桥面防水粘结层使用性能评价研究

张剑锋1， 蔡文龙， 金光来， 张志祥

(1.江苏宁常镇溧高速公路有限公司, 江苏 金坛 213245; 2.江苏中路工程技术研究院有限公司 , 江苏 南京 211806)

0 前言

80年代初期，随着我国桥梁建设的发展，桥梁专家和从业人员开始逐渐认识到水泥混凝土桥面钢筋腐蚀的严重性和桥面防水的重要性，但当时并未对此做系统研究。桥面铺装层之间及铺装层与桥面板之间的防水粘结层在桥面铺装结构中起着重要的作用，是桥面铺装的重要组成部分，对水泥混凝土桥面和沥青铺装的性能和使用寿命至关重要。如果防水粘结层失效，将会导致铺装层与桥面板脱落，使得桥面铺装结构破坏，进一步影响到桥梁主体结构；如水分渗入桥面板，则会对桥梁主体结构造成破坏。鉴于桥面防水粘结层在桥面铺装结构中的作用，通常要求防水粘结层密水性良好，不透水；力学性能稳定，能够承受行车荷载产生的水平向剪应力的作用；耐高温、低温、耐腐蚀、耐老化；与桥面板混凝土和面层沥青混合料的协调性好，不仅表现在力学性能上，而且表现为物理、化学性质的协调上，防水粘结材料应能适应桥面的各种变化，如不平整、粗糙、灰尘等外界因素的影响[1-4]。

为了评估现役高速公路桥面防水粘结层的使用性能，结合宁常镇溧高速公路使用性能评价项目，对宁常镇溧桥面防水粘结层进行现状评估，并通过现场拉拔试验进一步评价几种防水粘结层与桥面板的粘结效果。

1 试验及评价方法

1) 建设过程中，宁常高速使用了热喷SBS沥青+碎石、热喷橡胶沥青+碎石2种防水粘结层材料，而镇溧高速主要使用FYT防水涂膜。结合养护历史和桥面的车辙状况对不同防水粘结层的使用效果进行整体评估。

2) 为了评估热喷SBS沥青+碎石、热喷橡胶沥青+碎石和FYT防水涂膜的防水粘结效果，制定了专门的取芯方案，并对铺装有不同防水粘结层的桥面进行取芯，取芯位置分别是硬路肩、第3车道的完好处和车辙处。

3) 通过对铺装不同防水粘结层的桥面进行现场拉拔试验，以试样的拉拔强度作为评价指标，评价防水粘结层的粘结效果。为了确保试验结果的准确性，在进行桥面防水粘结层拉拔试验(见图1)时，每个断面进行2个以上平行试验，并准确记录试件的拉拔强度和试件破坏的位置。

a) 拉拔仪

b) 拉拔后的芯样

图1 现场拉拔试验

4) 采用CT三维扫描技术与数字图像处理相结合的方法，分析不同防水粘结层的混合料铺装底部压实效果。CT三维扫描技术基本工作原理为：利用X射线对试件以扫描的方式从多方向透射其断层，用探测器对透射后发生衰减的射线进行采集，进行二维或三维灰度图像重建，技术性能参数见表1,原理见图2。扫描的试件为标准的路面钻芯芯样，对芯样进行切割处理，使得底面平整，电压：200 kV，电流：0.43 mA，积分时间：300 ms。

表1 CT技术性能及参数mmX轴Y轴Z轴焦距范围3D-XY-Pixel Size、3D-Z-Pixel Size20042063045～8000.113

a)

b)

2 桥面防水粘结层现状评估

2.1 桥面养护状况评估

1) 热喷SBS沥青+碎石桥面养护状况见图3。

图3 热喷SBS沥青+碎石桥面历年铣刨重铺详细工程量图

分析图3可知，热喷SBS沥青+碎石桥面专项养护开始于2015年，2015年至2016年桥面铣刨重铺工程量逐年增加，且以铣刨双层为主。2010年至2016年，热喷SBS沥青+碎石桥面铣刨重铺总工程量为7 210.52 m2，1 km铣刨重铺工程量为381.9 m2。

