桥面防水层施工应用实践

一、国内外概况
混凝土桥面漏水会腐蚀钢筋，降低混凝土强度，缩短结构的使用寿命，70年代初国际经济合作和发展组织（OECD）在其道路研究报告中就指出："过去20年在欧洲和北美建设的许多混凝土桥面由于漏水而受到不同程度的损坏，交通量大并在冬季使用盐水化冰的桥面损害严重，而铺设了防水层的桥面，只要防水层没有大面积破坏，就没有明显的损坏。现在许多国家已制定了桥面防水材料试验标准。1997年4月英国桥床防水协会主席丁爵福先生来华技术交流时，就谈到在欧洲的所有的桥梁都必须设置防水层。上海内环线高架桥是世界银行贷款，国外专家就坚持桥面必须设置防水层。
我国桥面防水过去一般没有要求，到了80年代末如年代初，随着高速公路和立交桥。高架桥的发展，防水问题也日渐突出。1990年上海市政工程设计院提出了"南浦大桥主桥桥面防水层及技术要求"。我国防水专家、中国四海工程公司高级技术顾问、工程兵指挥学院教授级高级工程师王友亭先生1990年12月15日，首先提出了"南浦大桥主桥桥面防水层初步论证报告"；1991年2月，中国四海工程公司，工程兵指挥学院技术服务部提出了"南浦大桥主桥桥面防水层研究的简要报告"，1991年2月，上海市黄浦江大桥指挥部召集有关专家研究四海工程公司的报告确认研究试验工作是卓有成效的、技术路线是正确的。与此同时，由中国四海工程公司、工程兵指挥学院、中国建筑防水材料公司、合肥建筑防水材料厂共同抽调试验研究人员组成"南浦大桥桥面防水研究"项目组，经项目组三个月攻关，该项目1991年6月在北京通过国家建材局科技委的评议验收。与此同时上海内环线高架桥桥面防水也立项研究。1991年4月，上海市政工程管理局通过了中国四海工程公司和工程兵指挥学院技术服务部的项目建议书，1991年11月6日，通过了'响环线高架桥面防水研究"课题立项产家论证。
与上海同时进行桥面防水研究的还有北京市政工程研究院。1991年，北京西厢工程五座大型立交桥，根据北京市政工程局总工办会议决定，桥面全部采用沥青混凝土铺装层。下设防水层。北京市政工程研究院选取不同的防水材料在这五座大桥上进行了防水层试验。
1997年发布的"公路沥青路面设计规范"（TJ014-97），第9.1.2条款规定桥面沥青铺装应由粘结层，防水层及面层组成。第9.1.4规定，为提高桥面使用年限减少维修养护，应在粘结层上设置防水层。也就是说桥面防水到90年代末在国内工程界已形成共识。

二、桥面防水层试验研究
1．桥面柔性防水层的研究
由于桥面防水层是设置在混凝土桥面板和沥青混凝土铺装层之间，因此，本项目的技术关键除保证防水层足够的不透水性能外，还必须保证防水层同混凝土桥面板及沥青混凝土铺装层两者之间都有足够的粘结强度和剪切强度，以适应高架桥快速行车的需要。经过分析，我们初步选定了三种材料进行试验：
第一种材料是焦油聚氨脂肪防水涂料（上海称851）。这种材料强度高，抗渗性好，耐高温，不易被沥青混凝土烫烙而失效。但这种材料对基层干燥度要求也高，与沥青混凝土亲和性不好，容易脱离。实测抗剪强度很难达到IMPa（25℃），因此被淘汰。北京西厢工程实践也表明，采用这种柔性材料的桥面防水层，在建成运营不到一年，沥青混凝土路面就出现错动和裂缝，沥青混凝土铺装层和防水层之间出现脱离和间隙，积了很多水只好铲除重铺。
第二种材料采用辽宁盘锦和北京北奥防水公司引进生产线生产的热熔改性沥青防水卷材，胎体为玻纤毡。
这种材料虽能满足一般防水要求，但桥面采用卷材防水较其他部位有所不同，如桥面受动荷载作用要求搭缝必须严密牢靠，基面必须干燥、平整，卷材与基面必须满贴，质量要求严格，操作难度大。这种材料高温性能较差在摊铺沥青混凝土时容易被烫烙。由于卷材胎体的存在实测抗剪强度也很难达到要求，故也被淘汰，最后选用了与沥青混凝土相同种类的沥青为基料，研究试制了桥面防水涂料较好地解决了这个问题。
2．桥面防水涂料的试验研究
（l）沥青改性材料的试验研究
由于当时桥面防水层不仅要求具有很高的不透水性能，而且要求防水层在-15℃低温时还有较好的弹性和塑性，在高温90～155℃下有足够的强度和热稳定性，在实际应用中有良好的抗老化能力以及对应变值的适应性，这些性能要求显然是热淌冷脆的石油沥青无法满足的。因此必须对沥青改性以提高其性能。我们选用合成橡胶合成树脂等十多种材料进行试验，最后试制成HUT-1桥面防水涂料能同时满足以上多方面的要求。
（2）性能测试（见表1）

