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1、橋面防水史的簡要回顧

　　隨著我國路橋建設(shè)的發(fā)展，橋梁破壞的問題也變得越來越突出，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。橋梁破壞的原因很復(fù)雜，但是由于防水層破壞而導(dǎo)致的鋼筋銹蝕，混凝土強(qiáng)度降低，結(jié)構(gòu)使用壽命的縮短是其中最重要的原因之一。

　　歐洲和美洲從上世紀(jì)20年代開始在混凝土橋面設(shè)置簡易防水層，50年代，被逐步推廣和使用。60、70年代相繼制定了橋面防水材料選擇標(biāo)準(zhǔn)和防水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范。80年代開始至今，對(duì)混凝土橋面防水進(jìn)行了大規(guī)模的調(diào)查和研究，綜合分析了橋梁破壞的原因和各種防水材料的性能，重申了橋面防水系統(tǒng)在橋梁工程中的重要性。

　　我國過去對(duì)橋面防水一般沒有要求。80年代末，隨著高速公路和城市高架橋的迅速發(fā)展，問題日漸突出，橋梁防水開始受到重視。進(jìn)入90年代后，北京、上海、天津等地進(jìn)行了多種防水材料的試點(diǎn)。但由于沒有完善的橋面防水設(shè)計(jì)、施工、檢測規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，尤其在防水材料的選擇和應(yīng)用上缺乏科學(xué)性和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，大多簡單借鑒了屋面防水工程的作法。導(dǎo)致材料供應(yīng)混亂，質(zhì)量參差不齊，橋面防水層也出現(xiàn)不少問題，如防水層與鋪裝層和基層間的破壞、防水材料本身質(zhì)量問題而不能實(shí)現(xiàn)防水功能等。進(jìn)入本世紀(jì)以后，亟待規(guī)范化選材標(biāo)準(zhǔn)，檢測手段和施工技術(shù)在國內(nèi)業(yè)界達(dá)成了共識(shí)，并受到重視。防水材料選用和試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)已于2005年頒布執(zhí)行，橋梁規(guī)范編制也已啟動(dòng)。

　　2、橋面破壞機(jī)理淺析

　　由于防水層是保證橋梁使用年限的重要組成部分，因而搞清楚其遭受破壞的原因，提高防水層效率，是延長橋梁使用壽命的關(guān)鍵。下面簡要分析一下影響防水層功能的主要原因：

　　1）由于防水層結(jié)構(gòu)和受力特點(diǎn)引起的破壞。因?yàn)?a href='http://uxmsphm.cn' target='_blank' title='防水層'>防水層多為柔性體，其剛性模度與其上下混凝土剛性層有差別而形成一個(gè)彈性夾層。其存在影響了上下剛性結(jié)構(gòu)層應(yīng)力傳遞的連續(xù)性，在承受車輪動(dòng)荷載時(shí)，會(huì)在防水層的上、下表面產(chǎn)生間接拉應(yīng)力和水平剪應(yīng)力。如果材料的抗剪強(qiáng)度或者粘結(jié)強(qiáng)度低，以及延展度不夠，防水層就會(huì)被破壞。而防水層一經(jīng)破壞,車輪的動(dòng)力荷載會(huì)迅速擴(kuò)大破損面積,而導(dǎo)致鋪裝層松散脫落或者防水層滑動(dòng)。重車，坡路，急剎車，掉頭等會(huì)加劇這種影響。

　　2）混凝土變形或強(qiáng)度降低而引發(fā)的防水層破壞。混凝土?xí)�因溫度變化和結(jié)構(gòu)的變形而產(chǎn)生的裂隙,在車輛荷載及滲入的水的作用下產(chǎn)生面層松散和坑槽破壞。動(dòng)荷載以及活動(dòng)的裂縫使防水層產(chǎn)生疲勞荷載，而降低防水層的使用壽命。由于混凝土本身的透水性和溫度裂縫而導(dǎo)致的滲水也會(huì)加劇混凝土內(nèi)部的硅鹽化學(xué)反應(yīng)，氯化物的腐蝕作用等，從而加速混凝土的強(qiáng)度降低和破壞。

　　3）混凝土質(zhì)量問題而引發(fā)的防水層破壞。由于瀝青混凝土的骨料，混拌，運(yùn)輸以及攤鋪設(shè)備和技術(shù)局限而造成的面層瀝青混凝土的離析，空洞，密實(shí)度低等缺陷可導(dǎo)致鋪裝層孔隙水的產(chǎn)生和沉積。這些空隙水在車輪動(dòng)荷載的重復(fù)作用下而形成很強(qiáng)的間隙壓力。這種“正壓”和“負(fù)壓”的頻繁轉(zhuǎn)換，不但會(huì)嚴(yán)重的破壞鋪裝層及結(jié)構(gòu)層與防水層間的粘接，也大大地降低防水層自身的使用年限。

