AWP-2000F型纤维增强桥面粘结防水涂料在南京长江第四大桥的应用

陈 君，陈 健，陈根香

（1.南京公路建设处，江苏南京210008，2.南京交通建设项目管理有限责任公司，江苏南京210008）

0 前言

南京长江第四大桥是国务院批准的南京市城市总体规划中“五桥一隧”过江通道之一，是沪蓉国道主干线南京绕越高速公路过江通道的重要组成部分。起点位于长江北岸宁通高速公路横梁镇东侧的横梁互通，向南经过红光村、红山窑东、龙袍镇西，于石埠桥附近垮越长江，在栖霞区跨越京沪铁路和九乡河，再向南延九乡河以东，按南京市总体规划中的预留通道布线，经仙林大学城，止于路线与沪宁高速相交处的麒麟枢纽，接在建的南京绕越高速公路东南环终点。路线全长29.012 km。其中：北接线长约13.063 km，垮江大桥约5.409 km，南接线长约10.540 km。全线在横梁、龙袍、栖霞、麒麟等四处设置互通立交，预留红光、仙林两处互通立交。南接线、南引桥主要以桥梁为主，采用6车道高速公路标准，设计速度为120 km/h，6车道断面全宽为34.5 m。

随着交通量和重型车辆的增加,桥面铺装因粘结和防水问题引起的桥面铺装层早期损坏，已成为影响桥梁美观、使用功能的发挥和诱发交通事故的一大病害。近年来,人们越来越重视因桥面铺装粘结防水问题造成的病害。为此，桥面防水在大跨径重大型桥梁铺装体系中的重要性越来越显突出。南京长江四桥在遴选本工程桥面防水体系的过程中经过层层筛选和考核，最终确立了在南接线全线采用基面抛丸清理工艺及纤维增强型防水层。本文以南京长江四桥为例，着重介绍纤维增强型防水体系的应用。

1 防水层的性能要求

桥面防水是一个整体系统，包括防水层与排水设施以及其上的路面结构所组成，防水层的性能实际是取决于防水系统中各组成部分的互相作用，如因层间粘结性能及层间抗剪性能不足而导致防水层的破坏，那么即使防水层的性能完好，防水系统也将失去作用。混凝土桥面柔性铺装结构设置完整的粘结防水系统能解决因层间粘结不良引起的桥面铺装层早期损坏问题和因桥面渗水而引起的美观问题和桥梁的结构破坏。因此，理想的桥面防水层必须满足下列要求:

（1）防水层必须是不透水的，包括在施工中的渗水和使用年限内的渗水。

（2）防水层应与面层和桥面有足够的粘结力。

（3）防水膜应能抵抗桥面裂缝，包括在施工前后所产生与发展的裂缝。

（4）防水层应同时具备良好的高温稳定性和低温抗裂性能。

（5）防水涂料必须具有良好的抗老化性能，不因受高温、辗压、低温、霜冻等作用而降低粘结能力、抗剪能力和防水能力。

2 防水层类型及特点

2．1 目前国内主流的几种防水层设置

（1）卷材类防水：其优点主要是整体防水效果好，但其对基面平整度及含水率要求极高，层间粘结和抗剪强度低，且卷材相互搭接处是极为薄弱的环节。

（2）刚性渗透型结晶防水：此类防水层设置的机理是通过材料与混凝土表面起化学反应以形成一层致密的保护膜来达到防水效果，但其致命的效果是不成膜，无法防止裂缝的扩展。且其与上层沥青层粘结差，还需要通过洒布粘层油来保证必要的粘结强度。

（3）沥青同步碎石防水：该类防水工艺施工便捷，成本较低，但由于采用的材料性能较差，导致防水系统层间粘结、整体抗拉及抗剪性能指标偏低，对路面使用寿命有较大影响。

（4）柔性沥青基涂膜类防水涂料：

目前业内采用最广泛的桥面防水体系就是传统的柔性沥青基涂膜类防水材料。这是目前业内最普遍采用的防水系统，具有以下比较突出的优点：

a、层间粘结性能好、抗剪强度高，可以取代粘层油的作用。

b、由于其改性沥青原材料的特性可抵抗水泥砼基层产生的小型龟裂纹。

c、具备良好的温度稳定性和低温抗裂性能。

d、具有良好的抗老化性能，不因受高温、辗压、低温、霜冻等作用而降低粘结能力、抗剪能力和防水能力。

采用传统柔性防水涂料防水层设置能够很好地解决层间抗剪的问题，但其在施工过程中喷洒厚度的均匀性难以控制，因此对施工工艺和机械化程度要求高。但其最致命的隐患就是严格意义上的抗硌破性能不能达标。施工中具体表现在：