我们对HUT-1桥面防水涂料主要进行了以下项目的性能测试：
此外，还进行了热碾压后防水层的渗透试验及防水层裂缝开合疲劳试验。
①热碾压后防水层的渗透试验方法及结果。
·试验方法
a． 成型透水砂浆抗渗试模。
b．在砂浆试模上涂刷桥面防水涂料，厚度lmm。
c．将防水涂膜成型后透水砂浆试块快放在轮辙模上排列紧密，上铺2cm厚度沥青石屑，温度125℃。
d．模拟轻、中型8T，10T压路机各碾压4遍，碾压温度120℃。
e．取出试快，剥去沥青石屑，用砂浆渗透仪进行透水试验。
·试验结果
0.1MPa，30min不渗水。
②防水层裂缝开合疲劳试验参数及结果。
·试验参数
裂缝开会变化量： 0.5mm、变化频率：24Hz、循环次数：200万次。
·试验结果
经历200万次试验后，防水层与试验前一样，未发生开裂。

三、桥面混凝土防水剂研究
1．研究目标
桥面钢筋混凝土有预制的，也有现浇的；有预应力的，也有非预应力的，这么大的面积，又不是一个单位施工，要保证混凝土桥面板整体防水抗渗性能是困难的，因此要研究一种强渗透性防水抗渗剂能够渗透入混凝土桥面板内Icm以上，堵塞混凝土毛细孔和微细裂纹，能够使混凝土表面抗渗压力提高到0.2MPa以上。
2．研究内容
（l）主剂的选择
参照国内外有关资料主剂选择了一种既有胶体特征，又具有碱性溶液特征的胶体溶液，经过微孔过滤细化及掺加潜伏型硬化剂研制成了混凝土表面（渗透型）防水剂（HUG-13）。
(2)防水抗渗透剂渗透硬化机理
当防水剂渗入混凝土孔隙后，防水剂首先与混凝土溶解的Ca(OH)2和Mg(OH)2反应，生成白色胶体--氢氧化钠，水化硅酸钙和水化硅酸镁。这种反应无论是在稀的或浓的溶液中，都很容易而且能较快发生。从而堵塞混凝土内部孔隙。封闭毛细孔道，增加密实度形成可靠的永久性的防水层。
在施工后期，渗入混凝土孔隙而未与Ca(OH)2和Mg(OH)2反应的胶体，将在潜伏型硬化剂作用下，生成硅酸凝胶。
由于上述两种胶体均不溶于水，因而使混凝土具有永久的防渗防腐功能。
（3）防水抗渗性能试验
根据本项目技术要求，并参照国内外渗透型水泥防水剂的试验要求，我们对HUG-13高架桥桥面防水抗渗剂进行了以下项目的试验：
序号 测试项目 性能指标
1 外观 无色透明、元气味、不溶于水
2 粘度 105±1s
3 密度 ＞1.0
4 PH值 10±1
5 渗透性 24h渗透深度＞10mm
6 不透水性 ＞0.2MPa

