铁路桥梁梁端间弹性体伸缩缝基层粘结性能探讨

王文雷

(中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京100081)

铁路桥梁梁端间弹性体伸缩缝基层粘结性能探讨

王文雷

(中国铁道科学研究院标准计量研究所，北京100081)

桥梁梁端间弹性体伸缩缝作为一种新型的梁端防水装置，近年来在铁路建设中逐渐得到了应用。本文从弹性体伸缩缝和聚氨酯防水层在工作状态下的混凝土基层受力模式、材料粘结性能指标、对混凝土基层的处理要求等方面，对这2种防水体系的混凝土基层粘结性能进行了分析对比，认为弹性体伸缩缝的薄弱环节是弹性体与混凝土基层的粘结部位，进而针对弹性体伸缩缝的设计施工、试验检验、修补维护等方面提出了相应的技术措施及合理化建议。

桥梁;弹性体伸缩缝;聚氨酯防水层;基层粘结

1　概述

随着我国铁路建设事业的迅速发展，对基础设施质量的要求越来越高，目前，铁路客运专线桥梁工程的设计寿命要求达到100年。桥梁整体防水体系作为提高桥梁结构耐久性的重要措施之一，在桥梁工程中日益重要。桥梁梁端防水装置是桥面整体防水的重要组成部分，直接关系到桥梁整体防水体系的有效性和结构的耐久性。

聚氨酯防水层在铁路上广泛使用，但其投入运营后，出现了剥落、起鼓等与混凝土基层粘结相关的病害。主要原因是由于聚氨酯防水层对混凝土基层处理要求高，对施工环境敏感。特别在工期紧张的情况下，更难以保证混凝土基层的处理质量。

弹性体伸缩缝作为一种新型的桥梁梁端防水装置近年来逐渐得到了应用，其构造如图1所示。弹性体伸缩缝的防水设计与聚氨酯防水层的防水设计有相近之处:弹性体伸缩缝的防水层由底涂料、弹性体和面涂料构成;聚氨酯防水层由聚氨酯涂料在混凝土基层上直接涂刷而成。从设计上不难看出，弹性体伸缩缝与聚氨酯防水层的材质相近且防水机理基本一致，同样存在对混凝土基层处理要求高、对施工环境敏感等问题。混凝土基层的处理质量以及与聚氨酯防水层或弹性体伸缩缝的粘接性能直接关系到这2种混凝土桥面防水产品的使用性能和耐久性，是桥面整体防水体系的关键。

图1　弹性体伸缩缝构造

2　弹性体伸缩缝和聚氨酯防水层与混凝土基层粘结性能对比

弹性体伸缩缝结构中的面涂料与混凝土基层粘结性能关系不大，决定混凝土基层粘结性能的主要是底涂料及与之紧密粘连的弹性体的相关性能指标。以下重点从工作状态下基层受力模式、材料粘结性能指标、对混凝土基层处理要求3方面，对这2种防水体系的混凝土基层粘结性能进行对比研究。

2.1工作状态下基层受力模式的对比

桥梁弹性体伸缩缝的工作状态主要由梁端接缝的张合变形、弹性体伸缩缝自重、弹性体伸缩缝与混凝土热膨胀系数不同引起的温度剪切应力这3个因素确定。而影响高速铁路简支梁梁端接缝张合变形的主要因素包括:梁体温度变化、预应力混凝土的收缩徐变、二期恒载和列车通过时引起的桥梁瞬时挠曲。以客运专线常用的24，32 m跨度双线整孔预应力混凝土简支箱梁为例，在计入混凝土收缩徐变及温度变化等最不利影响后，桥梁接缝变形以轴向伸长和压缩为主，最大伸缩率在－25%～+50%。

聚氨酯防水层的工作状态由聚氨酯防水层自重、聚氨酯防水层与混凝土热膨胀系数不同引起的温度剪切应力这2个因素确定。其中与混凝土热膨胀系数不同引起的温度剪切应力，在这2种防水体系中基本上一样，因而就不再讨论了，本文中主要讨论自重这个因素。

聚氨酯防水层的自重在混凝土基层产生正向压应力，有利于聚氨酯防水层与混凝土基层的粘结。而由图1可知，弹性体伸缩缝的自重在混凝土基层上产生切向应力，引起弹性体与混凝土基层的剥离，与梁端变形引起的轴力工况叠加之后，弹性体伸缩缝将处于更不利的受力状态下。

由以上分析可知:弹性体伸缩缝的受力模式对其与混凝土基层的粘结更不利。

2.2材料本身的粘结性能指标对比

弹性体结构的底涂料性能指标见表1，弹性体材料性能指标(与干燥基层粘结性能相关的指标)见表2。聚氨酯防水涂料性能指标(与干燥基层粘结性能相关的指标)见表3。

表1　弹性体结构的底涂料性能指标

表2　弹性体材料性能指标

表3　聚氨酯防水涂料性能指标

对以上指标进行对比，可以发现:

1)弹性体伸缩缝的底涂料未规定与基层的粘结强度，但在弹性体材料的性能指标里要求“粘结强度试验中试件制作应涂刷底涂料，并填充弹性体材料”，由此推知弹性体伸缩缝底涂料的基层粘结强度应≥1.5 MPa。