3.外商在区内投资的生产性项目，应以产品出口为主；对部分替代进口产品，在经主管部门批准，补缴关税和工商统一税后，可以在国内市场销售。

2) FYT防水涂膜类桥面养护状况见图4，总工程量对比见图5。

2012年至2014年之间，FYT防水涂膜类桥面的铣刨重铺工程量逐年增加，2014年至2016年逐年衰减。2010年至2016年，FYT防水涂膜桥面铣刨重铺总工程量为53 881.6 m2，1 km铣刨重铺工程量为5 343.8 m2，是热喷SBS沥青+碎石桥面1 km养护工程量的14倍。

图4 FYT防水涂膜桥面铣刨重铺详细工程量图

图5 2010年—2017年不同防水粘结层桥面铣刨重铺总工程量

2.2 桥面车辙状况评估

结合桥面的车辙状况，对热喷SBS沥青+碎石、热喷橡胶沥青+碎石、FYT防水涂膜3种不同防水粘结层的使用效果进行整体评估。由图6可知:

图6 不同防水粘结层桥面RD值随时间的变化

1) 2010年至2016年，热喷橡胶沥青+碎石类防水粘结层和热喷SBS沥青+碎石类防水粘结层的桥面的RD值逐年缓慢增大，2种类型防水粘结层的RD值基本相当；2016年对2种防水粘结层的桥面进行过铣刨重铺专项养护，因此2017年RD值出现减小趋势。

2) 2010年至2013年，FYT防水涂膜类桥面的RD值已逐年增大；2013年和2014年对FYT防水涂膜的桥面进行了大范围的铣刨重铺专项养护，因此2013年至2017年桥面RD值迅速减小。

3) 2010年至2017年，FYT防水涂膜桥面的RD值始终大于热喷橡胶沥青+碎石和热喷SBS沥青+碎石类防水粘结层桥面的RD值，其1 km养护工程量也远大于其他2种防水粘结层桥面的，说明FYT防水涂膜的防水粘结效果较差，降低了桥面铺装层的使用性能。

由图7、图8可知:

图7 不同防水粘结层桥面车辙集度随时间的变化

图8 不同防水粘结层桥面车辙大于10 mm路段的长度占桥面总长度的比值

1) 2010年热喷SBS沥青+碎石类防水粘结层桥面每10 mRD平均值没有大于10 mm的；2012年至2016年，车辙集度逐年增大，2016年车辙集度总量达到137个，超过10 mm的车辙路段长度占桥面总长度的3.63%，2017年车辙集度出现下降趋势，这与RD值的分析结果一致。

2) 2010年至2014年，FYT防水涂膜桥面车辙集度逐年增加,是热喷SBS沥青+碎石桥面车辙集度年平均增长率的3倍，2014增长至316 个，大于10 mm车辙路段长度占总长度的15.18%，说明FYT防水涂膜的使用性能不如热喷SBS沥青+碎石的好。

3) 热喷橡胶沥青+碎石在2016年的车辙集度最大，为6个，表明该段桥面车辙超过10 mm的路段累计长度为60 m，占该桥总长的4.35%。

4) 按3种防水粘结层的车辙状况由好到差排序为：热喷橡胶沥青+碎石、热喷SBS沥青+碎石、FYT防水涂膜。

3 防水粘结层的粘结效果评估

3.1 防水粘结层现场取芯调查

表2为现场取芯结果，图9为不同防水粘结层桥面车辙处芯样特征。

由图9可知，热喷橡胶沥青+碎石类防水粘结层在车辙处的芯样整体状况最好，FYT防水涂膜次之，热喷SBS沥青+碎石较差。热喷SBS沥青+碎石类防水粘结层桥面车辙处所取芯样中有57.1%出现粘结层光滑分离，这种情况下粘结层的粘结性能没有充分发挥，或者是粘结层已经失去粘结功能。结合表2可知，不同种类防水粘结层桥面完好处的芯样均未出现粘结层光滑分离的现象，这也进一步说明在车辙处更容易出现粘结层失效的情况。

表2 现场取芯结果一览表防水粘结层类型方向桩号取芯位置芯样情况桥面情况宁常第3车道完好完好宁常K106+520硬路肩完好完好宁常硬路肩下面层底部松散完好宁常硬路肩下面层底部松散完好宁常K102+080第3车道完好车辙热喷SBS沥青+碎石宁常硬路肩完好车辙常宁第3车道粘结层光滑分离车辙常宁第3车道粘结层光滑分离车辙常宁K124+420第3车道粘结层光滑分离车辙常宁硬路肩粘结层光滑分离车辙常宁硬路肩完好车辙热喷橡胶沥青+碎石常宁K144+650第3车道完好车辙常宁硬路肩完好车辙镇溧K42+750第3车道完好完好镇溧硬路肩完好完好镇溧K47+650第3车道完好车辙镇溧硬路肩完好车辙FYT防水涂膜镇溧第3车道粘结层光滑分离车辙镇溧K54+030硬路肩粘结层光滑分离车辙镇溧硬路肩粘结层光滑分离车辙镇溧硬路肩完好车辙