四、桥面防水层施工
1．桥面防水层具体技术要求
（1）桥面防水层应覆盖整个混凝土桥面，防水层为两道防线，第一道喷涂水泥混凝土表面防水剂二遍，第二道喷涂桥面防水涂料二至四遍，防水涂膜厚度以平均不超过2mm为宜。
（2）防水层应具有良好的耐久性，至少应有不低于桥面沥青铺装层使用年限的寿命（约8～10年）。并能适应高架桥动荷载抗压，抗拉的特点，当混凝土桥面板开裂≤2mm时，防水涂膜变形仍应满足不拉裂的需要，以保证防水要求。
（3）在环境条件-15～＋90℃范围内，仍能满足第 2条的要求。同时，在经受沥青层摊铺温度约160℃后，不影响其长期耐久使用性时。防水涂层与其上沥青混凝土铺装层应有相融性，二者之间的粘结力不低于沥青混凝土铺装层与混凝土桥面之间的粘结力，层间抗剪强度25℃，≥1.5MPa，35℃≥1MPa。
(4)喷涂水泥混凝土表面防水剂，应保证防水剂能够渗入桥面混凝土10mm以上，提高混凝土抗渗性＞0.2MPa。
（5）防水涂层对混凝土桥面板亦应具有良好的粘结性，以保证沥青铺装层粘结力的需要，并在粗糙桥面板上具有良好的密贴性。防水层粘结后不得夹有空气层。
(6)防水层抗渗要求应在0.3MPa以上。
(7)防水施工应便于操作，满足大桥工期安排的要求。
2．桥面混凝土构造要求
为提高防水层和沥青混凝土铺装层同混凝土桥面板之间抗剪强度，混凝土桥面板进行拉毛处理是必要的。试验表明混凝土表面是自然平整表面，抗剪强度很难达到规定要求，经过适当拉毛处理后，防水层和沥青混凝土铺装层同混凝土界面的嵌锁力和港阻力都有很大提高。因此其抗剪强度均可超出规定要求，这样就为路面车辆行驶后长时间内不出现起皱,裂缝创造良好的条件。具体拉毛要求如下：
拉毛深度3mm，宽度4mm，相邻拉毛净距24mm。
3．混凝土桥面清洁要求
（l）混凝土桥面拉毛处理后要保持桥面干净，不得在桥面上拌合混凝土和砂浆。
(2)防撞墙浇注混凝土时，应防止混凝土撒落桥面上，万一撒落应及时清除掉。
(3)一般不允许运送混凝土和砂浆的车子，从已拉毛处理过的混凝土桥面上通过，必须通过时，应采取措施防止抛撒混凝土和漏浆。

