環(huán)境友好型防水粘結(jié)技術(shù)在城市橋隧工程中的應(yīng)用

朱家祥，卞媛媛，李元東，呂如楠

（南京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，江蘇 南京 210000）

環(huán)境友好型防水粘結(jié)技術(shù)在城市橋隧工程中的應(yīng)用

朱家祥，卞媛媛，李元東，呂如楠

（南京市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會，江蘇 南京 210000）

文章在分析城市橋隧路面鋪裝及交通特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境友好型水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層技術(shù)的特點，研究和分析其路用性能，并將該技術(shù)應(yīng)用于城市橋隧路面鋪裝結(jié)構(gòu)中。研究結(jié)果表明：水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層在20 ℃條件下養(yǎng)生24 h的復(fù)合試件粘結(jié)、抗剪強度可達0.70 MPa、0.81 MPa，附著力拉拔強度達1.76 MPa，并且強度隨溫度升高衰減較?。还こ虘?yīng)用表明，施工過程中無需加熱，且無有毒氣體排放，節(jié)能環(huán)保，具有優(yōu)良的路用性能和施工便捷性。

橋面鋪裝；水性環(huán)氧瀝青；防水粘結(jié)層；施工工藝

隨著城市化進程的不斷加快，城市規(guī)模、人口、機動車輛數(shù)量等急劇增加，城市現(xiàn)代化建設(shè)高速發(fā)展，人們對道路服務(wù)水平、舒適度等要求更加嚴格。近年來南京市為緩解交通壓力和城市美化建設(shè)需求，開展了長江過江隧道、城西干道橋改遂等城市橋隧項目，橋隧占城市干道比例逐漸增加，橋梁與隧道工程逐漸成為城市交通建設(shè)體系中重要的一環(huán)［1］，而橋梁與隧道上瀝青鋪裝建設(shè)卻是城市公路建設(shè)中比較薄弱的環(huán)節(jié)。

橋隧路面鋪裝已有研究表明，推移、擁包、面層脫落等病害的出現(xiàn)與防水粘結(jié)層質(zhì)量密切相關(guān)［2-3］。本文依托南京市城西干道改造工程，采用環(huán)境友好型水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層技術(shù)，進行防水粘結(jié)層鋪裝技術(shù)研究，分析水性環(huán)氧瀝青材料在城市橋隧路面結(jié)構(gòu)中的適用性。

1 城市橋隧鋪裝特點分析

目前國內(nèi)外城市橋隧鋪裝形式主要采用復(fù)合式鋪裝結(jié)構(gòu)——水泥混凝土面板加鋪瀝青面層，該結(jié)構(gòu)形式可有效該善行車舒適性，同時能夠保護混凝土面板結(jié)構(gòu)，提高耐久性。但城市橋隧鋪裝復(fù)合式結(jié)構(gòu)面臨諸多建設(shè)難題，導致鋪裝質(zhì)量不理想。

（1）橋隧路面大縱坡結(jié)構(gòu)

對于城市橋隧道而言，隧道長度普遍較短，隧道縱坡無明確規(guī)定限制，隧道路面大縱坡結(jié)構(gòu)普遍存在；城市高架橋普遍較高，引橋路段大縱坡普遍存在。大縱坡的存在導致橋隧道路面鋪裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力復(fù)雜，特別是剛性水泥橋（路）面板和柔性瀝青面層之間模量的巨大差異導致受力尤為復(fù)雜［4］。

（2）城市內(nèi)施工難度大

由于城市內(nèi)橋梁隧道多處于交通人流量較大的干道，其施工過程必須考慮揚塵、噪聲、廢氣等因素對周圍環(huán)境及居民的影響，并結(jié)合工程進度、經(jīng)濟成本等因素綜合考慮。

（3）橋隧交通條件惡劣

由于橋隧特殊的地勢、環(huán)境條件，車輛上下高架和進出隧道或在橋隧內(nèi)行駛時不斷加、減速，甚至緊急剎車以適應(yīng)橋隧路面行車條件的變化［5］。頻繁加、減速會在路表面產(chǎn)生相對較大的水平應(yīng)力，易導致路表產(chǎn)生推移、擁包和起皮等現(xiàn)象。

（4）橋隧結(jié)構(gòu)排水困難

對于橋隧復(fù)合式路面結(jié)構(gòu)而言，橋面接縫和隧道水泥混凝土面板接縫極易在瀝青鋪裝層內(nèi)產(chǎn)生反射裂縫；此外，若由于橋隧排水不暢或隧道內(nèi)地下水上溢，極易造成橋面水泥板由于浸水導致鋼筋銹蝕，威脅整體結(jié)構(gòu)安全，隧道內(nèi)則會因上溢水沿水泥混凝土板接縫浸入瀝青面層，造成瀝青層的水損壞［6］。

