r60水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層防水性能研究

1、水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層防水性能研究摘要:橋面鋪裝層作為橋梁行車體系的重要組成部分，能夠緩和行車對(duì)橋面板的沖擊以及滿足行車平穩(wěn)、舒適的要求。本文以安康至陜川界高速公路項(xiàng)目為依托，針對(duì)目前水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層存在的問題，通過調(diào)查分析與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，對(duì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先，本文廣泛收集國內(nèi)外橋面鋪裝的有關(guān)資料，通過對(duì)橋面鋪裝現(xiàn)有研究成果的分析和總結(jié)，制定了橋面鋪裝的研究內(nèi)容、方法以及技術(shù)路線。其次，通過對(duì)橋面鋪裝使用狀況和損壞型式的調(diào)查，分析了橋面鋪裝產(chǎn)生早期損壞的類型及其損壞原因，并對(duì)相應(yīng)的鋪裝層設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行了分析。第三，本文首先對(duì)橋面鋪裝的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡單的

2、分析和研究；并針對(duì)橋面鋪裝的防水粘結(jié)性能，通過室內(nèi)試驗(yàn)，分別對(duì)滲透結(jié)晶型防水劑、涂膜類防水粘結(jié)材料以及界面處理型式進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。通過對(duì)其路用性能的比較，選擇出性能優(yōu)良的防水粘結(jié)材料及界面處理型式。第四，對(duì)于橋面瀝青鋪裝層，進(jìn)行了不同類型混合料的配合比設(shè)計(jì)，并確定了各種級(jí)配的最佳油石比。通過常規(guī)車轍試驗(yàn)、漢堡車轍試驗(yàn)以及抗剪試驗(yàn)，重點(diǎn)研究了瀝青混合料的高溫性能；采用復(fù)合板車轍和復(fù)合梁疲勞試驗(yàn)，真實(shí)地模擬橋面鋪裝層的實(shí)際受力狀況，評(píng)價(jià)各種鋪裝結(jié)構(gòu)組合的高溫性能及抗疲勞破壞能力，為橋面鋪裝選擇合理的鋪裝材料與結(jié)構(gòu)組合型式提供科學(xué)的理論依據(jù)。最后，本文對(duì)橋面防水粘結(jié)層和瀝青混凝土鋪裝層的施工要點(diǎn)及

3、注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述和分析，為保證橋面鋪裝的施工質(zhì)量提供技術(shù)指導(dǎo)。關(guān)鍵詞:橋面鋪裝；滲透結(jié)晶型防水劑；防水粘結(jié)層；剪切試驗(yàn)；拉拔試驗(yàn)；界面型式；復(fù)合梁疲勞試驗(yàn)；施工工藝1 引言1.1問題的提出及研究意義隨著我國交通事業(yè)的飛速發(fā)展，橋梁工程成為國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要一環(huán)。橋面鋪裝作為橋梁行車體系的重要組成部分，是公路路面滿足其功能要求在橋梁上的延伸。橋面鋪裝應(yīng)具有與橋垮結(jié)構(gòu)粘結(jié)良好、傳遞荷載、抵抗荷載沖擊，又要具有防水及抵抗疲勞的能力；其主要功能是分散荷載，參與橋面板共同受力，防止車輪直接磨損行車道板，起到保護(hù)橋面板的作用。因此，橋面鋪裝層必須具有足夠的強(qiáng)度和良好的整體性，并且具有足夠的抗沖擊、抗

4、裂、耐磨等性能。橋面鋪裝質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到行車的舒適性、安全性、橋梁的耐久性及投資效益。隨著橋梁的大量修建，橋面鋪裝早期破壞、維修困難和維修費(fèi)用高等問題隨之暴露。統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國許多橋梁的橋面鋪裝層在設(shè)計(jì)使用期限內(nèi)就出現(xiàn)了不同類型的破壞，甚至部分在鋪裝后很短時(shí)間內(nèi)就出現(xiàn)了嚴(yán)重的破損、開裂、坑槽、擁包、滑移等病害；橋面鋪裝發(fā)生損壞后，橋梁主體結(jié)構(gòu)受到外界水分的侵蝕，使得許多橋梁在未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí)，就出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降、鋼筋銹蝕、混凝土松散等病害現(xiàn)象，使橋梁的安全性和穩(wěn)定性受到影響，不僅對(duì)乘客的安全造成威脅，也使橋梁的運(yùn)營效益有所下降；而且這種破壞一旦發(fā)生，往往難于修復(fù)，導(dǎo)致國家每年投入巨額維

5、修費(fèi)用。本課題就是針對(duì)目前水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層存在的問題，通過室內(nèi)路用性能試驗(yàn)，研究水泥混凝土橋面層間防水粘結(jié)改善技術(shù)，進(jìn)而增加橋面板與瀝青鋪裝層間的抗剪性能及層間穩(wěn)定性，提高水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層的使用壽命。因此，開展本課題的研究不僅可以補(bǔ)充和發(fā)展相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)內(nèi)容，而且可以為類似地區(qū)橋面鋪裝及防水粘結(jié)層的設(shè)計(jì)和施工提供技術(shù)指南，從而顯著減少由于橋面瀝青鋪裝損壞所帶來的巨大經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響。因此，本課題具有良好的社會(huì)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)在技術(shù)上也具有較高的研究價(jià)值。1.2國內(nèi)外研究綜述1.2.1橋面防水粘結(jié)層研究綜述（1）國外研究現(xiàn)狀美國是較早開始橋面防水研究的國家之一，1976

6、年nchrp發(fā)表的一份橋面防水報(bào)告中介紹了防水薄膜性能的室內(nèi)研究方法，提出性能篩選試驗(yàn)、路用性能試驗(yàn)等。1995年nch即發(fā)表的一份橋面防水報(bào)告中指出:美國最早是在六十年代認(rèn)識(shí)到橋面損壞的嚴(yán)重性。研究認(rèn)為水分和防凍鹽是橋面混凝土凍融破壞和鋼筋腐蝕的罪魁禍?zhǔn)?，就促使提高和改進(jìn)橋梁工程中水泥混凝土的質(zhì)量，增加鋼筋混凝土中鋼筋的保護(hù)層厚度，甚至要求對(duì)混凝土橋面板采取其它專門的保護(hù)措施。英國的trrl針對(duì)層間粘結(jié)力差、防水層施工后的滲漏及高低溫性能不足等問題，對(duì)英國所有通過質(zhì)量認(rèn)證的防水粘結(jié)材料進(jìn)行了系統(tǒng)的測試和研究。到七十年代中后期，德國、法國、丹麥等大多數(shù)歐洲國家均制定了橋面防水材料的選擇標(biāo)準(zhǔn)和防

7、水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范。至今，美歐等國仍然對(duì)混凝土橋面防水系統(tǒng)進(jìn)行著深入而系統(tǒng)的研究；日本在橋面防水系統(tǒng)方面也做了許多研究，規(guī)定在防水層與橋面板之間要涂刷粘結(jié)材料，并提出了相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。世界各國均十分重視橋面防水層，但側(cè)重點(diǎn)有所不同?？偟膩碚f，國外對(duì)水泥混凝土橋面瀝青鋪裝防水粘結(jié)層的研究只是局限于防水粘結(jié)材料的篩選以及室外現(xiàn)場試驗(yàn)的應(yīng)用研究，理論分析涉及甚少。（2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國在橋面防水領(lǐng)域進(jìn)行的研究相對(duì)較晚，橋面因滲水而引起的損害在上世紀(jì)80年代中期開始重視起來，橋梁結(jié)構(gòu)防水技術(shù)研究日益提到議事日程上來。北京、天津等地陸續(xù)開始鋪設(shè)柔性防水粘結(jié)層，當(dāng)時(shí)并未對(duì)此進(jìn)行系統(tǒng)的研究，只是參照防水粘

