混凝土橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)及防水性能研究

1、混凝土橋面鋪裝的結(jié)構(gòu)及防水性能研究目 錄混凝土橋面鋪裝概述混凝土橋面鋪裝概述1 混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)功能混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)功能23混凝土橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)混凝土橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)4混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層混凝土橋面鋪裝概述混凝土橋面鋪裝概述v水泥混凝土橋面板特性水泥混凝土橋面板特性v橋面鋪裝層的要求橋面鋪裝層的要求v橋面鋪裝體系防水性能要求橋面鋪裝體系防水性能要求水泥混凝土橋面板特性水泥混凝土橋面板特性v 混凝土橋面板具有水泥混凝土的基本特性，混凝土橋面板具有水泥混凝土的基本特性，存在較多的存在較多的微空隙微空隙。由于混凝土在強(qiáng)度形成過程。由于混凝土在強(qiáng)度形成過程中產(chǎn)生較大的

2、水化熱，引起混凝土的收縮應(yīng)力使中產(chǎn)生較大的水化熱，引起混凝土的收縮應(yīng)力使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較多的混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較多的微裂縫微裂縫。這些空隙和裂縫。這些空隙和裂縫將給侵蝕物質(zhì)提供進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道，侵蝕將給侵蝕物質(zhì)提供進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道，侵蝕混凝土并銹蝕鋼筋，降低混凝土橋梁板的使用壽混凝土并銹蝕鋼筋，降低混凝土橋梁板的使用壽命。命。 橋面鋪裝層的要求橋面鋪裝層的要求v 具有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，防止在輪載與溫度應(yīng)力的共具有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，防止在輪載與溫度應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生裂縫；同作用下產(chǎn)生裂縫；v 表面還應(yīng)具有一定的抗凍、抗?jié)B、耐磨及抗滑性能表面還應(yīng)具有一定的抗凍、抗?jié)B、耐磨及抗滑性能;

3、 ;v 橋面必須是防水的，防水層與面層需確保在使用期內(nèi)的強(qiáng)橋面必須是防水的，防水層與面層需確保在使用期內(nèi)的強(qiáng)度與穩(wěn)定性；度與穩(wěn)定性；v 瀝青混合料經(jīng)常需具備高溫、低溫性能、水穩(wěn)性、耐久性、瀝青混合料經(jīng)常需具備高溫、低溫性能、水穩(wěn)性、耐久性、抗滑性等性能?？够缘刃阅?。v 根據(jù)根據(jù) 公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D50-2006JTG D50-2006）的要）的要求求 ，高速公路、一級(jí)公路的橋面鋪裝厚度宜為，高速公路、一級(jí)公路的橋面鋪裝厚度宜為7070100mm100mm，二級(jí)、三級(jí)公路橋面鋪裝厚度宜為二級(jí)、三級(jí)公路橋面鋪裝厚度宜為505090mm90mm。表面層厚度。表面層

4、厚度不小于不小于30mm30mm。若橋面鋪裝為單層時(shí)，厚度不宜小于。若橋面鋪裝為單層時(shí)，厚度不宜小于50mm50mm。v 當(dāng)混凝土橋面板需要設(shè)置調(diào)平層時(shí)，混凝土調(diào)平層厚度不當(dāng)混凝土橋面板需要設(shè)置調(diào)平層時(shí)，混凝土調(diào)平層厚度不宜小于宜小于8cm8cm，且應(yīng)按照要求設(shè)置鋼筋網(wǎng)。，且應(yīng)按照要求設(shè)置鋼筋網(wǎng)。橋面鋪裝體系防水性能要求橋面鋪裝體系防水性能要求v水損害是水泥混凝土橋?yàn)r青鋪裝層破壞的主要表水損害是水泥混凝土橋?yàn)r青鋪裝層破壞的主要表現(xiàn)形式現(xiàn)形式v水分和鹽分是引起橋面瀝青混凝土水損害和主梁水分和鹽分是引起橋面瀝青混凝土水損害和主梁鋼筋腐蝕的主要原因鋼筋腐蝕的主要原因v性能優(yōu)良的防水粘結(jié)層和防水體系是

5、保證橋面鋪性能優(yōu)良的防水粘結(jié)層和防水體系是保證橋面鋪裝耐久性的重要條件裝耐久性的重要條件 混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)功能混凝土橋面鋪裝結(jié)構(gòu)功能v鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖鋪裝結(jié)構(gòu)示意圖表 層瀝青混凝土防水粘接層防水體系水泥混凝土板v防水層保護(hù)橋面板不受路表水的侵害，并與橋面板和相鄰鋪裝層形成抗剪連接的各層組合體，一般由具有防水、粘接性能的層次組成。v 1、防水層不只是要與粘接層結(jié)合牢固，而且要與鋪裝層材料相容；v 2、不能因?yàn)殇佈b層的高溫施工而破壞；v 3、在鋪裝層需要碾壓成型時(shí)，防水層也不能因?yàn)槟雺憾唐?，也不能因?yàn)槟雺和茢D而導(dǎo)致防水層與粘接層（或橋面板）粘接力喪失v 鋪裝下層鋪裝下層不只是要有良好的承重和傳遞