（4）防撞墙折模后，应彻底清除防撞墙和混凝土桥面交接部位的木模、钢筋、铁丝等杂物。
（5）在混凝土桥面上的施工机械，应防止漏油，污染混凝土桥面。
(6)各施工段在开始施工混凝土桥面和防撞墙时，应提前通知防水层施工单位，以便他们派出专人负责检查和监督混凝土桥基面的清洁工作。
4．喷涂桥面混凝土防水抗渗剂施工技术要求
（1）在施工部位用自来水或清洁水冲洗表面浮灰，井喷洒足量的水使基层混凝土完全湿润。
（2）待基层清洗湿润后，表面元浮水时，喷涂防水剂于基层表面。当防水剂渗入基层内部，表面无明显湿润状态时，再喷涂第二通防水剂。
（3）喷涂第二遍防水剂后，应有专人负责观察涂层蒸发情况。约2～3h后，防水剂涂层将要干燥时（一面干饱和状态），应立即用喷雾器喷洒清水，以湿润表面为准，不宜过多，以免防水剂流失。这样连续喷水养护24h，即完成此道工序。
5．喷涂桥面防水涂料施工技术要求
（1）基层清理
喷涂桥面防水涂料前，首先凿除混凝土浮浆，平整凸凹不平处，清除油污，垃圾等，然后彻底清扫基面，再用吹尘器把基面吹干净。
（2）喷涂桥面防水涂料
喷涂桥面防水涂料第一层时，要在涂料中适当掺加一定量的表面活性剂溶液进行稀释，以促使涂料掺入基层毛细孔隙以提高防水涂层的粘结强度和抗剪强度。
喷涂第二、三、四遍涂料，要待上一遍涂料实干后才能喷涂。
（3）局部涂刷
为避免涂料污染防撞墙，在喷涂桥面防水涂料时，有两人执挡布护住防撞墙，因此防撞墙底部防水层，是采取人工涂刷的。
6．质量标准
（l）基层处理要求平整、干燥，拉毛符合设计要求，表面无垃圾、浮浆、污渍。
（2）防水层宽度误差在±2mm以内。
（3）防水层粘贴牢固，表面平整、无空鼓、脱落、翘边等缺陷。
（4）防水层实干后7d蓄水试验，水高5～10cm，蓄水时间不少于24h，应无渗漏。
7．施工注意事项
（1）涂料使用前应搅拌均匀。
（2）预计涂料不能表于前下雨不能施工。
(3)施工过程中，严禁乱踩未干的防水层。
（4）防水层做完后，在沥青混凝土铺装层未上以前要严加保护，防水层实干后，可在其上开行10t以下汽车，但不得在其上打弯，倒车，急刹车等。10t以上的货车，铲车、吊车等禁止通行。

五、施工工法的重要性及桥面防水材料的发展
国内防水材料数百种之多，但是，每年房屋渗漏成为百姓投拆的焦点，更有甚者给国家和人民造成极大的危害也不鲜见，因此，我们认为防水施工应?quot;三分材料、七分工法"，这样除保证材料的性能外，还必须最大限度地发挥工法的作用，保证质量。我们在十年的桥面施工中总结出了一整套诸如："桥面防水层工法"、"桥面落水口工法"、"防撞墙嵌缝工法"、"桥面电缆沟防水工法"等等十几种有关桥面系防水工法，较好地保证了工程质量，南浦大桥主桥竣工已近十年仍未发现渗漏。杨浦大桥主桥竣工也有八年，防水质量也很好，就是一个例证。
此外，为适应我国南、北方的温度差异及桥面防水的多样化，我们还研制了低温型（－35℃）、加强型（抗裂4～5mm）、以及钢梁专用型以及细部施工（如嵌缝、落水口）等数十种新材料。

六、结论
南浦大桥防水材料研究于1993年10月通过国家建材局组织的鉴定；上海内环线高架桥面防水研究于1993年7月通过上海市政工程管理局组织的专家验收，1996年通过鉴定，我们就以1996年2月专家鉴定意见作为本文结论。
（l）课题组提供的鉴定资料齐全，内容详实，数据可信，已经完成了项目建议的研究内容和考核指标。
（2）所研制以沥青为基料的JWp-l（HUT-l）型桥面防水涂料研究技术路线正确，研究方法科学，耐高温、低温柔性、粘结和抗拉强度抗裂性、耐酸碱及防锈能力等技术指标达到了合同规定的考核要求。水泥混凝土表面防水剂的研究，立足国内原料，合成工艺合理，产品质量经检各项指标都达到考核指标要求。
（3）配套研究的大面积防水涂料机械化施工工艺简便先进，具有较高的社会效益和经济效益。
（4）JWP-2（HUG-13）一桥面防水剂和JWP-1（HUT-l）型桥面防水涂料所组成的桥面防水涂层已在上海内环线高架工程中应用，面积达60余万"，取得了良好的防水效果。
（5）该研究成果的总体技术达到国内领先水平，同意通过鉴定。
建议：
（1）可以在桥梁及类似防水工程中推广应用。
（2）技术标准施工要求可为施工技术规程的制定提供参考依据。

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