图9 不同防水粘结层桥面车辙处芯样特征分析

3.2 拉拔试验结果分析

现场拉拔试验结果如3所示。

表3 现场拉拔试验结果一览表防水粘结层类型方向桩号取芯位置拉拔强度/MPa试件破坏位置桥面情况热喷SBS沥青+碎石热喷橡胶沥青+碎石FYT防水涂膜宁常宁常宁常宁常常宁常宁常宁镇溧镇溧镇溧镇溧镇溧K106+520K102+080K144+650K42+750K47+650第3车道0.10上下面层之间完好硬路肩0.04下面层底部完好第3车道0.09粘结层车辙硬路肩0.24上下面层之间车辙硬路肩0.03粘结层车辙第3车道0.15粘结层车辙硬路肩0.06上下面层之间车辙第3车道0.13上下面层之间完好硬路肩0.04粘结层完好第3车道0.13粘结层车辙硬路肩0.04粘结层车辙硬路肩0.03粘结层车辙

由表3可知，拉拔试验试件的破坏位置有3种情况: 一是粘结层处，这种情况说明粘结层与桥面板的粘结强度小于铺装层的抗拉强度；二是铺装层的上下面层之间，这种情况说明铺装层上、下层之间的粘结强度小于粘结层与桥面板的粘结强度；三是下面层底部，这种情况说明粘结层与铺装层的粘结强度小于粘结层与桥面板的粘结强度。

3种粘层材料的拉拔强度试验结果如图10所示，由图可知：

图10 不同防水粘结层桥面车辙断面拉拔强度

对比第3车道车辙断面处3种防水粘结层的拉拔强度可知，热喷橡胶沥青+碎石的拉拔强度较大，FYT防水涂膜的拉拔强度次之，而热喷SBS沥青+碎石拉拔强度较小。

从拉拔强度来看，热喷橡胶沥青+碎石具有更好的粘结效果，热喷SBS沥青+碎石的粘结效果略差。同时还发现，FYT防水涂膜和热喷SBS沥青+碎石第3车道的拉拔强度均大于硬路肩的，初步分析认为：这与施工建设期防水层洒布时主车道洒布量大于硬路肩边缘洒布量有关。

3.3 铺装层底部微观分析

宁常镇溧高速不同防水粘结层的桥面铺装层底部CT扫描结果如图11所示。

a) 车辙断面(K47+650)b) 完好断面(K42+750)

根据CT扫描的结果对界面层空隙率进行了外观的初步判断，车辙断面界面层空隙率明显多于完好断面的，但车辙断面与完好断面界面层空隙率目测均较大，界面状况一般，下一步应通过对铺装层空隙率做进一步分析，为桥面车辙病害分析提供充分依据。

4 结论

1) FYT防水涂膜桥面的RD值最大，热喷SBS沥青+碎石桥面和热喷橡胶沥青+碎石桥面的RD值基本相当；FYT防水涂膜桥面大于10 mm车辙路段长度占桥面总长度的比值最大，热喷SBS沥青+碎石桥面次之，而热喷橡胶沥青+碎石桥面最小。

2) 热喷SBS沥青+碎石桥面所取芯样中有57.1%出现粘结层光滑分离，FYT防水涂膜桥面也有50%的芯样出现粘结层光滑分离的现象，而热喷橡胶沥青+碎石桥面未出现这种情况。

3) 现场拉拔试验表明，热喷橡胶沥青+碎石的拉拔强度略大于FYT防水涂膜的拉拔强度，而热喷SBS沥青+碎石拉拔强度相对最小，但考虑到3种防水粘结层拉拔数据均较小，因此三者拉拔强度的差异并不能很好地与车辙状况对应。

4) 根据CT扫描的结果对界面层空隙率进行了外观的初步判断，车辙断面界面层空隙率明显多于完好断面的，但车辙断面与完好断面界面层空隙率目测均较大。