6、荷載的性不只是要有良好的承重和傳遞荷載的性能，需要有良好的熱穩(wěn)性、抗水損害性能、適應(yīng)能，需要有良好的熱穩(wěn)性、抗水損害性能、適應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)變形的能力等，還要有良好的密水性。橋梁結(jié)構(gòu)變形的能力等，還要有良好的密水性。一般情況下，保護(hù)層應(yīng)采用空隙率小，抗?jié)B水性一般情況下，保護(hù)層應(yīng)采用空隙率小，抗?jié)B水性好的混合料類型。好的混合料類型。公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范公路瀝青路面設(shè)計(jì)規(guī)范（JTGD50-2006JTGD50-2006）規(guī)定：橋面鋪裝應(yīng)重視下面層的）規(guī)定：橋面鋪裝應(yīng)重視下面層的密水性和熱穩(wěn)性。密水性和熱穩(wěn)性。v磨耗層（鋪裝面層）磨耗層（鋪裝面層）直接與車輛輪胎及大氣接觸，直接與車輛輪胎及大氣接觸，需提供

7、平整、抗滑、耐久的行駛表面。因此，鋪需提供平整、抗滑、耐久的行駛表面。因此，鋪裝表面層應(yīng)粗糙，有足夠的紋理以提供長(zhǎng)期的裝表面層應(yīng)粗糙，有足夠的紋理以提供長(zhǎng)期的抗抗滑功能滑功能。鋪裝表面層也是在高溫天氣直接承受陽。鋪裝表面層也是在高溫天氣直接承受陽光照射，溫度也最高，也直接與雨水、酸霧等接光照射，溫度也最高，也直接與雨水、酸霧等接觸，因此要有足夠的觸，因此要有足夠的熱穩(wěn)性熱穩(wěn)性、抗老化性能抗老化性能、抗水抗水損害性能損害性能、抗裂性能抗裂性能等。等?；炷翗蛎驿佈b防水粘結(jié)層混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)層 混凝土橋混凝土橋面鋪裝層剪應(yīng)面鋪裝層剪應(yīng)力計(jì)算力計(jì)算防水粘結(jié)層防水粘結(jié)層 混凝土橋混凝土橋面鋪裝防

8、水粘面鋪裝防水粘結(jié)材料結(jié)材料選擇選擇混凝土橋面鋪裝層剪應(yīng)力混凝土橋面鋪裝層剪應(yīng)力鋪裝層間剪鋪裝層間剪應(yīng)力應(yīng)力鋪裝層厚度鋪裝層厚度 鋪裝層鋪裝層彈性模量彈性模量行車荷載行車荷載匝道坡度匝道坡度轉(zhuǎn)彎及制轉(zhuǎn)彎及制動(dòng)條件動(dòng)條件鋪裝層厚度及模量對(duì)層間剪應(yīng)力的影響鋪裝層厚度及模量對(duì)層間剪應(yīng)力的影響v 混凝土橋?yàn)r青鋪裝層的參數(shù)主要包括鋪裝層的厚度和鋪裝層的彈性模量。瀝青混凝土材料正趨于多樣化，材料不同，模量和強(qiáng)度差異很大。瀝青混凝土鋪裝層模量的改變影響到整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)的受力情況。0.30.320.340.360.380.45001000150020002500模量（MPa）最大剪應(yīng)力（MPa）4cm6cm8c

9、m10cm12cm行車荷載對(duì)鋪裝層受力的影響行車荷載對(duì)鋪裝層受力的影響v 近年來，超載現(xiàn)象在我國十分嚴(yán)重，且屢禁不止。超載作用會(huì)加大主梁的承載力，加快裂縫的發(fā)展，增加主梁撓度，對(duì)橋梁的正常使用造成很大的破壞。同時(shí)也對(duì)橋面鋪裝造成很大的影響0.30.350.40.450.50.550.60.650.50.70.91.11.31.5荷載（MPa）最大剪應(yīng)力（MPa）1000MPa1400MPa2000MPa匝道坡度對(duì)鋪裝層受力的影響匝道坡度對(duì)鋪裝層受力的影響v 匝道是城市快速路高架橋梁的主要集散通道，車輛在匝道上的行駛狀態(tài)往往是均速、慢行。因此，在分析匝道處橋面鋪裝結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)時(shí)應(yīng)與一般的正線橋

10、面鋪裝結(jié)構(gòu)有所不同。0.350.360.370.380.390.40.410.420.430.440.45012345678匝道坡度（%）最大剪應(yīng)力（MPa）1000MPa1200MPa1400MPa1600MPa1800MPa2000MPa轉(zhuǎn)彎及制動(dòng)條件下鋪裝層的力學(xué)響應(yīng)分析轉(zhuǎn)彎及制動(dòng)條件下鋪裝層的力學(xué)響應(yīng)分析v 車輛在經(jīng)過互通式立交跨線橋時(shí)轉(zhuǎn)彎的情況。這種情況下，車輛進(jìn)入彎道時(shí)產(chǎn)生的水平荷載包括兩個(gè)部分：一部分是由于車輛減速制動(dòng)產(chǎn)生的沿行車方向的水平制動(dòng)力；另一部分是由于進(jìn)入彎道產(chǎn)生的離心力沿徑向的水平分力。0.10.150.20.250.30.350.40.4500.10.20.30.4