a.施工过程中车轮，特别是摊铺机履带轮和重载料车等对防水层的硌破。

b.热沥青碾压摊铺过程中对防水层的硌破。

交通部桥面防水课题组专家的研究认为聚合物改性沥青基桥面粘结防水涂料若不加胎基都会渗漏。因此此类材料目前主要只是作为一种良好的粘结材料在使用。

综上所述，以上的防水层设置方案都存在或大或小的缺陷，不能系统的解决粘结防水的问题。

2.2 开展专题研究

1999年，交通部委托长安大学成立专题小组对防水层进行专项研究，该课题的研究成果被写进交通部的新规范：交通部《公路工程质量检验评定标准 》(JTGF80/1－2004)（2005－01－01 实 施 ） 中 表8.12.1，交通部桥面防水课题组的研究同时认为聚合物改性沥青基桥面粘结防水涂料若不加胎基都会渗漏。聚合物改性沥青基桥面粘结防水涂料目前主要只是作为一种良好的粘结材料在使用。

纤维增强防水层则是基于这样一种现状而研制出。

纤维增强型防水涂料通过在聚合物改性沥青基桥面粘结防水涂料中，加入纤维，与涂料施工时同步切割混合喷涂，使得在防水层中间形成一层纤维均匀乱相地与涂膜握裹的胎基，这样经过增强的聚合物改性沥青防水材料，通过同步切割施工工艺混合纤维材料喷涂，完善了防水涂层的抗硌破、抗裂和抗拉能力，提高了层间粘结强度，以及整体防水层的抗剪强度，完善了整体的防水效果。很好地解决了聚合物改性沥青防水层抗硌破的难题，能够抵抗桥面微裂纹的扩展，有效的增强桥面层的使用寿命。

3 桥面水泥混凝土调平层清理工艺

（1）对水泥混凝土基层的清理目的是为了全面彻底地清除砼表面的浮浆，以保证防水层及沥青混凝土铺装层施工结束后整个体系的层间粘结及抗剪强度完全达标。

（2）桥面防水层有刚性及柔性等多种结构形式，但防水体系的厚度均介于1～5mm之间，因此对底基面的平整度及粗糙均匀度要求非常高。在新型抛丸清理工艺出现之前并没有很好的基面清理工艺，传统均采用圆盘钢丝刷打磨清理工艺。传统的打磨工艺严格意义上只能将大块浮浆及局部龅牙处进行初级处理，稍微提高基面平整度，并且不能彻底的清理砼表面的浮浆。且单位面积施工时间实际上更加冗长。而抛丸清理工艺的出现则很好的弥补了这些缺陷。在施工程序调配合理及机械设施配备到位检修有序的前提下，单位面积的施工时间与打磨施工相比并无增加。而通过抛丸清理得到的基面粗糙度均匀一致，能更好的促进防水体系与上下砼铺装层的层间粘结及抗剪性能。因此在2007年1月开始实施的交通部公路沥青路面设计规范 （JTG D50－2006）里明确提出了特大桥、重要大桥桥面宜进行表面抛丸喷砂处理。

4 AWP-2000F纤维增强桥面粘结防水层在南京长江第四大桥中施工技术方案

4.1 水泥混凝土桥面防水粘结层设计标准

（1）采用纤维增强聚合物改性沥青防水涂料，如图1所示。聚合物改性沥青防水涂料应为棕褐色或黑褐色液体，经搅拌后无凝胶、结块，呈均匀状态。经搅拌后无凝胶、结块，呈均匀状态。材料用量应符合表1所列。

图1 水泥混凝土桥面粘结防水结构层示意图

表1 防水涂料及其他材料用量表

（2）桥面防水层应覆盖整个混凝土桥面，桥面防水层施工必须采用机械喷涂方式，防水涂膜厚度约在 1.0～1.2mm。

（3）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，并能适应该桥动荷载抗压、抗拉的特点,具有良好的防水性能和粘结性。

（4）在环境条件－15℃～80℃范围内，仍能满足1.3要求。同时，在经受沥青混凝土层摊铺温度约180℃左右，不影响其长期耐久使用性能。防水涂层与其上沥青砼铺装层应有相融性，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板之间的粘结力，且能有效地避免车辆制动产生的涌动和引起的铺装开裂。

