高速鐵路橋面聚脲防水層病害原因分析與對策

韓小平

(上海鐵路局 杭州工務(wù)段，浙江杭州 310009)

高速鐵路橋梁混凝土橋面防水層的作用主要是阻止雨水或積水進(jìn)入主梁混凝土內(nèi)，防止水分銹蝕鋼筋、混凝土堿集料反應(yīng)和凍融損壞等病害。另外由于防水層本身具有黏性，通過自身黏結(jié)性能與底層形成一個整體，可增強抵抗外部荷載和自身變形的能力。可見防水層是高鐵橋梁結(jié)構(gòu)防腐的第一道屏障。我國高速鐵路大量采用CRTSⅡ型板式無砟軌道，橋面普遍采用聚脲防水層。對已運營的高鐵橋梁檢查發(fā)現(xiàn)，高鐵開通運營后，CRTSⅡ型板式無砟軌道橋面聚脲防水層均出現(xiàn)不同程度的病害，并且病害發(fā)展的趨勢較為明顯，嚴(yán)重處所已影響高速列車的安全運行，因此，亟需查找其中的原因并進(jìn)行整治。

1 高鐵橋面聚脲防水層病害現(xiàn)狀

經(jīng)現(xiàn)場檢查與統(tǒng)計，高鐵橋面聚脲防水層病害主要分為三類。

1.1 防水層起泡

防水層起泡以底座板與橋面的相對滑動處、防護(hù)墻與底座板之間最為突出，其余如梁端、泄水孔、側(cè)向擋塊等邊角處為多發(fā)處所，見圖1。

圖1 防水層起泡

1.2 防水層龜裂

防水層龜裂集中分布于橋面兩線間、防護(hù)墻與底座板之間，且成孔出現(xiàn)。龜裂嚴(yán)重的發(fā)展至破碎。當(dāng)列車高速通過時，極易將碎片吸上線路，造成軌面不平順，影響列車運行平穩(wěn)性和安全性，見圖2。

1.3 防水層剝離

防水層剝離多發(fā)生于梁端、防護(hù)墻與底座板之間，長條防水層起殼剝離被高速列車吸引至軌面，直接威脅行車安全，見圖3。

2 病害原因分析

高鐵橋面聚脲防水層的結(jié)構(gòu)由三部分組成，見圖4。

1)底座板鋪設(shè)區(qū)域防水層由“底涂+防水材料(厚≥2 mm)”組成。

2)防護(hù)墻內(nèi)側(cè)底座板鋪設(shè)區(qū)域以外防水層由“底涂+防水涂料(厚1.8 mm)+脂肪族聚氨酯面層(厚≥0.2 mm)”組成。

圖2 防水層龜裂

圖3 防水層剝離

圖4 防水層結(jié)構(gòu)

3)防護(hù)墻外側(cè)防水層由“基層處理劑+聚氨酯防水涂料(厚≥2 mm)+C40纖維混凝土保護(hù)層”組成。

由于高速鐵路橋面高振動、高剪切的特殊性，對于防水材料的要求比普通防水材料高很多，其材料的特殊性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性就需要近乎苛刻的施工環(huán)境和較高的工藝。聚脲防水層施工環(huán)境溫度要控制在10～35℃，底材溫度5℃以上。施工工藝流程包括8個步驟:施工準(zhǔn)備→橋面基層處理→第1道底涂施工→膩子修補→第2道底涂施工→噴涂防水材料→脂肪族聚氨酯面層施工→檢驗驗收。

對每步工藝要求都較高，如對于基層的處理首先就要對橋面進(jìn)行拋丸處理，對梁端凸臺邊緣及陰角、防撞墻根部和側(cè)向擋塊根部毛刺要打磨到棱角直平，無明顯凹凸，如有殘缺必須刮平修復(fù)，經(jīng)處理后的橋面強度要達(dá)到要求，粗糙度要符合CPS對照板的SP3(輕度)～SP4(中度)，有效創(chuàng)面＞95%。在底涂施工前要對橋面的含水率進(jìn)行檢測，要求含水率不大于7%，底涂材料不能低于0.4 kg/m2。在關(guān)鍵防水材料的噴涂過程中，要先檢測露點和基層的溫度是否滿足要求，并且防水材料的噴涂工序要緊跟底涂施工連續(xù)進(jìn)行，如超出時限就要重新底涂［1］。防水材料噴涂要一次成型，在溫度適宜的條件下，可以分兩次噴涂，但兩次噴涂的間隔時間越短越好，每層噴涂也要一次成型。另外對于橋面的細(xì)部節(jié)點如基層陰陽角、泄水管管口、轉(zhuǎn)角和防撞墻根部等的處理也很關(guān)鍵。由此可見，對高速鐵路聚脲防水層的施工要求很高，稍一疏忽就會留下安全隱患。