11、0.50.60.7橫橋向水平力系數(shù)縱橋向水平力系數(shù)最大剪應(yīng)力（MPa）0.10.20.30.40.50.6混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)材料混凝土橋面鋪裝防水粘結(jié)材料優(yōu)良的適應(yīng)變形的能力優(yōu)良的適應(yīng)變形的能力優(yōu)良的耐高、低溫性能優(yōu)良的耐高、低溫性能優(yōu)良抗施工損傷性能優(yōu)良抗施工損傷性能優(yōu)良的層間粘結(jié)優(yōu)良的層間粘結(jié)和和防水防水性能性能防水粘結(jié)材料要求防水粘結(jié)材料要求防水粘結(jié)層材料防水粘結(jié)層材料類型類型改性瀝青改性瀝青熱融SBS改性瀝青改性乳化瀝青環(huán)氧瀝青涂膜類涂膜類聚合物水泥基防水涂料AMP-100二階反應(yīng)型防水粘結(jié)材料卷材類卷材類其他其他防水粘結(jié)材料防水粘結(jié)材料防水粘結(jié)材料性能研究防水粘結(jié)材料性能研究防水

12、粘結(jié)材料性能防水粘結(jié)材料性能抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度拉拔強(qiáng)度拉拔強(qiáng)度v抗剪強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度v 橋面鋪裝處于復(fù)雜的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)中，同時(shí)，車輛在大縱坡的橋面上行駛以及在車輛的頻繁起動(dòng)、制動(dòng)引起的水平力作用下，鋪裝層與橋面板之間產(chǎn)生了較大的剪應(yīng)力。v室內(nèi)試驗(yàn)采用斜剪試驗(yàn)測(cè)試防水粘結(jié)材料的抗剪強(qiáng)度，測(cè)試的溫度分別為常溫（25）和高溫（50）兩個(gè)溫度。v 粘結(jié)強(qiáng)度粘結(jié)強(qiáng)度v良好的粘結(jié)性能，不僅可以提高防水粘結(jié)層結(jié)構(gòu)的抗剪切與抗拉伸性能及抗疲勞開裂性能，而且不容易發(fā)生撕裂等破壞，防水性能也得到了一定的保障。v 采用拉拔試驗(yàn)來確定防水粘結(jié)層與橋面板和瀝青混凝土的粘結(jié)力狀況。拉拔試驗(yàn)的測(cè)試溫度同樣分別為常溫（25）和高

13、溫（50）兩個(gè)溫度。混凝土橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)混凝土橋面鋪裝典型結(jié)構(gòu)v典型鋪裝結(jié)構(gòu)（一）典型鋪裝結(jié)構(gòu)（一）采用聚合物水泥基的防水粘結(jié)體系的鋪裝結(jié)構(gòu)采用聚合物水泥基的防水粘結(jié)體系的鋪裝結(jié)構(gòu) 水泥混凝土板 噴砂處治防水粘結(jié)層 聚合物水泥基防水涂料瀝青鋪裝層 改性瀝青混合料v 說明：說明：v 1、水泥混凝土板采用噴砂處治達(dá)到規(guī)定要求。v 2、此應(yīng)用中，聚合物水泥基防水涂料既有水泥類膠凝材料強(qiáng)度高、易與潮濕基面粘結(jié)的優(yōu)點(diǎn)，又兼有聚合物涂膜彈性大、防水性好的特點(diǎn)。v 特點(diǎn)：特點(diǎn)：v 該鋪裝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是防水層的防水效果及耐久性好，并且層間結(jié)合力強(qiáng)。v典型鋪裝結(jié)構(gòu)（二）典型鋪裝結(jié)構(gòu)（二）國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土（國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝土（EA）的的鋪裝結(jié)構(gòu)）的的鋪裝結(jié)構(gòu) v說明：說明：v 1 水泥混凝土板采用噴砂處治達(dá)到規(guī)定要求。v 2 混凝土板與鋪裝下層之間的粘結(jié)層采用國產(chǎn)環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑，是混凝土橋面鋪裝專用粘結(jié)劑，兼具防水層功能，用量為0.50.7L/。v 3 鋪裝面層和鋪裝下層均采用國產(chǎn)環(huán)氧瀝青混凝，鋪裝上下層總厚度為56cm。v 4 環(huán)氧瀝青混凝土鋪裝層間的粘結(jié)層采用環(huán)氧瀝青粘結(jié)劑，用量為0.30.6L/。v 5 該方案所采用的環(huán)氧瀝青為東南大學(xué)等機(jī)構(gòu)研發(fā)的多組分環(huán)氧瀝青。環(huán)氧瀝青混凝土作為一種具有優(yōu)異路用性能的鋪筑材料逐漸在橋面鋪裝、重交通