　　4）施工原因而引起的防水層破壞很多，如：1）由于橋面防水多為人工施工，卷材與下部的粘接和液體防水材料的厚度受天氣，溫度和人為因素的影響很大，很難控制鋪設(shè)質(zhì)量；2）鋪裝層施工容易出現(xiàn)局部空鼓和摻氣現(xiàn)象。空鼓的部位在載荷反復(fù)作用下因防水層與混凝土間的粘接破壞而引發(fā)剝離和滑動(dòng)。而被封閉的氣體遇熱膨脹后，會(huì)形成新的空鼓；3）由于基層混凝土含水量一般較高，防水層施工完成后，其下封閉的濕氣遇熱也會(huì)在防水層下部形成氣泡和空鼓；4）結(jié)構(gòu)層或找平層的過于粗糙或者過于光滑，清理不干凈，浮漿或暴皮都會(huì)直接影響防水層與其粘接，而形成隱患。

　　綜上所述，理想的橋面防水層應(yīng)具有如下特性：

　　(1)優(yōu)良的不透水性能來屏蔽水滲透；

　　(2)與橋梁基面和瀝青混凝土鋪裝層之間有足夠的粘結(jié)力來保證其結(jié)為一體；

　　(3)良好的抗拉強(qiáng)度和延展性來適應(yīng)橋面裂縫和變形；

　　(4)良好的耐穿刺性能來防止鋪裝層骨料的穿刺破壞；

　　(5)良好的耐高、低溫性能來適應(yīng)不同的環(huán)境溫度；

　　(6)優(yōu)良的抗老化性能以保證達(dá)到鋪裝層的設(shè)計(jì)使用年限；

　　(7)簡單和快捷的施工以保證工期。

　　3、SBS改性瀝青卷材的特點(diǎn)及其在橋梁防水中應(yīng)用

　　盡管從90年代初起，我國開始使用防水系統(tǒng)，但由于沒有橋面防水規(guī)范和材料選用標(biāo)準(zhǔn)，防水材料的使用多種多樣，出現(xiàn)的問題也越來越多。常用的橋面防水材料是APP改性瀝青防水卷材和防水涂料。APP卷材是利用其耐高溫的特點(diǎn)來適應(yīng)表層熱瀝青混凝土的鋪裝。但由于過多地顧慮到對(duì)表層瀝青混凝土的溫度適應(yīng)性，而忽略了其與瀝青層的粘接性差的缺點(diǎn)。據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，我國的某些城市的橋梁破壞程度已超過40%。借鑒國外成功經(jīng)驗(yàn)和引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)以避免發(fā)達(dá)國家所走的彎路，是當(dāng)務(wù)之急。SBS瀝青橋面專用防水卷材作為國外成功地經(jīng)驗(yàn)，理應(yīng)得到相應(yīng)得重視。

　　橋梁專用SBS改性瀝青防水卷材由聚酯無紡布加筋層，SBS改性瀝青涂層，上表面的頁巖，下表面的可融性聚乙烯薄膜等構(gòu)成。優(yōu)質(zhì)的聚酯胎基保證卷材擁有較強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度，抗穿刺能力。高質(zhì)量的天然瀝青，先進(jìn)的SBS研磨和混拌技術(shù)保證瀝青和SBS的充分的相容性，使其具有良好的延展性和抗老化能力。其表層的片巖顆粒作為骨料加強(qiáng)了卷材與上層瀝青混凝土間的粘接強(qiáng)度。SBS改性瀝青的可以使耐高溫達(dá)到115-130℃和耐低溫到-30℃。在施工過程中，140-160℃的鋪裝層改性瀝青混凝土可以將其表面融化成膏狀并與其結(jié)合成一體。下涂層瀝青熔化后可以填充基面上不平之處，減少空鼓的產(chǎn)生，增加與基面的粘接面積和黏結(jié)力。其下的冷底子油即可以填充混凝土表面的空隙，又可以增加卷材熱熔出的瀝青和與其下混凝土的粘接強(qiáng)度，避免其被剪切破壞而產(chǎn)生滑動(dòng)。為了保證防水層的使用壽命，一些國家采用雙層卷材。例如丹麥的橋梁設(shè)計(jì)使用年限是100年，其防水層由冷底子油，雙層4.5mm的SBS改性瀝青防水卷材，和15mm的排水層構(gòu)成。