通過對高鐵橋面聚脲防水層結(jié)構(gòu)和施工過程的分析，得出病害產(chǎn)生的原因有以下幾點:

1)缺乏專業(yè)的防水施工隊伍

高鐵聚脲防水層施工對于施工人員技術(shù)要求較高，施工人員對于施工各個步驟的關(guān)鍵點要十分清楚?，F(xiàn)場溫度、濕度和時間的測定都需要專人負(fù)責(zé)，每個施工工序要求很嚴(yán)，但從現(xiàn)場了解到施工隊伍這方面存在不足。另外由于工期較緊，存在不按規(guī)程施工的現(xiàn)象，使工程質(zhì)量大打折扣。

2)對基層的處理有所欠缺

高速鐵路橋面聚脲防水層施工中對基層的處理至關(guān)重要。如果橋面防水層基面處理不當(dāng)、控制不嚴(yán)、噴涂不均勻?qū)?dǎo)致防水層出現(xiàn)起泡、開裂、剝離等病害。水滲入橋面與防水層的界面上，將影響與橋面板的黏結(jié)度。另外噴涂聚脲材料固化速度極快，因此對基面處理、層間處理的要求更加嚴(yán)格。尤其是邊角處、防護(hù)墻與底座板之間等部位處理困難，易造成起泡、開裂、剝離。

3)施工環(huán)境難以控制

高鐵橋面聚脲防水層的每道工序?qū)χ苓叚h(huán)境要求較高，對于溫度、濕度、間隔時間、驗收條件等均有嚴(yán)格規(guī)定。如果在天氣炎熱時施工將對施工質(zhì)量造成嚴(yán)重影響。比如底涂要在基層含水率＜7%的條件下噴涂，不然基層水分受熱膨脹易造成聚脲大面積鼓泡甚至脫落引起防水層起泡、剝離等病害。

4)對防水層施工工序的質(zhì)量控制重視不夠

高鐵橋面防水層施工工序有嚴(yán)格的規(guī)定，如在底涂完全固化前，不允許進(jìn)行其他作業(yè)。防水材料噴涂完畢在4 h內(nèi)應(yīng)注意保護(hù)，不允許進(jìn)行其他作業(yè)。高鐵由于工期緊，施工作業(yè)相互交叉，防水層施工期間保護(hù)不到位，一定程度上影響了防水層的施工質(zhì)量。

5)高速鐵路橋梁的特殊性

由于兩線間橋面的聚脲防水層在底座板處有8 cm搭接，在梁體與底座板的滑動作用下，易造成橋面與底座板處防水層大量起泡或開裂。另外高鐵運行速度快，產(chǎn)生的強大氣流對防水層產(chǎn)生較強且反復(fù)的吸壓作用，加速了防水層的起殼、破損。

3 對策措施

按照我國的高速鐵路規(guī)劃，至2020年高鐵新線建設(shè)達(dá)1.6萬km，形成“四橫四縱”的高速鐵路主干網(wǎng)絡(luò)。由于高速鐵路途經(jīng)地區(qū)不同，各地氣候、溫度和濕度變化很大，這就對如何建設(shè)和維護(hù)好高鐵橋面防水層提出了新的要求。通過對高鐵橋面聚脲防水層病害的調(diào)查顯示，由于施工、設(shè)計、材料和管理引起的病害所占的比例依次為48%，26%，20%，6%。

因此可從以下幾個方面著手進(jìn)行預(yù)防:

1)建立專業(yè)施工隊伍，加強人員梯隊培訓(xùn)。

根據(jù)《客運專線鐵路橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術(shù)條件》(科技基［2009］117 號)［2］，對聚脲防水層各類參數(shù)的規(guī)定與普通橋梁相比有了很大變化，施工工藝和施工環(huán)境也不同，因此必須成立專業(yè)施工隊伍。施工人員必須熟悉防水材料基礎(chǔ)知識、噴涂標(biāo)準(zhǔn)及檢測技術(shù)，掌握施工技巧，對于噴涂設(shè)備及常見故障排除也要做到心中有數(shù)。加強人才梯隊的培養(yǎng)，只有訓(xùn)練出一支相對固定的專業(yè)化施工隊伍，才能真正發(fā)揮出防水材料的作用。

2)優(yōu)化設(shè)計方案，避免冗余設(shè)計。

由于橋面聚脲防水層在底座板處有8 cm的搭接，在梁體與底座板的滑動作用下，極易造成橋面與底座板處防水層大量起泡或開裂，建議取消這8 cm的搭接(見圖5)，這樣可以消除連接處起泡或開裂的現(xiàn)象。

圖5 防水層搭接處理效果

3)選材得當(dāng)，方便維護(hù)。

高鐵防水層防水材料的效果是整個防水系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目前國內(nèi)高鐵橋面防水層基本采用的是噴涂聚脲材料，它是基于聚氨酚雙組分涂料發(fā)展起來的一種新型材料。由于其對環(huán)境溫度、濕度有很強的容忍度，低溫柔韌性好，且防腐、耐磨，因此得到了大量的運用。但快速施工、快速使用也帶來了一個明顯的弊端:在噴涂后與基材的浸潤時間不夠，導(dǎo)致附著力不高，一旦出現(xiàn)問題修補效果不佳。在對滬杭高鐵的防水層進(jìn)行修補后，進(jìn)行拔拉試驗［3］，試驗區(qū)域見圖6，測得的粘結(jié)強度見表1。

圖6 試驗區(qū)域

表1 拉拔試驗測得的粘結(jié)強度 MPa

《客運專線鐵路橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術(shù)條件》(科技基［2009］117號)第4.2.3條規(guī)定:粘結(jié)強度≥2.5 MPa。從表1可知，4個測區(qū)15個測點中A區(qū)修補全部失效，滿足實測值2.5 MPa以上的有3個點，合格率僅20%。因此，需要研發(fā)新型防水涂料和工藝，使之既能滿足高鐵橋面防水要求，又能適應(yīng)高鐵橋面的施工環(huán)境，尤其是要消除防水層失效導(dǎo)致的高鐵運行安全隱患。

4)精細(xì)管理，強調(diào)質(zhì)量與安全。

施工單位要根據(jù)施工前期所需時間、施工條件、施工單位可投入人力和設(shè)備量等情況，科學(xué)合理確定工期，對于重點噴涂部位要事先確定好噴涂方案，確保一次成功。另外要嚴(yán)把工程材料進(jìn)場關(guān)，未經(jīng)檢驗或者檢驗不合格的不得投入使用，從源頭上保證工程質(zhì)量。再者可以采取樣板法施工，在大面積施工前，先進(jìn)行小塊樣板施工，待樣板工程質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，再向全線推廣，以確保工程整體質(zhì)量。

4 結(jié)語

高速鐵路橋面聚脲防水層是個結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)性防水工程，并且對于環(huán)境要求很高。目前我國的高鐵正處于大規(guī)模的建設(shè)期，如對此類問題不在施工階段加以解決，一旦進(jìn)入使用期，將給工務(wù)部門的養(yǎng)修帶來極大的困擾，并且高鐵橋梁結(jié)構(gòu)耐久性受到影響，甚至直接威脅行車安全?，F(xiàn)在必須根據(jù)國情和高鐵建設(shè)的實際情況，選擇和發(fā)展適合高速鐵路特點的橋面防水層。

［1］潘賞，袁振國，姜志國.高速鐵路橋面用聚氨酯防水涂料［J］.化工新型材料，2010，38(5):121-127.

［2］中華人民共和國鐵道部.客運專線鐵路橋梁混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術(shù)條件［S］.北京:中國鐵道出版社，2009.

［3］北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司.聚脲防水層修補拉拔試驗報告［R］.北京:北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司，2011.