桥梁结构防水技术研究与应用

桥梁结构防水技术研究与应用（一）北京市市政工程设计研究总院穆祥纯摘要：城市桥梁结构防水技术在我国尚属新课题。本文综述了我国城市桥梁结构防水技术的应用历程及现状，并就防水技术的发展提出了有关建议，力求为我国城市桥梁结构防水技术的发展提供有借鉴意义的看法。一、前言自20世纪80年代中期，由于我国城市道路和桥梁的大量兴建，对城市桥梁结构防水技术的研究已提到议事日程上来，主要针对城市桥梁漏水对桥梁结构腐蚀严重，从而影响桥梁的使用寿命。美国、日本和西欧等国家对桥梁防水问题十分重视，明确规定城市和公路桥梁必须设置防水层，并从结构类型、面层材料、防水技术、施工方法、设计年限、使用性能、维修费用等均作出了详尽的规定。但我国的桥梁结构防水尚未形成一套适合于评价和选用桥梁桥面柔性铺装防水材料的试验手段和性能指标，且由于不少桥梁不做防水或防水不利造成桥面渗水、钢筋锈蚀、铺装层剥落、碱骨料反应及混凝土胀裂等严重的损坏问题，极大地影响桥梁结构的耐久性和正常使用寿命，以及行车的舒适性和安全性。因此，桥梁结构防水技术的研究及应用是很重要和迫切的。虽然北京、上海等城市自20世纪90年代初开始对城市桥梁结构防水技术进行专题研究（北京从首都机场高速公路开始，上海从南浦大浦开始），为设计和施工正确选择防水材料及施工操作规程的编制提供了科学依据。但这种研究还应继续深入，而且也正是由于在工程实践中不断加强对城市桥梁防水问题的研究，有效地促进了工程质量并提高了桥梁结构的耐久性。二、桥梁结构防水技术综述1993年颁布的我国现行《城市桥梁设计准则》（CJJ11-931）规定，城市桥梁钢筋混凝土桥桥面是否另设防水层，视桥梁结构的型式而定：“桥面系产生负弯矩（悬臂梁、连续梁、刚架，及连续板和大挑臂板等），桥面顶面产生拉应力，则全桥面（包括车行道和人行道部分）均须设置柔性防水层；若上部构造为双向预应力混凝土结构，在设计荷载下，主梁上缘及桥面板上缘（纵、横向）不产生拉应力，则可只设铺装，不另设防水层。规定具有钢筋混凝土桥面的钢梁，全桥面应设置柔性防水层。规定柔性防水层可用饱浸沥青料的卷材，以3~4层沥青料逐层粘贴构成。”20世纪80年代以来，我国各大、中城市日益重视城市桥梁结构防水技术，并进行专题研究。通过研究分析表明，城市桥梁防水主要存在3个问题：一是结构设计问题，表现在铺装设计不合理和受力薄弱环节未做防水（承受负弯矩支点）等；二是防水施工质量尚未形成统一的操作规程和验收标准，缺少专业的桥梁工程防水施工队伍；三是防水材料问题，主要是缺少桥梁专用的防水材料。一般来讲柔性铺装的桥梁防水主要采用柔性铺装防水（卷材类）、涂料类；刚性铺装采用涂料类和防水砂浆，以及钢筋防腐防水等工艺。下面进行分述。1、柔性铺装（沥青混凝土）防水卷材类的选材和工程应用（1）主要评价指标1992年在首都机场高速公路桥梁结构防水进行的专题研究中，通过科研得出：对于桥面柔性铺装防水材料的使用性能，其主要评价指标是抗剪性能和低温抗裂性。①抗剪性能防水层一般铺设在铺装层与桥面板之间，要承受车辆行驶时所产生的垂直压力和水平方向的剪力，其间必须具有足够的剪切强度，特别是在夏季高温状态下。相应的指标见表1。②低温抗裂性能桥面铺装一般主要承受压应力，但在连续梁桥等具有负弯矩的桥梁结构中，对防水材料及桥面铺装层要求应有一定的抗裂性，特别是一般防水材料在低温状态下具有脆性，更容易开裂，为此对防水材料的低温抗裂性须提出如表2的要求。表1抗剪指标温度（℃）抗剪强度（MPa）垂直压力（MPa）600.04以上0.1以上表2抗裂指标温度（℃）抗拉强度（MPa）延伸率（%）—206~810以上（2）主要技术指标不少城市桥梁选用聚合物改性沥青防水卷材，使用效果良好，其性能与适用环境为：①适用于温度为-45℃~80℃的环境（热熔法施工应满足130℃的环境要求）。②厚3~4mm卷材防水层的主要技术性能见表3。卷材防水层应采用热熔法施工，其施工速度快、适用于工期紧的桥梁工程。由于有的桥面铺装基面的平整度较差，粘结率不能满足要求，易形成空鼓及搭接部位粘结质量不易保证，应予以充分注意。表3防水卷材主要技术性能序号项目指标1抗拉强度（MPa）纵向800横向8002断裂延伸率（%）8003耐热性（℃）8004低温柔度（℃）-155不透水度（Mpa×h）0.2×246耐久性良好（3）卷材防水层的设计、施工要求①卷材防水层应选用抗菌性的橡胶、塑料和沥青等类卷材。②对使用冷冻作业的卷材，应规定选用的相应粘结剂，确保其粘结强度。