2 環(huán)境友好型水性環(huán)氧瀝青防水材料性能評價

2.1 技術(shù)特點

水性環(huán)氧瀝青材料屬于反應(yīng)型環(huán)氧樹脂高分子材料，除了具有環(huán)氧樹脂類材料優(yōu)異的力學性能和高溫性能外，還具備優(yōu)良的路用性能和施工性能等特性。

（1）優(yōu)良的路用性能

水性環(huán)氧瀝青的力學性能優(yōu)異，其剪切強度，粘結(jié)強度相較于傳統(tǒng)防水粘結(jié)材料大幅提高［7］，特別是高溫強度和現(xiàn)場強度優(yōu)異，表現(xiàn)出環(huán)氧瀝青反應(yīng)型高聚物的巨大優(yōu)勢。

（2）優(yōu)良的施工性能

水性環(huán)氧瀝青粘度適中，可長期儲存，施工時無需加熱，方便施工的同時也減少了材料廢棄的風險；不使用苯類有毒物質(zhì)，施工時對周邊大氣無污染，同時也有利于施工作業(yè)人員的勞動保護；揮發(fā)迅速，干燥時間短，工程機械能在第一時間通過干燥后的防水粘結(jié)層實施作業(yè)，而不會出現(xiàn)“粘輪”“翹皮”等防水層受損的現(xiàn)象［8］；不撒碎石，施工工藝簡便，并且高溫性能優(yōu)良，有效地避免了熱塑性材料（如橡膠瀝青或SBS改性熱瀝青等）高溫時撒布碎石帶來的硌破穿孔等危害。

2.2 試驗方法

本文選用水性環(huán)氧瀝青、SBS改性瀝青+碎石、橡膠瀝青+碎石3種常用防水粘結(jié)層技術(shù)進行抗剪性能、粘結(jié)性能、抗拉拔性能評價，對比分析水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料的路用力學特性。

本次試驗主要采用復(fù)合件強度和附著力強度試驗方法，按照行業(yè)標準《路橋用水性瀝青基防水涂料標準》（JT/T 535—2004）中的試驗方法進行。

（1）復(fù)合件強度試驗：復(fù)合件強度試驗方法是傳統(tǒng)的試驗方法，主要采用水泥面板+防水粘結(jié)層+瀝青混合料的成型方法，該方法干擾因素較多，并且試驗過程復(fù)雜。

（2）附著力拉拔試驗：是在傳統(tǒng)粘結(jié)、抗剪試驗的基礎(chǔ)上提出，其反映粘結(jié)材料與混凝土面板的全界面粘結(jié)強度，可排除骨料的影響，附著力拉拔強度與復(fù)合件拉拔強度有著良好的相關(guān)性［9］。其次，附著力拉拔儀攜帶方便、操作簡單，能夠?qū)崟r獲得粘結(jié)強度數(shù)據(jù)，近年來被越來越多的工程所采用。因此，推薦防水粘結(jié)層現(xiàn)場檢測時采用附著力拉拔試驗。

2.3 試驗結(jié)果分析

目前橋隧防水粘結(jié)層鋪裝破壞多由于高溫時性能衰減造成，因此針對20 ℃，40 ℃，60 ℃溫度下4種類型的防水粘結(jié)材料進行試驗，試驗結(jié)果見表1。

表1 室內(nèi)試驗結(jié)果統(tǒng)計

從表1試驗結(jié)果分析可知，4種防水粘結(jié)層具有各自特點。（1）層間粘結(jié)性能：水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層結(jié)構(gòu)具有最高的常溫和高溫復(fù)合件拉拔強度，附著力拉拔強度較低，但符合技術(shù)要求；橡膠瀝青+碎石的高溫粘結(jié)強度要優(yōu)于SBS改性瀝青+碎石結(jié)構(gòu)，并且附著力拉拔強度優(yōu)異；此外，水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層的附著力隨溫度衰減較慢，具有良好的高溫適應(yīng)性。（2）層間抗剪性能：水性環(huán)氧瀝青抗剪強度優(yōu)于SBS改性瀝青+碎石和橡膠瀝青+碎石結(jié)構(gòu)；（3）滲透性：水性環(huán)氧瀝青的滲透性較好，有利于隧道內(nèi)鋪面微裂縫的封堵和防水。

通過以上對比可發(fā)現(xiàn)，橡膠瀝青+碎石與水性環(huán)氧瀝青兩者的力學性能較為突出，水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層具有優(yōu)異的抗?jié)B性能。綜合考慮，水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料相較于傳統(tǒng)防水粘結(jié)材料在力學性能和施工性能方面具有顯著優(yōu)勢。

3 南京市城西干道改造工程應(yīng)用

3.1 工程概況

城西干道是南京主城內(nèi)快速路網(wǎng)的重要組成部分，不但承擔了城西地區(qū)中長距離的交通量，而且還承擔了主城內(nèi)部的轉(zhuǎn)換交通量，交通量非常繁重，因此，對城西干道進行擴容改造已勢在必行，必須盡快提升其通行容量，保護道路交通安全，且考慮為遠期的交通增長預(yù)留發(fā)展空間。城西干道改造工程全長6.13 km，雙向10～12車道，共設(shè)4座下穿隧道，總體鋪裝面積超過70 000 m2。