8、結(jié)材料產(chǎn)品的說明簡單執(zhí)行。北京、上海等城市自20世紀(jì)90年代初對(duì)城市橋梁結(jié)構(gòu)防水技術(shù)進(jìn)行了專題研究，分別為首都機(jī)場高速和上海南浦大橋的設(shè)計(jì)和施工提供了科學(xué)依據(jù)。2000年3月，長安大學(xué)公路學(xué)院在鄭州市107國道跨機(jī)場高速公路高架橋工程中，對(duì)北京禹王專用防水劑等4種國內(nèi)外防水材料進(jìn)行了橋面防水實(shí)驗(yàn)，為水泥混凝土橋面防水粘結(jié)系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)、施工提供了一定的依據(jù)。在取得成績的同時(shí)，我國的橋面防水也存在諸多不足，許多方面有待進(jìn)一步完善和提高?？傊?，我國己經(jīng)明確橋面瀝青鋪裝層必須由防水粘結(jié)層和面層組成，但對(duì)橋面防水粘結(jié)的研究工作才剛起步。我國現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)橋面瀝青鋪裝及防水粘結(jié)層設(shè)計(jì)只是輕描淡寫地給

9、予了指導(dǎo)性說明，沒有具體的設(shè)計(jì)理論與方法。1.2.2橋面鋪裝結(jié)構(gòu)研究綜述（1）國外研究現(xiàn)狀世界上進(jìn)行橋面鋪裝研究較早的國家是德國，隨后法國、日本、美國等國家也開展了相關(guān)的研究，法國和日本還制定了相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。但是，相關(guān)國家對(duì)橋面鋪裝層的設(shè)計(jì)主要是基于鋪裝材料性能試驗(yàn)之上的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。歐美等國經(jīng)過幾十年的探索與實(shí)踐，結(jié)合本國的實(shí)際情況，在水泥混凝土橋面鋪裝方面選用的結(jié)構(gòu)類型與厚度不盡相同，大多采用瀝青混凝土鋪裝層，包括防水層和瀝青混凝土面層。在歐美各國，水泥混凝土橋面瀝青鋪裝大多采用“防水層+面層”的雙層式結(jié)構(gòu)，或“防水層+鋪裝下層+鋪裝上層”三層式結(jié)構(gòu)。日本采用“瀝青橡膠粘結(jié)劑+板狀防水卷材

10、十鋪裝層“、“氯丁橡膠粘結(jié)劑十3層氯丁橡膠型防水材料十鋪裝層”或“防水瀝青層+乳化瀝青粘結(jié)層+鋪裝層”的鋪裝結(jié)構(gòu)。印度采用“鋪裝層+磨耗層”的鋪裝結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土與路緣石之間的垂直接縫采用瀝青進(jìn)行填封。在國外，尤其是歐美發(fā)達(dá)國家，對(duì)橋面鋪裝體系從設(shè)計(jì)理論、試驗(yàn)方法等方面都進(jìn)行了深入的研究。英、美等國家已開始用有限元分析程序?qū)︿摌蛎驿佈b體系進(jìn)行簡單的力學(xué)分析，但世界各國對(duì)鋼筋混凝土的橋面鋪裝研究卻很少。（2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對(duì)橋面鋪裝的研究起步較晚，主要是借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)。由于我國的氣候、地理?xiàng)l件及車輛荷載組成與國外不同，這些都決定了不可能完全照搬國外的經(jīng)驗(yàn)，必須對(duì)其深入研究，探索適合我國國情的橋

11、面鋪裝技術(shù)。近些年，國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)對(duì)大跨徑橋梁的橋面鋪裝進(jìn)行了一些有益的嘗試，在鋪裝層的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。具有代表性的是交通部重慶公路科學(xué)研究院在虎門大橋、海滄大橋等實(shí)際工程中所推廣的雙層式sma鋪裝結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在研究中還與東南大學(xué)共同開發(fā)有限元程序進(jìn)行理論分析；長沙理工大學(xué)就具體的鋪裝層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了直道試驗(yàn)。1.2.3目前存在的主要問題（1）由于國內(nèi)尚未對(duì)水泥混凝土橋面鋪裝進(jìn)行系統(tǒng)研究，因此水泥混凝土橋面鋪裝系統(tǒng)理論缺乏，沒有系統(tǒng)的理論支撐。（2）我國對(duì)水泥混凝土橋面鋪裝的研究較少，大部分鋪裝采用與路面鋪裝相同的結(jié)構(gòu)型式，很少對(duì)水泥混凝土橋面鋪裝做有針對(duì)性的單

12、獨(dú)設(shè)計(jì)，更不說對(duì)水泥混凝土橋梁鋪裝防排水體系的研究。（3）由于缺乏系統(tǒng)的橋面鋪裝理念，很多橋面鋪裝者雖然知道要重視單獨(dú)的橋面防水層，但對(duì)防水層的功能要求理解不透徹，同時(shí)以為做好了部分的防水措施即可很好地解決鋪裝防水問題，沒有進(jìn)行整體性鋪裝的考慮。（4）目前國內(nèi)已經(jīng)明確橋面鋪裝必須由防水粘結(jié)層和瀝青鋪裝層組成，但對(duì)橋面防水粘結(jié)層的研究才剛起步，對(duì)橋面防水粘結(jié)材料的選擇還存在盲目性。1.3課題研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線1.3.1主要研究內(nèi)容（1）橋面鋪裝使用現(xiàn)狀的調(diào)查與原因分析收集國內(nèi)外有關(guān)橋面鋪裝的研究資料，現(xiàn)場調(diào)查工程所在地類似工程環(huán)境的橋面鋪裝的使用狀況，特別是其破壞形式和損壞情況，分析橋面鋪

13、裝產(chǎn)生早期損壞的原因，為安康至陜川界高速公路橋面鋪裝在設(shè)計(jì)研究階段打下良好的基礎(chǔ)。（2）橋面鋪裝防水粘結(jié)性能研究通過對(duì)常用防水粘結(jié)材料類型以及界面型式的調(diào)查，并結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)研究分析其路用性能，提出適合水泥混凝土橋面瀝青鋪裝的防水粘結(jié)材料及界面處理型式。（3）橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)組合研究通過對(duì)國內(nèi)外橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)類型、材料組成、性能特點(diǎn)的調(diào)查，結(jié)合安康地區(qū)瀝青硅橋面鋪裝層的損害類型，根據(jù)時(shí)溫等效原理，對(duì)水泥混凝土橋面鋪裝瀝青混合料的高溫性能進(jìn)行分析；以及通過對(duì)不同結(jié)構(gòu)組合的路用性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，提出路用性能優(yōu)良并滿足硅橋面各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)的鋪裝結(jié)構(gòu)組合。（4）橋面鋪裝層施工工藝研究分析考慮鋪裝層瀝青混凝土

14、的拌和、運(yùn)輸及攤鋪碾壓等環(huán)節(jié)，以及橋面防水粘結(jié)層的施工工藝及質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；主要從施工機(jī)具的準(zhǔn)備、組合，施工過程控制，施工質(zhì)量檢驗(yàn)等方面進(jìn)行研究，解決施工中可能出現(xiàn)的問題，使鋪裝層達(dá)到質(zhì)量要求。2 橋面鋪裝損壞原因與設(shè)計(jì)指標(biāo)分析2.1橋面鋪裝損壞類型及原因分析橋面鋪裝作為一種特殊的鋪面工程，在使用過程中長期受到行車荷載、自然環(huán)境等因素的影響，除了具有普通路面常見的破壞類型之外，還具有其自身特有的破壞類型。因此，通過對(duì)水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層破壞類型進(jìn)行調(diào)查分析，探討研究其破壞機(jī)理，從而弄清橋面鋪裝研究中巫待解決的主要問題。2.1.1常見損壞類型根據(jù)ltpp路面損壞鑒別手冊(cè)，從調(diào)查的情況來看，橋面