③卷材防水层铺贴在整体浇筑施工的桥梁混凝土结构基面时，为防止防水层产生空鼓，其桥梁基面要求做到：a.基面应清除干净、用水冲洗干燥后再铺贴卷材。b.基面须平整，每2m2范围凹凸面平整度不得超过±5mm。当抢工或施工时不能达到此要求，则不得采用卷材。卷材在阴阳角处粘贴时，均应作成圆弧，对沥青类卷材其圆弧半径应大于15cm。c.防水卷材推荐采用热熔法施工。④细部构造要求a.桥梁机动车桥面与检修（人行）步道应设置防水层。b.在预制安装主梁的纵向缝、横向缝顶处设置加强防水层时，其缝宽两侧各5~10cm范围内不粘贴，以确保结构变形时，防水层有足够的变形量。c.钢筋混凝土预制梁安装后，桥面板间或主梁间出现“错台儿”，应在“错台儿”处用水泥砂浆抹成缓坡处理。d.应避免桥面泄水管口处雨水溢至桥面板结构层内，卷材应按剪切受力处理。（4）新材料最近由美国引入了1种桥面防水专用自粘卷材，它是由高强度耐热层埋置于一层自粘性橡胶沥青层混合而成的防水材料。材料以卷为单位供应，每卷1m宽，20m长，最小厚度达1.6mm和2mm，橡胶沥青层上覆盖有保护纸，施工时将其移走。适用于广场、桥梁、通车辆的交通建筑物或停车场平台，新建结构物或修复工程等，其主要特性为：可冷施工；柔韧性好、易于施工，能承受宽达0.6mm的收缩裂缝；硬度高；预制成型；具有加强网，保持形状稳定、抵抗破坏；橡胶沥青层为自粘型，且是富有韧性的混合物，保证粘结和阻尼的传递。这种材料主要的路用力学性能见表4。表4美国自粘防水卷材的粘结及抗剪强度描述磨擦系数处理方法破坏面位置试验温度（℃）强度值（Mpa）试验方法粘结抗剪粘结抗剪粘结抗剪光滑4547电锯刨光防水层与混凝土层间15250.1630.159拔拉试验LLM室内直剪试验原状5356不做任何处理6000.0140.19935250.0610.09615600.1480.100粗糙6062拉毛15250.0670.1552、刚性铺装（水泥混凝土）涂料防水材料的选材和工程应用涂料防水层是在桥梁混凝土桥面板（或混凝土铺装层）结构表面上涂刷防水涂料，固化后形成防水层。涂料防水层要求选用粘结性强、无毒和施工简便的涂料。工程实际中主要采用阳离子乳化沥青氯丁胶乳、聚合物改性沥青、聚氨酯防水涂料和JS复合涂料等桥梁防水涂料。（1）桥梁涂料防水材料的技术指标及特点①阳离子乳化沥青氯丁胶乳防水材料可用于-30℃至80℃的环境；其主要技术性能见表5。表5氯丁胶乳防水涂料主要技术性能序号项目指标1附着力(对水泥砂浆面)合格度100%2延伸率400%3粘结性（Mpa）0.25~0.44抗压强度（Mpa）＞0.65剪切强度（Mpa）0.2~0.36抗张强度（Mpa）0.2~0.357粘度（s）11~208成膜时间（min）20~909不透水性（Mpa）＞0.510耐热性80℃5h无发粘，地起泡160℃30min无起泡11耐久性10年以上阳离子乳化沥青氯丁胶乳防水材料，与潮湿基面结合较好，成膜较快，施工简便、无毒，对周围环境无污染，分别与混凝土基面、顶面的沥青混凝土面粘结好，层间粘结性强。②聚合物改性沥青桥梁防水涂料（刚性或柔性铺装）由上海湿克威建筑防水材料有限公司研制的桥面防水专用涂料，是以特殊加工的乳化沥青为基料，选用优质高分子胶乳及合成树脂为复合改性剂，经科学配方合成为耐高温达160℃的沥青混凝土桥面专用涂料，已应用在上海延安路高架桥、安徽五里墩高架桥等工程中。③聚氨酯防水材料主要适用于桥面为混凝土铺装的桥梁，可用于-30℃至80℃环境中的地下建筑、屋面、管道接缝和桥梁防水。该材料防水性能主要技术指标见表6。选用聚氨酯材料，要求基面必须干燥；由于每层成膜时间长，易产生与基面和顶层沥青混凝土粘结不牢，并层间的粘结性差，一般来讲，其材料成本费用较高，对低毒施工操作要求严格。④JS复合防水涂料其技术性能指标见表7。表6聚氨酯防水材料主要技术指标项目指标断裂伸长率（%）150~400抗张强度（MPa）0.2~0.9粘结强度（MPa）2.5抗冲击强度（MPa）≥5成膜时间（min）1440不透水性（MPa）0.7耐寒、耐热性（℃）-40/+150耐腐蚀性（在酸碱溶液中泡6个月）无变化外观甲组为粘稠液体，乙组为黑色液体表7JS复合防水涂料性能指标项目要求固体含量，%III干燥时间，h表干≤4不粘手实干≤24无粘着拉位强度，Mpa，20℃≥1.0≥1.5断裂伸长率，%，20℃≥200≥60低温柔性r=15㎜，3S不透水性压力0.3Mpa不透水时间30min粘结强度，Mpa≥1.0