2)弹性体材料的基层粘结强度要求≥1.5 MPa，低于聚氨酯防水涂料的基层粘结强度≥2.5 MPa的要求。

3)聚氨酯防水涂料与混凝土基层剥离强度要求≥3.5 N/mm，而弹性体材料无此指标要求。

综上分析，聚氨酯防水层与混凝土基层粘结的相关指标要求比弹性体伸缩缝的要求高。

2.3对基层处理要求的对比

《铁路混凝土桥梁弹性体伸缩缝暂行技术条件》(TJ/GW 120—2013)对于弹性体伸缩缝处理及施工时的要求为:①梁端混凝土表面密实、平整、清洁、干燥，不应有空鼓、松动、蜂窝麻面以及浮渣、浮土、脱模剂、油污等污物;②混凝土表面水分含量不大于20%时，方可进行底涂料施工;③严禁在负温、5级及以上大风、雨雪天气进行底涂料、面涂料施工以及弹性体浇注。

《铁路混凝土桥面防水层技术条件》(TB/T 2965—2011)对于聚氨酯防水层基层处理及施工时的要求为:①桥面应平整，其平整度用1 m长靠尺检查，空隙只允许平缓变化，且不大于3 mm;②基层表面应无蜂窝、麻面、浮砟、浮土、油污;③桥面基层应干燥;④防水层施工环境温度不应低于5℃，风力4级以上天气不宜进行施工;⑤喷涂后4 h或涂刷后12 h内应防止霜冻、雨淋及暴晒。

由以上要求可以看出:聚氨酯防水层与弹性体伸缩缝对基层处理的要求基本一致，但聚氨酯防水层对施工环境的要求更严苛;弹性体伸缩缝是在桥梁铺架后，在梁缝间施工，作业空间严重受限，施工条件比聚氨酯防水层的施工条件更加恶劣。

3　结论与建议

1)参照聚氨酯防水层出现的病害情况，弹性体伸缩缝与混凝土基层的粘结部位应是病害多发部位，需要在施工时重点关注。建议加强对运营状态下弹性体伸缩缝的监控，对问题早发现早维护。

2)建议增加弹性体材料的剥离性能指标要求。

3)建议优化弹性体伸缩缝的构造设计，增大与混凝土基层的粘结面积，增强与混凝土基层的粘结性能。

4)加强混凝土基层处理质量监控，确保混凝土基层处理质量达到标准要求。在桥梁铺架后受工作空间限制，混凝土基层处理条件十分恶劣，可以考虑在桥梁预制时，增加混凝土基层处理工序。

5)弹性体伸缩缝施工在高空、室外进行，现场施工环境条件多变，建议通过工艺试验，确定不同环境条件下的施工控制措施。

6)建议研发弹性体伸缩缝维护、修补、替换等相关工艺流程及设备工装。

［1］王乐然，牛斌，肖祥淋，等．客运专线常用跨度桥梁弹性体伸缩缝材料的应用研究［J］．铁道建筑，2009(12):8-11．

［2］中国铁路总公司．TJ/GW 120—2013铁路混凝土桥梁弹性体伸缩缝暂行技术条件［S］．北京:中国铁道出版社，2014．

［3］中华人民共和国铁道部．TB/T 2965—2011铁路混凝土桥面防水层技术条件［S］．北京:中国铁道出版社，2011．

［4］王乐然，牛斌．弹性体伸缩缝在城市轨道交通中的应用研究［J］．铁道建筑，2015(4):6-8．

［5］袁素兰，卢麟，邹百军，等．低模量高伸长率硅酮密封胶在混凝土接缝防水中的应用［J］．城市道桥与防洪，2007(5):65-68．

［6］牛斌．京沪高速铁路桥梁弹性体伸缩缝应用试验研究［R］．北京:中国铁道科学研究院，2011．

［7］YEOH O H．Some Forms of the Strain Energy for Rubber［J］．Rubber Chemistry and Technology，1993，66(5):754-771．

［8］殷宁俊．高速桥梁的耐久性［J］．铁道建筑，1997(7):9-12．

(责任审编 周彦彦)

Discussion of Elastomer Expansion Joints'Base Bonding Characteristics at Beam End of Railway Bridge

WANG Wenlei
(Standard Metrology Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Elastom er expansion joint has been gradually applied as a new waterproof device used at the beam ends in railway engineering in recent years．In this paper，base bonding characteristics of two waterproof systems including elastomer expansion joint and polyurethane waterproof layer were discussed from the aspect of stress pattern of concrete m ember base under working condition，the bond characteristic index，and the requirem ents for concrete base surface．Through analysis，the bond between elastom er expansion joint and concrete base was regarded as a weak part．Corresponding suggestion was proposed in terms of its design，construction，testing，inspection，repair and maintenance．

Bridge;Elastomer expansion joint;Polyu rethane waterproof layer;Base bond

U213．4+2

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．08

1003-1995(2016)11-0031-03

2016-05-03;

2016-08-20

王文雷(1984—)，男，助理研究员，硕士。