15、鋪裝層的早期破壞形式主要有以下幾種:（1）裂縫類:指橋面鋪裝層在行車荷載和溫度的反復(fù)作用下所引起的疲勞破壞，或者因結(jié)構(gòu)縫施工處理不當(dāng)?shù)缺∪跆幊霈F(xiàn)的反射裂縫以及橋面系加勁部件頂部鋪裝層出現(xiàn)的橫向和縱向裂縫，見圖2.1所示。（2）表面變形:橋面瀝青混合料鋪裝層，在較大的車輪垂直和水平荷載作用下產(chǎn)生剪應(yīng)力，當(dāng)剪應(yīng)力超過瀝青混合料自身的抗剪強(qiáng)度時(shí)所導(dǎo)致的車輪帶及其附近出現(xiàn)的推移、擁包和車轍破壞，見圖2.2和圖2.3所示。 圖2.1網(wǎng)裂破壞 圖2.2推移破壞（3）表面缺陷:由于瀝青混凝土的級(jí)配組成設(shè)計(jì)不合理，在行車荷載的作用下導(dǎo)致橋面鋪裝層薄弱區(qū)域出現(xiàn)的松散(剝落)、泛油、集料磨光、透水等破壞形式，見圖

16、2.4和圖2.5所示。（4）鋪裝層脫落:是橋面鋪裝最嚴(yán)重的、特有的破壞類型。粘結(jié)層在失去橋面板的束縛和支撐的條件下，出現(xiàn)剪切破壞。此外，橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系中，粘結(jié)層與防水層是相互緊密聯(lián)系在一起，粘結(jié)層的破壞就意味著防水層的破壞，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致橋面板的水腐蝕，見圖2.6所示。 圖2.3車轍破壞 圖2.4松散破壞 圖2.5表面泛油 圖2.6鋪裝層脫落2.1.2損壞原因分析橋面鋪裝損壞的原因很復(fù)雜，針對(duì)橋面瀝青鋪裝層特有的破壞類型，國內(nèi)外專家提出了不同的影響因素。綜合考慮依托工程的地理環(huán)境，可能引起橋面鋪裝損壞的主要原因有以下幾個(gè)方面:（1）橋面鋪裝的水損壞由于瀝青的粘附性差、橋面鋪裝層的空隙率過大或鋪裝

17、層開裂，導(dǎo)致水分滲入而產(chǎn)生損壞，如松散、坑槽等，使鋪裝層失去強(qiáng)度和防水能力。如果橋面鋪裝層的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，滲入的水分不能及時(shí)排出，便產(chǎn)生了“浴缸效應(yīng)”，加劇了橋面鋪裝層的損壞；如果防水層被破壞，滲水將直接腐蝕橋體，危及橋梁的安全。對(duì)于橋面瀝青混凝土鋪裝層，我國現(xiàn)行規(guī)范中有關(guān)橋面鋪裝及防水設(shè)計(jì)尚有欠缺，均未考慮橋梁整體防水方面的要求；因此，完善的橋面鋪裝系統(tǒng)及防水、排水系統(tǒng)是確保橋面鋪裝層服務(wù)性能的關(guān)鍵措施。（2）橋面鋪裝的高溫破壞橋梁工程因形同“空中樓閣”而完全暴露于空氣中，直接受到氣候條件的影響。同路面材料相比，橋面鋪裝材料夏季溫度更高、冬季溫度更低，即產(chǎn)生了夏季的“煎烤效應(yīng)”與冬季的“

18、冰柜效應(yīng)”，相同的氣候條件對(duì)橋面鋪裝材料的影響更大。另外，由于橋面鋪裝層和主梁的溫度變化節(jié)奏不一致，導(dǎo)致其因溫度變化引起的伸縮受到主梁的牽制，勢(shì)必將在橋面鋪裝層內(nèi)部產(chǎn)生約束應(yīng)力，這也是造成鋪裝層損壞的原因之一。（3）橋面鋪裝的層間粘結(jié)破壞橋面鋪裝層間的粘結(jié)包含各結(jié)構(gòu)層之間的粘結(jié)以及瀝青鋪裝層與混凝土面板之間的粘結(jié)。防水粘結(jié)層對(duì)橋面鋪裝層的穩(wěn)定起著至關(guān)重要的作用，起到承上啟下的過渡功能。研究表明，許多損壞是由粘結(jié)層的破壞所導(dǎo)致的。其原因在于該層位于剛性橋面板與柔性瀝青鋪裝層之間的薄弱處，剪切力很大，往往產(chǎn)生“剪切滑動(dòng)效應(yīng)”。另外，隨著橋面鋪裝使用周期的增長，各結(jié)構(gòu)層之間的粘結(jié)強(qiáng)度都會(huì)隨之降低。一

19、旦鋪裝結(jié)構(gòu)的整體性受到威脅或破壞，橋面鋪裝就會(huì)發(fā)生大面積，甚至整體性的破壞，進(jìn)而影響橋面瀝青鋪裝層的路用功能。（4）施工工藝的影響施工工藝對(duì)橋面瀝青鋪裝層的影響主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:橋面板平整度差，在行車荷載和溫度的綜合作用下，鋪裝層內(nèi)容易產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，導(dǎo)致鋪裝層的損壞。瀝青鋪裝層與橋面板的粘結(jié)不好，大大降低了其與瀝青鋪裝層之間的粘結(jié)性能。施工過程中出現(xiàn)離析、壓實(shí)不足等現(xiàn)象；瀝青鋪裝層在施工中由于壓實(shí)度不夠，導(dǎo)致鋪裝層的強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求；此外，瀝青混合料的級(jí)配不良導(dǎo)致發(fā)生離析現(xiàn)象，引起鋪裝層內(nèi)強(qiáng)度不均勻。由上述分析可知，造成橋面瀝青鋪裝層早期損壞的原因是多方面的、是綜合性的，諸如橋梁設(shè)計(jì)理

20、論的不足，瀝青混合料設(shè)計(jì)不當(dāng)，施工工藝，交通荷載等；歸根結(jié)底，水是橋面瀝青鋪裝層諸多病害，尤其是早期損壞的主要誘因之一。在現(xiàn)行橋梁及路面設(shè)計(jì)規(guī)范中，對(duì)于橋面鋪裝材料、鋪裝結(jié)構(gòu)厚度、結(jié)構(gòu)組合設(shè)計(jì)、防水及排水措施以及施工工藝，只是輕描淡寫地給予了指導(dǎo)性說明，導(dǎo)致橋面鋪裝設(shè)計(jì)與施工的無章可循，各行其是，從而為橋面鋪裝的早期損壞埋下隱患。2.2橋面鋪裝設(shè)計(jì)指標(biāo)分析由上述分析可知，橋面瀝青鋪裝層的破壞主要是由于鋪裝結(jié)構(gòu)某一層次的缺陷所引起的。目前，雖然對(duì)于橋面瀝青鋪裝層的主要破壞類型有一定的了解，但對(duì)于這些破壞類型卻沒有明確的控制指標(biāo)。本文結(jié)合橋面瀝青鋪裝的特點(diǎn)，借鑒路面鋪裝的設(shè)計(jì)指標(biāo)，針對(duì)橋面瀝青鋪裝

21、層的主要破壞類型，提出相應(yīng)的控制指標(biāo)，作為橋面瀝青混凝土鋪裝層后續(xù)研究的指導(dǎo)。2.2.1車轍指標(biāo)產(chǎn)生車轍的原因主要包括渠化交通、重載交通的作用以及鋪裝材料的性質(zhì)等，其中高溫是車轍的重要影響因素。在高溫時(shí)段，鋪裝層材料的力學(xué)強(qiáng)度大幅度下降，材料自身呈現(xiàn)出粘塑性和流變性，所以，車轍可以看作是瀝青混合料在剪應(yīng)力作用下塑性流動(dòng)的結(jié)果。因此，采用車轍作為橋面瀝青鋪裝層的控制指標(biāo)時(shí)，以橋面瀝青鋪裝層內(nèi)部的最大剪應(yīng)力作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)中控制鋪裝層內(nèi)部的最大剪應(yīng)力值不應(yīng)超過瀝青混凝土鋪裝材料的容許值。2.2.2推移和擁包橋面瀝青混凝土鋪裝層在受到較大的行車荷載作用時(shí)，其表面會(huì)出現(xiàn)推移和擁包等破壞。造成這些破壞