（5）防水粘结材料由纤维增强防水涂料组成。

（6）防水涂层对砼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或空鼓现象。

4.2 防水层材料检测要求及检测结果

4.2.1 AWP-2000F纤维增强桥面粘结防水涂料技术指标（见表2）

4.2．2 纤维材料技术指标(见表3)

4．3 施工机械及设备（见表4）

4.4 主要仪器设备

雾封层的施工过程中，需要大量的检测数据，该工程主要配备了表5所列的仪器设备。

4.5 施工技术要求

4.5.1清理基面

基底处理采用抛丸清理工艺清除桥面水泥浮浆、钢筋等尖锐突出物；污染沉积物（灰尘、污物、柴油/汽油溅污物等）；表层隆起山脊现象及凹陷处（如脚印等）等现象。

表2 原材料技术检测结果汇总表

表3 纤维材料技术指标一览表

表4 主要施工机械配备表

表5 主要实验仪器配置表

基面清理的施工技术要求：

（1）基层必须干净。交验后基面应无油污、无灰尘、无暴牙、无杂物。

（2）基层必须平整。符合设计要求，基面上不能有钢筋等尖税突出物，以确保基面的整体平整度。

（3）基层表面要基本干燥，含水率不大于15%，不得有积水。

（4）基层必须牢固结实。

（5）防撞墙嵌缝槽，必须将缝中浮浆、尘土、杂物，彻底清理干净，用压缩空气吹清。为保证人行道下纵边缝和防撞墙相交阴角防水层密贴，应提前施工处理。对直线桥两侧泄水孔或曲线桥内侧泄水孔附近，打磨设备无法清理到位处，逐一对泄水孔前后1 m范围内（宽度5～10 cm）进行人工或机械凿平，保证泄水孔正常排除层间或水泥混凝土与下面层层间水。

4.5.2 喷洒纤维增强防水涂料

（1）桥面防水涂料施工必须采用性能较好的专业防水涂料喷涂车辆，并且雾化程度高，喷涂面须均匀。

（2）防水层应做三遍喷涂，其中第二层为纤维增强层喷涂，其余二层为单独涂料喷涂，这样能够很好地保证防水涂膜均匀、平整、无夹层现象。

（3）底涂（第一遍）。桥面清理干净后喷涂第一遍涂料，以保证涂料能渗入混凝土基面毛细孔，使其具有足够大强度的粘结力。

（4）喷涂第二遍涂料，要待底涂实干（约4 h）后，才能喷涂第二遍涂料，以防止起鼓。喷涂必须均匀，在桥面不能有涂料堆积现象，也不能漏喷。机械喷涂时要配合人工滚涂人员共同进行。喷涂时用特制喷涂设备同时把纤维均匀的喷射在喷枪的出料口，使得纤维和涂料均匀混合在一起，用量大约为100～150 g/m2。

（5）第二涂实干（4h）后进行面涂（第三遍）。 最后一次喷涂时，仔细检查有无参差或漏喷处并同时进行修补。最后确保整个基面无漏喷、起鼓处，防水涂膜厚度约在1.0～1.2 mm。

（6）喷涂施工时要注意防止污染，防撞栏处要有挡板遮挡。防水涂膜必须涂刷防撞墙与桥面接触里面处向上5 cm，以保证因桥面板与防撞墙两次浇注而形成接缝渗漏。同时检查桥面防水涂膜，发现个别不均匀或被破坏地方，及时修补。

4.6 施工现场检测

参照交通部《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2004)（2005-01-01实施）中表8.12.1的有关规定（见表6）。

表6 防水层实测项目一览表

粘结和抗剪强度检测：检测时表面温度22℃，检测结果（见表7所列）。

表7 检测结果一览表

5 存在问题和建议

（1）建议在喷涂过程中喷涂操作员应保持一定速度，避免部分地方出现少喷和成膜不完整地方。

（2）在二涂喷涂中使用两台涂料和纤维一体机能满足要求，建议纤维切割长度不宜过长；喷涂中不宜把操作杆抬得过高，防止纤维喷涂不均匀，出现扎堆。

（3）由于施工质量和进度受施工机械好坏影响较大，建议加强施工设备的保养和维护工作。

[1]JTGF80/1-2004，公路工程质量检验评定标准[S].

[2]JC/T975-2005，道桥用防水涂料[S].

[3]CJJ139-2010，城市桥梁桥面防水工程技术规程[S].