桥面混凝土防水黏结层使用性能评价分析

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

一、工程概况

某公路大桥施工规模较大，技术含量较高，桥的（42+42+300+300+42+42）m三塔斜拉主桥是特大混凝土箱梁桥，桥面全长32.8m，净宽2×11.78m，中央分隔带宽3m。将双边三角箱预应力混凝土梁用于768.5m的全长主梁，梁高2m，并适当加高塔部。该桥所处地区夏季多雨、冬季寒冷，日常汽车通行量较大、车辆超载数多，因此对沥青路面性能提出了较高要求。由于桥面铺装体系受到荷载、温度综合应力，以及桥梁弯曲、扭曲变形等复杂应力的影响，考虑在纵横向的荷载作用下，桥面产生局部明显应力情况。

二、剪应力计算建模

（一）建模假设

根据桥面工程情况，该建模假设如下：

1.水泥混凝土桥面为连续均匀且各向同性的弹性材料。

2.低温及常温时沥青混凝土为连续、均匀且各向同性弹性材料，用E、μ表示线弹性性质。

3.桥面混凝土面板和沥青铺装层自重忽略不计。

4.为避免防水黏结层所受集料铺装发生刺破现象，应适量增加防水黏结层与桥面铺装层之间的咬合作用力和黏结力，以满足施工所需；在防水黏结层撒碎石，起到保护作用；摊铺碾压面层后与铺装层形成整体，不在计算中单独列出。

（二）建模过程

运用20节点六面体等参元在铺装层，10节点四面体等参元在梁体，8节点板壳单元在梁体面板及沥青铺装层防水黏结层和梁体横隔板。取中跨标准梁端建立力学实体模型分析，通过在计算中考虑对称横梁桥跨一段，适当加密网格荷载作用力，确保最终的计算结果符合精准标准，遵循《公路工程技术标准》计算荷载作用力面积，考虑30%冲击系数，汽车单侧轮0.6m×0.2m的接地面积，双侧轮的中心距离1.8m，压强选择0.78MPa。该桥均采用C55混凝土，用于主梁、桥面板，横桥向加载荷位。

（三）计算结果

根据计算参数对剪应力造成的影响发现：

1.当防水黏结层厚度在1mm～4mm之间，最大剪应力值基本不变，防水黏结层自身内剪应力略增并不会破坏桥面铺装剪切。

2.防水黏结层材料模量在10MPa、50MPa、100MPa、200MPa、300MPa和500MPa的不同情况下，随着模量增加，防水黏结层本身承受的剪应力也随之增加。随着防水黏结层接触面模量的增加，最大剪应力值降低，但是降幅较小。所以在施工过程中，仅从防水黏结层模量视角出发，模量在允许范围内越大越好。此外，还需综合考虑防水黏结层材料的黏结性能、施工便利性和延伸率。

3.首先假定铺装层的上层厚度为5cm，下层分别为6cm、10cm、15cm；再假定下层为厚度5cm，上层分别为2cm、4cm、5cm。结果发现，铺装层厚度增加所造成的受力影响较复杂，对于防水黏结层，下层底面铺装，防水黏结层和面板处受力呈递减趋势。

4.混凝土桥面板模量及沥青混凝土铺装层模量比值计算公式为n=E水泥混凝土/E沥青混凝土。n值代表桥面混凝土铺装层的模量改变情况，假定在36000MPa桥面梁板混凝土模量条件下，不同位置剪应力分别在15、20、35、30时，结果如表1所示。研究发现沥青混凝土和n之间负相关，具体表现为沥青层剪应力逐渐减小，剪应力增长幅度逐渐减缓，但沥青铺装层模量和桥面模量差值逐渐增加。

三、防水黏结材料拉拔试验

在防水黏结层剪应力的基础上，为了模拟防水黏结层材料的应用真实情况，此次实验采用车辙板试模成型试件。在特定模板（30×30×3.5）cm规格下，水泥混凝土的浇筑比值为C：S：G：W=430：605：1210：184，设计1.5%减水剂。将完全干燥混凝土块浮浆打磨干净，并将防水黏结层厚度涂刷后碾压至3.5cm，选择SMA13沥青混凝土在冷却后脱模切割，最终获得试件规格为（50×50×70）mm。

常温环境下，两个混凝土层之间不加设防水黏结层，拉拔作用力强度明显低于防水黏结材料。在3种防水黏结材料中，SBS沥青接近于环氧沥青效果，材料防水效果明显。

根据工程环境的差异化温度条件，SBS防水黏结层的材料性能要优于环氧，但在该桥面防水中均作为专用适用型材料，随着不同地区环境温度改变材料的拉拔强度，高温时仅达到常温的10%。

表1  n模量比变化影响剪应力

四、结语

在实际的桥面混凝土防水黏结层施工过程中，需要依照工程项目的施工可行性、拉拔剪切有关性能结果，确定不同材料的最佳用量。该桥对防水黏结层材料的选择、设计施工展开分析，明确了在垂直、水平荷载作用力影响下，防水黏结层作为桥面薄弱刚度位、桥面最大剪应力所在位，处于桥面板的中央纵向剪应力位置。