22、的原因是由于在荷載引起的垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力的綜合作用下，鋪裝層內(nèi)部產(chǎn)生的剪應(yīng)力超過材料的抗剪強(qiáng)度。為了防止橋面瀝青鋪裝層表面發(fā)生推移、擁包等破壞，采用抗剪強(qiáng)度作為瀝青鋪裝層的控制標(biāo)準(zhǔn)，控制公式如下：式中 :在荷載的垂直力和水平力的作用下，瀝青鋪裝層中產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力； :鋪裝材料的容許抗剪強(qiáng)度；2.2.3防水粘結(jié)層剪切破壞防水粘結(jié)層的剪切破壞是橋面鋪裝特有的主要破壞類型。橋面板與瀝青鋪裝層間粘結(jié)層的破壞會(huì)很大程度降低了兩者的復(fù)合作用，增加了鋪裝層內(nèi)部的應(yīng)力，加速橋面鋪裝的損壞，因此必須嚴(yán)格控制粘結(jié)層的剪切破壞。采用粘結(jié)層剪切破壞作為橋面鋪裝的控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，以橋面板與瀝青鋪裝層間的最大剪應(yīng)力作為設(shè)

23、計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)中控制層間的最大剪應(yīng)力不應(yīng)超過鋪裝層間的容許抗剪強(qiáng)度，即:式中 :理論計(jì)算得到的橋面板與瀝青鋪裝層間的最大剪應(yīng)力； :橋面板與瀝青鋪裝層間的容許抗剪強(qiáng)度；2.2.4疲勞開裂橋面瀝青鋪裝層的疲勞開裂是指其在正常使用情況下，由行車荷載的反復(fù)作用所引起的開裂破壞，是橋面鋪裝的主要破壞類型。橋面瀝青鋪裝層的疲勞開裂不僅直接影響到橋面鋪裝的路用性能，而且對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)也有不利影響。瀝青鋪裝層開裂后，雨水可以更加便捷地侵蝕橋梁結(jié)構(gòu)的主體，直接威脅橋梁結(jié)構(gòu)的安全。因此，必須控制橋面鋪裝的疲勞開裂。采用疲勞開裂作為橋面鋪裝的控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，以橋面鋪裝層表面的最大拉應(yīng)變(拉應(yīng)力)作為設(shè)計(jì)指標(biāo)，設(shè)計(jì)中控制其

24、表面的最大拉應(yīng)變(拉應(yīng)力)不超過瀝青鋪裝材料的容許值。2.3本章小結(jié)（1）通過對(duì)橋面鋪裝病害狀況的調(diào)查，其早期的損壞形式主要有:車轍、推移、開裂、松散、坑槽等。導(dǎo)致橋面瀝青鋪裝損壞的原因是多方面的，貫穿設(shè)計(jì)、施工、使用、養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)；其中主要的原因在于鋪裝材料及層間抗剪、粘結(jié)強(qiáng)度不足，以及溫度和水的影響等。（2）通過對(duì)橋面鋪裝病害狀況的分析，防水粘結(jié)層是橋面鋪裝結(jié)構(gòu)體系中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其粘結(jié)性能和防水性能對(duì)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的耐久性起著至關(guān)重要的作用。防水粘結(jié)層的剪切破壞是橋面鋪裝特有的破壞類型，因此如何控制橋面板與瀝青鋪裝層間的最大剪應(yīng)力不超過層間容許的抗剪強(qiáng)度是后續(xù)的研究重點(diǎn)。3 橋面鋪裝防水粘

25、結(jié)性能研究橋面防水系統(tǒng)包括防水和排水兩部分，通過有效的防排水措施，將橋面滯留水迅速排除，有利于橋梁結(jié)構(gòu)的安全。3.1橋面排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)完整的排水系統(tǒng)由橋面縱坡、橫坡與一定數(shù)量的泄水管構(gòu)成。橋面排水系統(tǒng)按排水的目的主要包括鋪裝層表面排水和鋪裝層結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水兩部分；按結(jié)構(gòu)組成則包括橋面本身、過水?dāng)嗝?、進(jìn)水口、排水管、落水管和橋頭集水設(shè)施等。3.1.1泄水管的布置我國高速公路橋面的排水設(shè)計(jì)大部分采用鑄鐵泄水管，由于管口的設(shè)計(jì)標(biāo)高與瀝青鋪裝層頂面標(biāo)高一致，同時(shí)硅防撞護(hù)欄與橋面鋪裝及泄水管身都是實(shí)體緊密接觸，使得雨水及滲入鋪裝層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水不能及時(shí)排出，從而造成橋梁的水損害。本文采用鑄鐵泄水管，適用于

26、具有防水層的鋪裝結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑一般為100-150mm，泄水管頂部采用鑄鐵格柵蓋，格柵蓋點(diǎn)焊于漏斗上，泄水管管口及其附近應(yīng)略低于瀝青鋪裝層頂部5-10mm，以便排水順暢；另外，泄水管下端應(yīng)伸出行車道板主梁底面以下至少150-200mm，以防雨水滲濕主梁肋表面。泄水管的總體布置見圖3.1所示。 圖3.1泄水管的總體布置圖泄水管的過水面積通常為每平方米橋面不小于23cm2，泄水管可沿行車道兩側(cè)左右對(duì)稱排列，也可交錯(cuò)排列。泄水管的布設(shè)應(yīng)錯(cuò)開橋梁的伸縮縫，在橋梁伸縮縫的上游方向應(yīng)增設(shè)泄水口，以減少流向伸縮縫的水量。若橋梁位于凹行豎曲線內(nèi)，此時(shí)應(yīng)減小泄水管的設(shè)置間距，增加泄水管的設(shè)置數(shù)量，以便迅速排除雨水

27、。施工時(shí)應(yīng)特別注意處理好泄水管與防水層的結(jié)合處，防水層的邊緣要緊夾在管子頂緣與泄水漏斗之間，以便防水層的滲水能流入管內(nèi)。泄水口周圍的橋面板應(yīng)配置補(bǔ)強(qiáng)鋼筋網(wǎng)。為便于橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水，鑄鐵泄水管伸入橋面鋪裝結(jié)構(gòu)層的部分做成橢圓孔狀，長軸和短軸分別為60mm和20mm，孔間距20mm，沿圓周均勻分布，泄水鋼管展開大樣見圖3.2所示。同時(shí)，采用在瀝青鋪裝層與護(hù)欄間隙粘貼瀝青基防水?dāng)D壓條的辦法來有效防止水分從間隙滲入。圖3.2泄水鋼管展開大樣圖對(duì)于橋下有通行要求的橋梁，為防止雨天泄水孔的排水影響橋下車輛通行，橋面進(jìn)水口接pvc落水管將雨水排至橋下排水溝；其總體布置見圖3.3所示。圖3.3有通行要求

28、的橋面排水系統(tǒng)布置圖3.1.2碎石盲溝的設(shè)置為了迅速排除橋面積水，除原有的泄水管外，同時(shí)在橋梁的兩側(cè)邊緣(或彎橋的彎道內(nèi)側(cè))沿著橋梁防撞護(hù)欄設(shè)置縱向碎石盲溝，盲溝深度為橋面鋪裝下面層的厚度，寬度為100-15omm，滲入橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分，沿著橋面橫坡由層間空隙及混合料的孔隙流入碎石盲溝，再通過間隔一定距離布設(shè)的泄水管引出橋面，以加強(qiáng)橋面鋪裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部排水；碎石盲溝的布置見圖3.4所示。圖3.4碎石盲溝的布置圖碎石盲溝布置在橋面較低一側(cè)的防撞墻邊，先進(jìn)行瀝青鋪裝下面層的施工，待碾壓結(jié)束后，在距離防撞墻100-150mm處進(jìn)行鋸縫，然后清除瀝青混合料，用空隙率較大的單級(jí)配碎石、瀝青碎石或水泥

