铁路钢桥面树脂沥青混凝土柔性防水保护层应用研究

南海军，卓武极

(宁波天意钢桥面铺装工程有限公司 宁波市 315000)

0 引言

在铁路钢桥及其铺装工程中，钢板与桥面道砟间会设置保护层，其主要作用为隔绝水侵入与保护钢桥主体结构[1-2]。在服役期间的温度与荷载耦合作用下，保护层可能出现开裂、破碎等病害，进而损害铁路钢桥的耐久性与行车安全性[3-4]，因此铁路钢桥保护层应具有优良的防水、抗裂及抗疲劳性能。

铁路钢桥面保护层大多采用刚性材料进行铺筑，如高筋高性能混凝土、丙烯纤维高性能混凝土、细石纤维混凝土等[1, 5]。但是，刚性保护层自身刚度较大，其与钢桥结构的变形协调性差，易发生开裂、破碎等病害，进而使外界水侵蚀钢桥面板；其次，刚性保护层维修养护时需对交通进行封闭处理[6]，维养难度较高。鉴于铁路钢桥的结构特性，近年来柔性防水保护层逐步得到应用。柔性防水保护层出色的密水性、抗弯拉性能，以及优良的协调变形性能，可使铁路钢桥保护层长期处于良好的服役状态。

然而目前柔性防水保护层在铁路钢桥的应用时间较短，针对此类保护层的研究和工程应用分析相对较少。依托芜湖长江公铁大桥铁路桥钢桥面铺装工程，重点对“钢板+环氧粘结碎石层(EBCL)层+树脂沥青粘结层+3cm树脂沥青混凝土RA+防水涂料”铁路钢桥面柔性防水保护体系(ER防水保护层)分析研究，明确ER防水保护层的材料、结构及关键施工工艺要点，为后续铁路钢桥柔性防水保护层的研究与应用提供参考。

1 ER防水保护层结构及技术要求

ER防水保护层由EBCL层、树脂沥青粘结层、RA层与防水涂层组合而成，典型结构如图1所示。

图1 铁路钢桥ER防水保护层典型结构

EBCL层和RA层是ER防水保护层的关键结构层，EBCL层利用高性能环氧沥青胶结料在钢桥面板与RA层之间形成防水防腐性能良好的结构层，并通过其上方的碎石界面与RA层之间构成咬合作用，以提高层间的粘结效果与抗滑移剪切能力；RA层较高的结构强度、优良的防水性与耐久性，可有效隔绝外界水对钢结构的不利影响，并分散铁路钢桥承担的复杂荷载作用[7]。ER防水保护层的主要技术指标分别如表1～表4所示。

表1 EBCL层主要技术指标要求

表2 树脂沥青粘结层主要技术要求

表3 RA混合料主要技术指标

表4 防水涂层主要技术指标

2 ER防水保护层性能研究

基于芜湖长江公铁大桥铁路桥钢桥面ER防水保护层的服役环境，对ER防水保护层的结构特性与整体性能进行评价分析。

2.1 EBCL层

EBCL是ER防水保护层的关键结构层，其层间粘结性能直接影响防水保护层与钢板间的协同变形能力。基于不同条件下的拉拔试验对EBCL层的层间粘结效果进行测试，试验结果如表5所示。

表5 EBCL层与钢板层间拉拔试验结果

由表5可知，EBCL层的粘结强度满足设计要求，且在高温条件下其仍能保持良好的粘结效果。

2.2 RA混合料

RA层的使用性能对ER防水保护层的整体耐久性具有重要意义，然而RA层的使用性能很大程度上受RA混合料配合比设计的影响。因此，通过配合比设计及性能研究，对RA混合料的适用性展开分析研究。芜湖长江公铁大桥铁路桥所用的ER防水保护层中，RA混合料的最大公称粒径为10mm，油石比为7%～10%，具体级配要求如表6所示。

表6 RA10混合料的级配范围

结合铁路钢桥实际服役情况及受力特点，依照国家规范《公路工程沥青及沥青混合料试验规程》(JTG E20—2011)，通过室内试验分析RA10混合料的防水性能、水稳定性与抗开裂性能，相关试验结果见表7。

表7 RA10混合料性能试验结果

据表7所示试验结果可知，芜湖长江公铁大桥铁路桥所用RA10混合料的强度高，抗裂性好，同时具备优良的防水性能，可以有效保护铁路钢桥面板不受外界水侵蚀，适用于铁路钢桥严苛复杂的服役环境。

3 ER防水保护层施工质量控制研究

ER防水保护层结构的关键施工步骤为：

(1) 采用无尘抛丸机对桥面钢板进行抛丸除锈，使其钢板表面清洁度达到Sa2.5 级，粗糙度达到80～120μm。

(2)在抛丸后的钢板表面上刮涂EBCL胶结料1.2～1.4kg/m2，然后在胶结料表面撒布一层3～5mm的单粒径碎石，撒布量控制在3～4 kg/m2，使其与 EBCL 胶结料一同固化，形成防水且粗糙抗滑性能良好的EBCL界面层。