　　由于SBS防水卷材是工廠制造，因而保證了防水層厚度的均勻性，避免了涂料厚度受,天氣，溫度和人為影響的缺點(diǎn)。還由于其適應(yīng)溫度變形能力強(qiáng)，彈性好，有較強(qiáng)的抗溫度變形能力，和路面材料之間不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)層。同時(shí)克服了APP橋面防水卷材耐高溫性能較好（140-160℃），面層不能被鋪裝層熔化結(jié)成一體，導(dǎo)致降低粘結(jié)力的缺點(diǎn)。

　　4、全自動(dòng)鋪設(shè)系統(tǒng)的特性及優(yōu)點(diǎn)

　　卷材的鋪設(shè)是保證防水功能的重要一環(huán)。迄今為止，卷材施工都是人工使用丙烷或天然氣噴槍來鋪貼的。其鋪設(shè)效果受天氣、氣溫、環(huán)境、人工等等多種因素制約，難以保證施工質(zhì)量的恒定性。為了達(dá)到理想的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，縮短施工時(shí)間，減少施工中的過失以及缺陷，索普瑞瑪公司研制開發(fā)了世界上專利產(chǎn)品——全自動(dòng)卷材鋪設(shè)系統(tǒng)Macaden和與其配套的200米長橋面專用SBS改性瀝青防水卷材Antirock，并在歐洲和北美洲成功地運(yùn)用數(shù)十年，完成工程數(shù)百項(xiàng)，其出色的品質(zhì)，贏得了廣泛的信譽(yù)。

　　為保證道路和橋梁施工的質(zhì)量，橋面的防水施工必須滿足：

　　1）質(zhì)量：保證速度恒定，接縫連續(xù)均勻，卷材無氣泡或褶皺；

　　2）速度：快速簡單，滿足工期要求；

　　3）接縫盡量少：接縫越多，滲漏的風(fēng)險(xiǎn)越大；

　　4）適應(yīng)各種天氣狀況：冬夏季施工應(yīng)速度一致，卷材的粘結(jié)一致，而且-10℃以上都可以施工。

　　索普瑞瑪?shù)腗acaden系統(tǒng)是為滿足以上要求而開發(fā)的能自行行走并鋪設(shè)改性瀝青卷材的全自動(dòng)化系統(tǒng)。它的特點(diǎn)可歸結(jié)為：

　　1）在速度上實(shí)現(xiàn)了一致，在熱度和應(yīng)用方法上不再有不連貫性，減少了可能的人為疲勞和錯(cuò)誤；

　　2）使用熱風(fēng)噴燈自動(dòng)化的進(jìn)行200米卷材鋪設(shè)，保護(hù)環(huán)境。每8m不再有橫向接縫；

　　3）減少人為錯(cuò)誤，只需一個(gè)操作員并且無需舉起重物；

　　4）低成本：減少了勞動(dòng)力和縮短了鋪設(shè)時(shí)間；

　　5）可達(dá)到長期性能：減少大橋，停車道和高架結(jié)構(gòu)的維修成本；

　　6）由于于熱系統(tǒng)，濕度方面不再受限制，也不會(huì)再產(chǎn)生氣泡。

　　Macaden的鋪設(shè)過程可簡述如下：

　　1）涂底漆，增加卷材與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度；

　　2）預(yù)熱基面，排除混凝土中的水分和濕氣；

　　3）融化卷材成液態(tài)瀝青層來充填行車道上所有的缺陷，例如小洞和裂縫；

　　4）攆壓鋪設(shè)后的卷材使其與基面表面完全粘接。這一附加工序手工熱熔施工無法實(shí)現(xiàn)的；

　　5）型成連貫的縱向焊縫而密封卷材的搭接邊。200米卷材大大減少了過多不必要的橫向接縫。更少的接縫意味著更少的出錯(cuò)幾率。

　　6）鋪設(shè)瀝青路面層。

　　橋面防水是關(guān)系到橋梁使用壽命的重要因素，但由于我國相關(guān)研究和實(shí)踐還處于開始階段，需要做的工作還很多。以下幾方面是筆者認(rèn)為的當(dāng)務(wù)之急，希望起到拋磚引玉的作用：

　　1）橋梁破壞調(diào)查和相關(guān)對(duì)策措施的研究；

　　2）國外相關(guān)研究和先進(jìn)技術(shù)的介紹和引進(jìn)；

　　3）防水材料的研制和提高，以及防水市場的規(guī)范化；

　　4）檢測設(shè)備和方法的研究和引進(jìn)；

　　5）相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范的編制和更新等。