29、穩(wěn)定碎石進(jìn)行填充；其上鋪設(shè)自粘式玻纖格柵，灑少許粘層油后進(jìn)行瀝青鋪裝上面層的施工。在制作碎石盲溝及鋪設(shè)瀝青鋪裝層時(shí)，務(wù)必注意防止碎石及瀝青混合料堵塞泄水孔入口，從而影響排水效果。3.1.3橋梁伸縮縫的設(shè)置在溫度變化的影響下，橋梁將沿縱橋向產(chǎn)生膨脹或收縮的變形；車輛荷載也將引起梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)和縱橋向位移。伸縮縫在保證梁體縱向伸縮的同時(shí)，也應(yīng)重視防水設(shè)計(jì)。伸縮縫正確、合理的設(shè)置對(duì)橋面防水起到事半功倍的效果。因此，建議選用橫向兩端有翹頭的伸縮縫，使得整個(gè)伸縮縫形成一個(gè)閉合良好的u型槽，可以有效避免橋面積水沿伸縮縫這個(gè)排水薄弱環(huán)節(jié)下泄到梁端及蓋梁上，其構(gòu)造示意見圖3.5所示。同時(shí)，考慮在伸縮縫上游方向設(shè)置

30、條形透水性瀝青混凝土。圖3.5伸縮縫構(gòu)造示意圖橋面排水是影響瀝青鋪裝層使用的一個(gè)重要方面，其設(shè)計(jì)和施工應(yīng)從混凝土整平層、瀝青鋪裝層、橋面防水層、伸縮縫等方面統(tǒng)籌考慮。水泥混凝土橋面瀝青鋪裝層經(jīng)常出現(xiàn)的耐久性差、使用壽命短等病害，這些都與防水粘結(jié)層的設(shè)置密切相關(guān)。對(duì)于混凝土的防水，可將其分為混凝土結(jié)構(gòu)自防水和柔性外包防水兩種?；炷两Y(jié)構(gòu)自防水主要是依靠混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)來實(shí)現(xiàn)；而柔性外包防水則是采用防水卷材或防水涂料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行外包，從而達(dá)到其防水目的。3.2橋面防水混凝土材料試驗(yàn)3.2.1混凝土結(jié)構(gòu)滲漏的原因混凝土結(jié)構(gòu)之所以會(huì)產(chǎn)生漏水現(xiàn)象，主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)本身所決定的?；炷潦且环N非均質(zhì)

31、脆性材料，無論從宏觀上還是從微觀上看均屬于多孔結(jié)構(gòu)?；炷两Y(jié)構(gòu)中的孔隙按其成因可分為施工孔隙和構(gòu)造孔隙兩大類。施工孔隙主要是由于澆筑時(shí)振搗不良所引起的；構(gòu)造孔隙主要取決于水灰比，是混凝土凝結(jié)硬化過程中形成的。當(dāng)然，多孔材料的滲透性還受到孔結(jié)構(gòu)的影響，材料內(nèi)部的封閉孔隙對(duì)材料的滲透性沒有影響，只有那些連通孔隙才能引起材料的滲漏問題?？捉Y(jié)構(gòu)的另一個(gè)影響因素是孔徑分布，如果所有的微孔中孔徑細(xì)的凝膠孔所占的比率較大，混凝土結(jié)構(gòu)的滲透性就比較低。但對(duì)于普通混凝土結(jié)構(gòu)來說，除了凝膠孔以外，其余的孔隙大多是開放式的，是引起混凝土滲漏的主要原因。影響混凝土結(jié)構(gòu)滲漏的另一個(gè)重要因素是混凝土結(jié)構(gòu)中的微裂縫?；炷?/p>

32、還處于塑性階段時(shí)，表面水分會(huì)大量、迅速的蒸發(fā)，當(dāng)表面水分蒸發(fā)的速度超過混凝土內(nèi)部水分向表面遷移的速度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生塑性收縮裂縫。由于混凝土的干燥收縮通常是在硬化后幾個(gè)月甚至一年內(nèi)才完成，連續(xù)不斷的收縮受到限制后還可能導(dǎo)致由于其它原因產(chǎn)生的裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，并且與水泥石中的裂縫連通，大大增加系統(tǒng)的滲透性。在混凝土澆筑后由于自然條件的變化、物理載荷作用等原因也會(huì)產(chǎn)生裂紋，而且由于地基沉降、振動(dòng)載荷等引起的往往是大的裂縫，它們的滲漏更為嚴(yán)重。此外，混凝土結(jié)構(gòu)中還存在著滲漏水問題嚴(yán)重的施工縫和結(jié)構(gòu)伸縮縫等。綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生滲漏的原因主要有兩個(gè)方面，一是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙；二是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的裂縫

33、。這些結(jié)構(gòu)缺陷是由內(nèi)、外兩種原因所造成的，內(nèi)因主要是指混凝土組分的物理化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷，它們是混凝土自身無法克服的缺陷；外因則是指自然條件作用、物理載荷、混凝土的使用環(huán)境和施工因素等，它們有些可以通過人為地控制來消除，有些則是無法估計(jì)、預(yù)防的；因此，混凝土結(jié)構(gòu)的滲漏水問題是難以通過混凝土自身來解決的。由于普通混凝土結(jié)構(gòu)無法克服自身的滲漏問題，往往在處理混凝土建筑物結(jié)構(gòu)的滲漏水問題時(shí)，普遍采用兩種防治方法:一種方法是復(fù)合防水，即采用各種防水材料進(jìn)行防水，在設(shè)防中采用多種不同性能的防水材料，利用各自具有的特性，做到“剛?cè)峤Y(jié)合、多道設(shè)防、綜合治理”；另一種方法則是結(jié)構(gòu)自防水，即采用一定的形式或方法

34、使混凝土結(jié)構(gòu)本身擁有防水能力或結(jié)合排水進(jìn)行防水，如摻用防水劑等化學(xué)外加劑，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙中生成不溶于水的晶體堵塞混凝土滲水的通道，從而顯著地提高混凝土的抗?jié)B性能。3.2.2抗?jié)B性能試驗(yàn)試驗(yàn)是對(duì)基體混凝土、摻加不同防水材料的混凝土試件，在恒定水壓力下維持一定的時(shí)間后，通過觀察試件表面的透水情況，來用于判斷防水材料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B能力的改善情況。（1）材料準(zhǔn)備試驗(yàn)選取了賽柏斯、“雨虹”牌pcc-502兩種水泥基滲透結(jié)晶型防水材料，進(jìn)行抗?jié)B性試驗(yàn)研究。本文采用強(qiáng)度等級(jí)為42.5的普通硅酸鹽水泥，按照公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程jtg e3o-2005，經(jīng)測定水泥的各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均符合規(guī)

35、范要求，見表3.1所示。試驗(yàn)所采用的集料為石灰?guī)r，粒徑分別為5-10mm和10-2omm，經(jīng)測定其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范jtg f30一2003中級(jí)以上集料的技術(shù)要求。表3.1水泥技術(shù)性能指標(biāo)（2）試驗(yàn)儀器試驗(yàn)采用的透水儀為水泥混凝土滲透儀，見圖3.6所示。圖3.6水泥混凝土滲透儀（3）試件制備為了評(píng)價(jià)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的工作性，試驗(yàn)采用水泥混凝土試塊，所選擇的基體混凝土應(yīng)具有一定的強(qiáng)度，同時(shí)抗?jié)B能力又較低。根據(jù)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料(gb18445-2001)規(guī)范要求:基體混凝土28d抗?jié)B壓力為0.3mpao.4mpa，且水泥用量不宜低于250kg/m3。因