(3)EBCL界面固化且达到设计强度后，在其表面上涂布树脂沥青RA胶结料0.5～0.7kg/m2，再铺筑30mm厚的树脂沥青混合料RA10并碾压至密实不透水状态。

(4)在RA顶面进行抛丸清洁作业，并在RA层顶面涂布沥青基防水涂料0.4～0.6kg/m2，防止外界水的侵蚀作用。

3.1 钢桥面板喷砂除锈

钢桥面板喷砂除锈的主要技术要点如下：

(1)钢板抛丸施工前应保证钢板清洁、干燥、无油污、无焊瘤，并用强力吹风机将表面灰尘、杂质等清理干净。

(2)若钢板上有油污，需采用三氯乙烯等高效溶剂进行清除。

(3)钢桥面板抛丸作业须在晴好天气条件下进行，以保证涂布后的EBCL胶结料在表干前不被雨淋。

(4)在施工过程中抛丸机作业的行走速度宜为0.5～2.0m/s，相邻两台喷砂机作业的搭接宽度不小于5cm，处置后的钢桥面板质量须满足设计要求，且严禁交叉施工，避免污染钢桥面板。

3.2 EBCL层施工

抛丸除锈2h以内，应尽快开始EBCL层的施工，施工时要求气温不低于10℃，且须先确认当天施工期间不会出现雨、雾天气。EBCL层施工技术要点如下：

(1)EBCL层分两层施工，EBCL胶结料采用人工刮涂方式，其后碎石采用人工或机械撒布方式。

(2)在施工期间，EBCL胶结料应注意各组分拌和配比，做到即拌即用，尽快刮涂施工，不可长时间存放，并要求刮涂后的胶结料厚度均匀、无堆积、无流淌。

(3)碎石撒布要求均匀满布，不能出现重叠堆积，碎石撒布施工后需封闭施工区域，禁止一切人员和机械在胶结料固化前进入。

3.3 树脂沥青粘结层和RA10施工

RA 混合料摊铺前，需在已固化的EBCL表面洒布一层 RA 胶结料，提高 RA 混合料与EBCL 界面的粘结可靠性，消除 RA 和 EBCL 间可能存在的空隙。在洒布树脂沥青粘结料前，应采用强力空压机或风力灭火器对已经固化的 EBCL表面进行彻底清理，确保其表面清洁干燥，无污染、无尘土。此外，树脂沥青粘结料的洒布不能过早，应保证RA混合料摊铺时，洒布的树脂沥青粘结料还处于尚未指干的状态。

RA10混合料拌和生产的施工要点如下：

(1)RA10混合料的拌和分为干拌和湿拌两个阶段，干拌时间为5～10s，然后添加 RA 胶结料进行湿拌，湿拌时间一般不少于60s。

(2)生产的RA10混合料矿料表面应被胶结料均匀裹附，无结团或花白料，且混合料应具有良好的蠕动性。

(3)混合料运料车的车厢应保持清洁，不能有残留的土块、旧沥青团块等异物，防止异物混入混合料。

(4)运料车路线上应设置清洁点，用高压水枪和空压机冲洗、吹净车轮，保证车辆进入摊铺现场时处于清洁状态。

(5)混合料摊铺作业应选择气温适宜的时间段进行，环境气温在15～30℃时为佳，且摊铺机的行驶速度应考虑拌合楼的生产能力，不能出现压料及等料现象，以防摊铺机或运料车里的混合料出现固化。

(6)RA 混合料的碾压通过胶轮压路机和光轮压路机组合进行，混合料的密实度主要依赖胶轮压路机的揉搓碾压获得；光轮压路机的碾压目的是消除胶轮碾压的痕迹，保持RA 混合料表面的平整度。

(7)RA 混合料蠕动性良好时，胶轮压路机的碾压遍数为4～6遍即可达到密实度要求，之后应尽快采用光轮压路机进行收光收迹。

3.4 防水涂层施工

防水涂层旨在提高铁路桥铺装的综合防水和防道砟硌破的效果。在防水涂层施工前，应用滚筒式清刷机与除尘设备清理下层RA混合料表面至清洁、平整与干燥状态，以便使其与RA表面粘结牢固。防水涂层应采用机械洒布方式，洒布后涂层表面应厚度均匀，且无流淌。

4 结论

基于芜湖长江公铁大桥铁路桥铺装项目，对ER防水保护层在铁路钢桥面上的结构特性与使用性能进行了分析。结果表明，与刚性防水保护层相比，ER防水保护层的协调变形能力更强，能够良好地与钢板形成整体，有效解决铁路钢桥保护层易出现的渗水、滑移、开裂等病害。此外，将该柔性防水保护层应用于工程实例，总结了ER防水保护层的施工流程及注意事项，为同类型工程的实施提供借鉴。