｃｌ后的粘结强度 ２８ ｄ后的粘结强度Ｉ ＭＰａ 养护方式 防碳化涂抖 ＪＳ弹性防水砂浆 ＳＢＳ改性沥青 环氧树脂 标准养护 １．６３ ２．Ｏ７ １．Ｏ５ ２．３７ 海水侵蚀 Ｏ．６３ Ｏ．８Ｏ Ｏ．４５ １．７３ ３％硫酸钠溶液 Ｏ．６ｏ Ｏ．６５ ０．４３ １．８２ 高温（８０℃） １．８８ ２．２８ ３．５３ 结合跨海大桥的气候条件，并在参照国外如日 本、德国等有关水泥混凝土桥面铺装技术规范的基础 上，粘结强度的指标为：常温下必须不小于１．０ ＭＰａ， 海水和硫酸盐环境中粘结强度不得小于Ｏ．８ ＭＰａ。 试验过程中发现采用ＳＢＳ沥青作为粘结层的试 块，养护过程中易变形，无法满足耐高温的性能，而其 余三种材料在常温和高温养护条件下，均能满足技术 要求。在耐腐蚀性能方面，各种材料的衰减率均较为 严重，而其中环氧树脂的耐腐蚀性较好，ＪＳ弹性砂浆 次之。 ３．３抗渗性能 抗渗性能试验方法为：制备抗渗试验标准试块， 养护２８ ｄ；用钢丝刷将上下表面磨平，然后在试块上 下面涂各种防水材料或组合（基准６块，其他每种３ 块），养护７ ｄ；装模，并在侧面涂蜡以防止侧面漏水； 从Ｏ．１ ＭＰａ开始，每８ ｈ加Ｏ．１ ＭＰａ，直到１ ＭＰａ后稳 定４８ ｈ；脱模，劈开，测量渗水高度。 抗渗性能比较见图１所示。 １００ 目８０ 昌 五６０ 崔 ＊柏 酶 ２Ｏ Ｏ 环氯柑脂防硪化 ＳＢＳ ＪＳ弹性防 基准 涂料 水砂浆 圈１鲁防水材料的抗渗性能比较 抗渗是防水层主要功能。由试验结果可知，各种 防水材料都能使整体的防水性能提高，提高幅度为 维普资讯 http://www.cqvip.com 牛圈啼盏ｚ程 王文红，戴亚英，孙家瑛，等：跨海大桥桥面铺装防水层试验研究 ２００６年第２期 ４２％－８９．８％。 衰６防水层的抗剪切强度 ３．４与加铺沥青面层的粘结力 抗剪切强度／ＭＰａ 由于防水层上面耍加铺沥青混合料作为面层，而 涂料 常温 人工海水 ３％硫酸钠 现今国内外常采用热铺沥青混合料的方法，这就要求 环氧树脂 Ｏ．３６ Ｏ．１６ Ｏ．１５ 防水材料必须不被热沥青混合料高温损坏并保持与 ＪＳ弹性防水砂浆 １．Ｏ９ Ｏ．５５ Ｏ．５ｌ 面层有良好的粘结力。 ＳＢＳ改性沥青 ０．１３ ０．０５ ０．１４ 试验中发现，环氧树脂与沥青的粘结性差，断裂 防碳化涂料 １．４４ Ｏ．５５ Ｏ．５ｌ 面为环氧一沥青面，由于环氧树脂涂抹于桥面基层 后，形成一层致密的膜，无法与沥青混合料铺装层粘 ４结语 结。ＪＳ弹性防水砂浆的断面为涂料与沥青的接触面， １）针对跨海大桥桥面防水层的技术要求，需对防 而防碳化涂料的断面为涂料与水泥砂浆的接触面，说 水材料的极限拉伸强度、延伸率、与上下层混凝土粘 明防碳化涂料与沥青的粘结力强于ＪＳ防水砂浆。 结力、抗剪切强度、抗渗性能等进行测试，以求防水层 ３．５抗剪切性能测试 技术满足各种要求，延长桥梁的使用寿命。 