36、此，試驗(yàn)選用基體混凝土的配合比見表3.2所示。表3.2基體混凝土配合比原材料水泥碎石砂水質(zhì)量配比1.004.403.300.80附注1:水泥用量為250kg/m3。按照表3.2的基體混凝土配合比將水泥、砂石集料攪拌均勻后，成型上下直徑與高均為150mm的圓柱形抗?jié)B試件(見圖3.7所示)，在混凝土振動(dòng)臺(tái)上稍做振實(shí)，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，試件齡期為28d。進(jìn)行橋面防水混凝土材料試驗(yàn)時(shí)，由于水泥基滲透結(jié)晶型防水劑的加入改變了原有混凝土諸多方面的性質(zhì)；為了便于與基體混凝土進(jìn)行對(duì)比，在保證水灰比相同的前提下，試驗(yàn)選用的配合比是在基體混凝土配合比的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上添加1%(摻和劑量為水泥劑量的1%)的防水材

37、料。圖3.7圓柱形抗?jié)B試件（4）抗?jié)B試驗(yàn)抗?jié)B壓力可以評(píng)價(jià)水泥基滲透結(jié)晶型防水劑對(duì)混凝土抗?jié)B性能的改善程度。按照水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程(dl/t5150-2001)中規(guī)定，試驗(yàn)采用水泥加黃油(水泥與黃油的質(zhì)量比為3:l)的方法進(jìn)行密封。待混凝土試件養(yǎng)生28d后，通過對(duì)基準(zhǔn)混凝土與摻加不同水泥基滲透結(jié)晶型防水劑試件的抗?jié)B性能進(jìn)行測試，以對(duì)比不同的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能的改善狀況；試驗(yàn)每組6個(gè)試件，開始試驗(yàn)時(shí)，試件底部所施加的水壓為0.1mpa，然后每隔8小時(shí)增加0.1mpa的壓力，以一組6個(gè)試件中有3個(gè)試件表面發(fā)現(xiàn)滲透水珠，即可停止試驗(yàn)，記下此時(shí)的水壓力。抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果見表3.3所

38、示。表3.3摻有不同防水材料棍凝土的抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果（5）結(jié)果分析經(jīng)過抗?jié)B試驗(yàn)顯示，基體混凝土28d的抗?jié)B壓力為0.3o.4mpa；摻和有水泥基滲透結(jié)晶型防水劑的混凝土試塊，其防水抗?jié)B性能比空白基體試塊有很大的提高，從測得的抗?jié)B壓力可知，其抗?jié)B壓力達(dá)到0.8mpa以上，為基體混凝土抗?jié)B能力的2倍左右?；炷两Y(jié)構(gòu)的抗?jié)B性用抗?jié)B等級(jí)(p)或滲透系數(shù)來表示。我國標(biāo)準(zhǔn)采用抗?jié)B等級(jí)，抗?jié)B等級(jí)是以28d齡期的標(biāo)準(zhǔn)試件，按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)所能承受的最大水壓力來確定。混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(gb50164-92)根據(jù)混凝土試件在抗?jié)B試驗(yàn)時(shí)所能承受的最大水壓力，將混凝土的抗?jié)B等級(jí)劃分為p4、p6、p8、p10、p

39、12等五個(gè)等級(jí)。相應(yīng)表示混凝土抗?jié)B試驗(yàn)時(shí)一組6個(gè)試件中4個(gè)試件未出現(xiàn)滲水時(shí)不同的最大水壓力。以此時(shí)的最大水壓計(jì)算混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)，其計(jì)算公式見式(3.1)所示: p=10pt-1 式中:p混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)； pt第三個(gè)試件頂面出現(xiàn)滲水的壓力(mpa)?；w混凝土的抗?jié)B標(biāo)號(hào)為p3，而摻和pcc-502劑及xypex劑的抗?jié)B標(biāo)號(hào)分別達(dá)到了p7和p9，說明水泥基滲透結(jié)晶型防水劑可以有效的提高混凝土的抗?jié)B性能。3.2.3抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)試驗(yàn)的目的主要是為了測定同一水灰比條件下的基體混凝土、摻加水泥基滲透結(jié)晶型防水劑混凝土的抗壓力學(xué)性能，進(jìn)一步探討分析水泥基滲透結(jié)晶型防水劑的改善混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能的原因，抗

40、壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表3.4所示。表3.4抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果從表3.4可知，摻加水泥基滲透結(jié)晶型防水劑混凝土的抗壓強(qiáng)度較基體混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定的提高，提高幅度達(dá)到10%以上。在其他前提條件相同時(shí)，混凝土的強(qiáng)度主要決定于水泥石的強(qiáng)度；而在熟料礦物組成相近的條件下，水泥石的強(qiáng)度主要跟其水化程度有關(guān)。隨著水化程度的提高，凝膠體積不斷增加，毛細(xì)孔隙率相應(yīng)減少，增加了混凝土的密實(shí)性，從而提高了混凝土的抗?jié)B能力和抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，從另一個(gè)角度也說明了摻加水泥基滲透結(jié)晶型防水劑主要起到了提高水泥水化程度的作用。3.3橋面柔性防水粘結(jié)材料試驗(yàn)柔性外包防水通常是指利用防水卷材或防水涂料對(duì)橋面混凝土主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行外包處

41、理，從而防止水分進(jìn)入橋梁結(jié)構(gòu)。3.3.1防水粘結(jié)材料的性能要求防水粘結(jié)材料性能的好壞對(duì)橋面鋪裝的使用壽命有著直接的影響。對(duì)防水粘結(jié)材料的性能要求概括為:在設(shè)計(jì)年限內(nèi)不透水，并能承上啟下將瀝青鋪裝層與水泥橋面板聯(lián)結(jié)為一體來抵抗交通荷載的作用。具體來說，對(duì)橋面防水粘結(jié)層的性能要求如下:（1）較強(qiáng)的抗?jié)B能力；（2）力學(xué)性能穩(wěn)定；（3）良好的抗變形能力；（4）良好的耐久性能；（5）良好的協(xié)調(diào)性能；（6）施工操作性好。3.3.2防水粘結(jié)材料的選擇根據(jù)國內(nèi)外橋面防水粘結(jié)材料的應(yīng)用情況和發(fā)展方向，選用sbr改性乳化瀝青、sbs改性瀝青、amp-100、橡膠瀝青、tps高粘瀝青及環(huán)氧瀝青，在表面刷毛的水泥混凝

42、土板上進(jìn)行室內(nèi)模擬路用性能試驗(yàn)。（1）sbr改性乳化瀝青sbr改性乳化瀝青能顯著提高瀝青的低溫性能以及抗開裂能力，其粘結(jié)力、粘附性能較普通乳化瀝青有較大的提高。（2）高劑量sbs改性瀝青sbs改性瀝青提高了瀝青的耐高溫性能與低溫變形能力，使sbs改性瀝青具有“剛?cè)岵?jì)”的力學(xué)特性。（3）amp-100amp-100二階反應(yīng)型防水材料是單組分黑色粘稠液體，其主要成分為天然瀝青與石油瀝青共混物中加入石油基活性反應(yīng)物質(zhì)；一階反應(yīng)過程結(jié)束后生成了一定強(qiáng)度的彈性膠質(zhì)材料，防止施工車輛以及高溫瀝青混凝土鋪裝設(shè)備破壞防水粘結(jié)層；二階反應(yīng)過程結(jié)束后形成了更高彈塑性的防水粘結(jié)層。（4）橡膠瀝青橡膠瀝青屬于橡膠型

43、合成高分子類防水材料，是廢舊輪胎橡膠粉和瀝青的共混物，橡膠粉和瀝青的性質(zhì)、橡膠粉的摻量以及橡膠瀝青拌制工藝都可能對(duì)橡膠瀝青的性質(zhì)有一定的影響。本文自行加工橡膠改性瀝青，材料分別選用90號(hào)基質(zhì)瀝青和60目的橡膠粉。（5）tps高粘瀝青tps外觀為黑色或黃色顆粒，是一種涂膜類、熱熔型瀝青改性粘結(jié)材料，此種材料具有較高的粘度，將其添加到瀝青中制備出的高粘瀝青。（6）環(huán)氧瀝青環(huán)氧瀝青膠結(jié)料是由組分a(環(huán)氧樹脂)和組分b(一種由石油瀝青和固化劑組成的勻質(zhì)合成物)組成，是通過在瀝青中摻入一定比例的環(huán)氧樹脂、固化劑與催化劑后，在加熱條件下發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)而得到的高性能復(fù)合材料；其發(fā)生固化反應(yīng)后形成了典

44、型的熱固性材料，從根本上改變了瀝青材料的熱塑性，賦予瀝青以優(yōu)良的物理、力學(xué)性能。3.3.3防水粘結(jié)層試驗(yàn)方法國內(nèi)外有許多關(guān)于防水粘結(jié)材料路用性能的試驗(yàn)，我國于2003年，由長安大學(xué)主持完成的“水泥混凝土橋面防水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)的研究”課題，提出了橋面防水粘結(jié)材料路用性能的測試方法，并研制了相應(yīng)的測試儀器，見表3.10所示。目前，常用的防水粘結(jié)層路用性能室內(nèi)評(píng)價(jià)試驗(yàn)主要包括剪切試驗(yàn)以及拉拔試驗(yàn)，其中剪切試驗(yàn)包括有正壓力(如27和40斜面剪切、固定正壓力剪切)及無正壓力(如直接剪切)兩種情況。各種試驗(yàn)方法的適用條件如下:（1）有正壓力剪切試驗(yàn):可以模擬與路面實(shí)際受力狀況相接近的不同荷載條件下的剪

45、切情況，主要反映防水粘結(jié)層間的摩阻力及粘結(jié)力的綜合性能，不能單獨(dú)反映防水粘結(jié)材料的性能，適合于評(píng)價(jià)鋪裝層間結(jié)構(gòu)整體的抗剪性能。表3.10防水粘結(jié)層性能試驗(yàn)方法（2）無正壓力剪切試驗(yàn):可以單獨(dú)地反映防水粘結(jié)材料的路用性能，適合于評(píng)價(jià)防水粘結(jié)材料自身的抗剪性能。（3）拉拔試驗(yàn):可以用來評(píng)價(jià)防水粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度；與剪切試驗(yàn)相比，拉拔試驗(yàn)還可以根據(jù)界面的破壞情況判定鋪裝結(jié)構(gòu)體系中的薄弱部位。綜上所述，本文依據(jù)橋面瀝青鋪裝層的工作環(huán)境及功能要求，對(duì)防水粘結(jié)層進(jìn)行相關(guān)的路用性能試驗(yàn):（1）防止防水粘結(jié)層在車輛緊急剎車時(shí)的制動(dòng)作用下發(fā)生剪切破壞，主要通過剪切試驗(yàn)來進(jìn)行評(píng)價(jià)；（2）要求橋面板與瀝青鋪裝層在輪

46、載作用下保持其整體性，具有可靠粘結(jié)力，主要通過拉拔試驗(yàn)來評(píng)價(jià)。3.3.4剪切試驗(yàn)橋面防水粘結(jié)層的抗剪性能是一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。試驗(yàn)是為了評(píng)價(jià)防水粘結(jié)層與瀝青鋪裝層及混凝土橋面板之間的抗剪強(qiáng)度，建立相應(yīng)的剪切指標(biāo)，為防水粘結(jié)材料的選擇、設(shè)計(jì)與施工提供技術(shù)指導(dǎo)。（1）剪切儀器及模型試驗(yàn)采用課題組研制的剪切儀器，主要由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、剪切系統(tǒng)、加載系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等四大部分組成。該儀器加載速率為50mm/min，采用控制應(yīng)變的加載模式，試件直徑為101.6mm。綜合考慮試驗(yàn)方法的特點(diǎn)及適用條件，本文采用無正壓力的剪切試驗(yàn)對(duì)防水粘結(jié)材料的路用性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，其試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵妶D3.9所示。圖3.9剪切試驗(yàn)?zāi)?/p>

47、型（2）試件準(zhǔn)備利用車轍板試模預(yù)制尺寸為300mm300mm50mm的水泥混凝土板，待其初凝后，模擬橋面板表面的實(shí)際紋理構(gòu)造將其表面進(jìn)行刷毛處理，養(yǎng)生齡期為28d。待水泥混凝土板表面潔凈干燥后，在其表面涂刷防水粘結(jié)層，然后再在其上加鋪50mm厚的瀝青混凝土。冷卻后脫模，利用鉆芯機(jī)取出直徑為100mm高為100mm復(fù)合試件，進(jìn)行剪切試驗(yàn)。（3）試驗(yàn)方案影響層間抗剪強(qiáng)度的主要因素包括:材料因素(防水粘結(jié)材料的類型及用量)、荷載因素(剪切速率、垂直壓力)、環(huán)境因素(溫度、濕度)等。本章試驗(yàn)主要考慮防水粘結(jié)材料的類型、材料用量，通過測定幾種防水粘結(jié)材料在不同條件下的抗剪強(qiáng)度，對(duì)比評(píng)價(jià)各防水粘結(jié)材料的抗

48、剪性能。剪切試驗(yàn)的方案為:確定各種材料的單位最佳用量。其他試驗(yàn)參數(shù)相同，對(duì)各種材料在一定范圍內(nèi)變動(dòng)其涂抹用量，進(jìn)行層間剪切試驗(yàn)，確定不同材料的最佳涂抹用量；考慮到材料對(duì)溫度的敏感性，在單位最佳用量下，進(jìn)行變溫剪切試驗(yàn)，分析溫度變化對(duì)不同材料層間抗剪強(qiáng)度的影響。（4） 數(shù)據(jù)處理防水粘結(jié)層的抗剪強(qiáng)度的計(jì)算公式: 式中:抗剪強(qiáng)度(mpa)； f最大剪切力(n)； s剪切面積(m2)，s=7.8510-3m2。（1）單位最佳用量的確定涂膜類防水粘結(jié)材料在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中存在著單位最佳用量。如果單位涂抹用量過少，會(huì)由于其無法形成連續(xù)的膜體而不能提供足夠的層間粘結(jié)力；單位用量太大，則會(huì)由于材料的潤滑作用而使

49、層間集料的嚙合和摩擦作用降低，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度的降低。本文通過改變防水粘結(jié)材料的單位涂抹用量，采用層間抗剪強(qiáng)度為控制指標(biāo)，來確定防水粘結(jié)材料的單位最佳用量。sbr改性乳化瀝青sbr改性乳化瀝青的單位涂抹用量及剪切強(qiáng)度的變化趨勢(shì)見表3.11及圖3.10所示。表3.1.1 sbr改性乳化瀝青不同單位用量下的抗剪強(qiáng)度圖3.10 sbr改性乳化瀝青用量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸及綜合分析，確定sbr改性乳化瀝青在此刷毛界面的最佳用量在1.75kg/m2左右，具體用量應(yīng)根據(jù)界面的粗糙程度來確定。sbs改性瀝青sbs改性瀝青的單位涂抹用量及其剪切強(qiáng)度的變化趨勢(shì)見表3.12及圖3.11所示。表3.12

50、 sbs改性瀝青不同單位用量下的抗剪強(qiáng)度圖3.11 sbs改性瀝青用量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸及綜合分析，確定sbs改性瀝青在此刷毛界面的最佳用量在1.35kg/m2，左右，具體用量應(yīng)根據(jù)界面的粗糙程度來確定。橡膠瀝青橡膠改性瀝青的單位涂抹用量及其剪切強(qiáng)度的變化趨勢(shì)見表3.13及圖3.12所示。表3.13橡膠瀝青不同單位用量下的抗剪強(qiáng)度圖3.12橡膠瀝青用量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸及綜合分析，確定橡膠改性瀝青在此刷毛界面的最佳用量在1.4kg/m2左右，具體用量應(yīng)根據(jù)界面的粗糙程度來確定。環(huán)氧瀝青環(huán)氧瀝青的單位涂抹用量及其剪切強(qiáng)度的變化趨勢(shì)見表3.14及圖3.13所示。