水泥混凝土桥面板与沥青混凝土铺装层应形成 ２）环氧树脂作为跨海大桥防水层时，与水泥混凝 一整体受力结构才能抵抗车辆动荷载的作用。这两个 土的亲和性好，粘结力强。耐腐蚀性能佳。但是环氧树 层面是靠粘结材料粘结在一起的，在车辆荷载的作用 脂与上层沥青混合料柔和性差，粘结力弱，易出现沥 下，这两个层面主要受到剪力和压力的作用 。 青混凝土的拥包、脱落，且造价较高。 剪切破坏会出现拥包和推移的搓板现象。常见的 ＪＳ弹性防水砂浆具有较好的极限拉伸强度、延伸 剪切破坏情况： 率和耐高温性，与水泥混凝土的粘结力较强，然而，该 １）由于桥面钢筋混凝土模量远大于沥青混凝土和 体系耐腐蚀性欠佳，在海水及硫酸盐养护条件下，衰 防水层的模量，加上沥青混凝土厚度较薄，沥青层受 减率较大，并且这种体系虽然有一定的高温软化功 较大的剪力时引起无确定破坏面的剪切变形。 能，但是与沥青混合料的亲和性较弱，依然会出现分 ２）防水层与沥青混凝土和桥面层间粘结力不足而 层现象。 发生剪切破坏。 防碳化材料与水泥混凝土及沥青混合料的粘结 防水材料 因粘结材料的 力均较强，同时这种体系具有较好的极限拉伸强度、 抗剪强度是桥面使 延伸率和耐高温性能，且抗渗性较佳，造价较低，但是 用质量的一个重要 这种材料的耐腐蚀性较差，衰减率很大。 ）■ Ｉ 保证，故采用直接顶 ＳＢＳ沥青与水泥混凝土和沥青混合料的粘结力较 ／ 推方法测试防水层 ｔ ＼ 好，但是耐高温性能差是其最主要的不足，易造成防 抗剪强度。抗剪切性 水层流淌。厚度不一等情况，影响防水抗渗功能。 水泥混凝土 沥青混合料 水泥混凝土 能试验模型如图２ ３）对各种防水材料的性能比较发现：单一的以上 圈２抗剪切性能试验模型 所示。 各种防水材料单独作为防水层使用存在某些缺陷，两 抗剪强度计算式： 种或两种以上材料复合使用能收到良好的效果。 ７＝Ｐ／Ａ 式中：Ｐ为剪切力；Ａ为剪切面积。 参考文献 根据测试的数据进行计算得到防水层的抗剪切 ｌ壬风民．刘长山，壬旭等．桥面防水材料的应用与选择【Ｊ】．辽宁交通 强度见表６。 科技，２００１（２）：２４． 试验结果可以发现，柔性材料占有比较大的优 ２裴建中，胡长顺，王祥鲁．建筑防水材料用作桥面防水的可行性分析 【Ｊ＿１．长安大学学报，２００２，２２（６）：２９－３２． 势，因为柔性防水材料（ＪＳ弹性防水砂浆、防碳化涂 ３郭永琛，俞建荣．唐蓓华，等．桥面柔性防水层～ＦＹＴ应用研究叫．江 料）具有一定的延伸变形性能，因此其抗剪切强度高。 苏交通科技．１９９９，８６：ｌ１５－１２１． 在实际环境中，桥面高频率地承受交通车辆动载，钢 ４刘国清，王海军．浅议层问结合层及其施工工艺【Ｊ】．交通科技，２００３ 筋混凝土结构处于频繁的往复受力变形中，防水层需 （６）：３９－４１． ５张志宏．关于钢桥面沥青混凝士铺装层界面抗剪问题的研究［Ｊ】．公 要能够抵御桥面往复结构变形，所以防碳化涂料及ＪＳ 路，２００３（１２）：５９． 涂料所得的效果较理想。 ３７