51、表3.14環(huán)氧瀝青不同單位用量下的抗剪強(qiáng)度圖3.13環(huán)氧瀝青用量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸及綜合分析，確定環(huán)氧瀝青在此刷毛界面的最佳用量在1.2kg/m2左右，具體用量應(yīng)根據(jù)界面的粗糙程度來確定。高粘性瀝青高粘性瀝青的單位涂抹用量及其剪切強(qiáng)度的變化趨勢(shì)見表3.15及圖3.14所示。表3.15高粘性瀝青不同單位用量下的抗剪強(qiáng)度圖3.14高粘性瀝青用量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸及綜合分析，確定高粘性瀝青在此刷毛界面的最佳用量在1.35kg/m2左右，具體用量應(yīng)根據(jù)界面的粗糙程度來確定。amp-100二階反應(yīng)型amp-100的單位涂抹用量及其剪切強(qiáng)度的變化趨勢(shì)見表3.16及圖3.

52、15所示表3.16 amp-100不同單位用量下的抗剪強(qiáng)度圖3.15 amp-100用量與抗剪強(qiáng)度的關(guān)系通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸及綜合分析，確定amp-100在此刷毛界面的最佳用量在1.4kg/m2左右，具體用量應(yīng)根據(jù)界面的粗糙程度來確定。（2）環(huán)境溫度對(duì)抗剪強(qiáng)度的影響在低溫狀態(tài)下，橋面防水粘結(jié)材料表現(xiàn)為彈性狀態(tài)，層間粘結(jié)性能好；當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，其表現(xiàn)為粘性狀態(tài)，使層間抗剪強(qiáng)度降低，導(dǎo)致發(fā)生剪切破壞。我國夏季高溫時(shí)段橋面最高溫度可達(dá)60以上。不同類型材料對(duì)溫度的敏感性有所差異，但其粘度仍會(huì)隨著溫度的升高而呈下降趨勢(shì)，即層間抗剪強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而降低，因此，必須考慮環(huán)境溫度變化對(duì)材料選擇的影響

53、。本文根據(jù)上述得出的各種防水粘結(jié)材料的單位最佳用量，在無正應(yīng)力的條件下，進(jìn)行25和60兩種不同溫度下的剪切試驗(yàn)，研究對(duì)比各防水粘結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見表3.17所示。表3.17 不同溫度下各種防水粘結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度圖3.16 不同溫度下各種材料的抗剪強(qiáng)度比較由表3.17和圖3.16可以看出，環(huán)氧瀝青和sbs改性瀝青不論在何種溫度條件下的抗剪強(qiáng)度都要優(yōu)于其他幾種防水粘結(jié)材料；另外，隨著環(huán)境溫度的變化，各種材料的抗剪強(qiáng)度也隨之變化。當(dāng)環(huán)境溫度的上升時(shí)，各種材料的抗剪強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的升高而迅速下降。由此可知，橋面瀝青鋪裝層最容易在夏季高溫時(shí)段發(fā)生剪切破壞，因此在選擇防水粘結(jié)材料時(shí)應(yīng)采用高溫情況

54、下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)來衡量。3.3.5拉拔試驗(yàn)拉拔試驗(yàn)的目的是為了檢測防水粘結(jié)材料與水泥橋面板及瀝青鋪裝層之間的粘結(jié)強(qiáng)度以及界面破壞特征，研究分析不同外界環(huán)境因素對(duì)層間粘結(jié)強(qiáng)度的影響規(guī)律。（1）拉拔儀器及模型試驗(yàn)所用儀器為長安大學(xué)公路學(xué)院研發(fā)的lgz-1型結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度拉拔儀(見圖3.17所示)。lgz-1型結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度拉拔儀，主要由控制箱和拉拔機(jī)構(gòu)，拉伸速度為50mm/min，可用于路面、建筑等防水層拉拔試驗(yàn)。（2）試驗(yàn)方案及準(zhǔn)備影響拉拔試驗(yàn)的主要因素可分為:材料因素(防水粘結(jié)材料的類型及用量)、拉拔速率、環(huán)境因素(溫度、濕度)等。試驗(yàn)由于受到拉伸速率恒定條件的限制，只考慮防水粘結(jié)材料類型和環(huán)境溫

55、度對(duì)拉拔試驗(yàn)的影響。拉拔試驗(yàn)的方案為:在單位最佳用量下，其它外界因素相同時(shí)，比較幾種防水粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度；其它外界因素相同，變化試驗(yàn)溫度，研究環(huán)境溫度對(duì)層間粘結(jié)強(qiáng)度的影響。與剪切試驗(yàn)相同，按照“預(yù)制水泥混凝土板一表面處理一涂刷防水粘結(jié)材料一碾壓瀝青混凝土”的順序成型試件。試件冷卻后，利用鉆芯機(jī)鉆取直徑為100mm高為100mm復(fù)合試件，將復(fù)合試件上下兩個(gè)表面清理干凈并用環(huán)氧樹脂膠將其粘結(jié)固定，養(yǎng)護(hù)24h。拉拔試驗(yàn)前，將制作成型的拉拔試件分別置于25、60恒溫箱中保持2小時(shí)；當(dāng)試件達(dá)到所設(shè)定的環(huán)境溫度后取出迅速進(jìn)行拉拔試驗(yàn)。（3）數(shù)據(jù)處理及分析橋面瀝青鋪裝結(jié)構(gòu)層間拉拔強(qiáng)度計(jì)算公式: 式中:粘結(jié)

56、強(qiáng)度(mpa) f實(shí)測拉拔力(n) s受力面積(mm2)，s=7.8510-3m2。 （1）材料類型對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響環(huán)境溫度為25，水泥混凝土表面經(jīng)過刷毛處理，速率50mm/min的條件下進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表3.18所示。3.18 25時(shí)不同防水粘結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度圖3.18 25時(shí)不同防水粘結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度比較由試驗(yàn)結(jié)果可知，防水粘結(jié)材料不同，其粘結(jié)強(qiáng)度有明顯的區(qū)別；由表3.18中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，防水粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度依次為:環(huán)氧瀝青sbs改性瀝青橡膠瀝青高粘性瀝青sbr改性乳化瀝青amp-100。（2）環(huán)境溫度對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度的影響不同試驗(yàn)溫度下，各種防水粘結(jié)材料的拉拔試驗(yàn)結(jié)果見表3.19所

57、示。表3.19不同溫度下各種防水粘結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度圖3.19不同溫度下各種防水粘結(jié)材料的拉拔強(qiáng)度比較由不同溫度下拉拔試驗(yàn)的結(jié)果可知，隨著環(huán)境溫度的升高，各種防水粘結(jié)材料的粘結(jié)強(qiáng)度均顯著降低(如圖3.19所示)，高溫條件下的粘結(jié)強(qiáng)度僅為常溫時(shí)的10%左右。由此可知，在夏季高溫時(shí)段，橋面鋪裝層最易發(fā)生破壞。3.3.6滲水性能試驗(yàn)橋面防水粘結(jié)層除了應(yīng)具有良好的粘結(jié)性能外，還應(yīng)具有防止外界水分進(jìn)入橋梁結(jié)構(gòu)主體的抗?jié)B性能。由于防水層的工作環(huán)境有所差異，直接將評(píng)價(jià)屋面防水工程抗?jié)B性能的方法用來評(píng)價(jià)橋面防水工程是不合適的。對(duì)橋面防水工程而言，防水層的抗?jié)B水性并不是防水材料在原始狀態(tài)下的不透水性。橋面防水粘結(jié)層施工完畢后，其上還需鋪筑瀝青混凝土面層，防水粘結(jié)層在壓路機(jī)的碾壓作用下可能被高溫