對于城西干道改造工程，一方面要求柔性瀝青面層與剛性水泥混凝土基層共同受力，改善路面的受力條件，這就要求兩者之間必須具有良好的粘結(jié)性能；另一方面，為防止隧道內(nèi)各種水分浸入基層，水泥混凝土面板與瀝青面層之間必須具有性能良好的防水層。此外，城西干道地處城市交通復(fù)雜地帶，附近居住人口較多，施工過程中干擾因素較多，并且對于隧道來說，其內(nèi)部施工空間小，通風條件差、混凝土面板及空氣濕度大等特點增加了對防水粘結(jié)層施工的要求。

根據(jù)南京城西干道技術(shù)標準高、社會影響大等要求，基于水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層材料的良好性能以及已往實體工程的使用經(jīng)驗，對城西干道改造工程路面鋪裝采用環(huán)境友好型水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層材料。

3.2 施工關(guān)鍵工藝

防水粘結(jié)層是路面鋪裝中至關(guān)重要的一環(huán)，其施工質(zhì)量的好壞直接影響到路面的使用質(zhì)量及壽命，因此，施工過程中須對各個工藝環(huán)節(jié)進行嚴格控制。

水性環(huán)氧瀝青水泥混凝土橋面防水粘結(jié)層施工主要流程如下：水泥混凝土橋面基層處理—橋面交通管制—水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)層施工—防水粘結(jié)層養(yǎng)生—瀝青混凝土鋪裝—橋面鋪裝層整體養(yǎng)生—開放交通［10-11］。

（1）混凝土面板處理

水性環(huán)氧瀝青要求混凝土面板干燥，無浮漿和雜物，且面板構(gòu)造深度1～3 mm，露骨率≥20%。根據(jù)以上要求，混凝土面板處理包括拋丸后面板的進一步清掃和處治。

拋丸施工按試驗段所確定的參數(shù)進行，拋丸遍數(shù)為1遍，噴射密度中檔，行進速度3檔，功率15 kW，圓型砂丸型號S460，直徑1.4 mm。

（2）防水粘結(jié)層施工

混凝土面板處理達到要求后，即可用智能型灑布車噴灑水性環(huán)氧瀝青防水材料，包括灑布量的確定、防水粘結(jié)材料噴灑。

通過試驗段確定達到要求灑布量的最佳車速［12］。具體試驗方法如下：噴灑過程中在路面上放置方盤，以測量灑布量；方盤取走后面下空白面板應(yīng)人工補灑。水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料用量一般推薦為0.8～1.0 kg/m2，本項目經(jīng)試驗后確定灑布量為0.9 kg/m2，最佳車速為慢3檔，選擇在白天氣溫較高的時間段進行灑布。

因考慮城西干道的使用要求及設(shè)計壽命，水性環(huán)氧防水材料噴灑時采用2次重復(fù)噴灑，第1次灑布量為0.1～0.2 kg/m2，對混凝土面板表層的微裂縫進行填充，表干后進行第2次灑布，灑布量為0.7 kg/m2。

施工過程中，注意縱向銜接與已灑布部分重疊10 cm。水性環(huán)氧防水粘結(jié)材料灑布后需進行封閉交通自然養(yǎng)護，禁止行人或車輛通過，材料干燥后不粘車輪和攤鋪機履帶，所以不需要撒布碎石。在天氣晴好情況下，一般自然干燥和養(yǎng)生1d后即可進行瀝青混合料攤鋪。

3.3 質(zhì)量檢測

為保證施工質(zhì)量要求，對水性環(huán)氧防水粘結(jié)層的施工質(zhì)量進行了現(xiàn)場灑布量、附著力拉拔和抗施工損傷的檢測，檢測結(jié)果見表2、表3。

表2 城西干道防水粘結(jié)材料灑布量檢測 kg/m2

表3 城西干道防水粘結(jié)材料層附著力拉拔檢測

檢測結(jié)果表明，水性環(huán)氧瀝青的灑布量滿足技術(shù)要求。因工程進度需要，施工時間為12月份，氣溫較低，水分蒸發(fā)速度較慢，各點的附著力拉拔相較于室內(nèi)試驗結(jié)果有一定差距，基本符合現(xiàn)場施工要求。此外，當鋪筑面層瀝青混合料時，基于水性環(huán)氧瀝青防水材料特性，高溫條件和瀝青混合料的擠嵌效果會使防水粘結(jié)層進一步固化、補強。水性環(huán)氧瀝青成膜完整，養(yǎng)生表干后可通行車輛進行面層鋪裝。

4 結(jié)語

城市橋隧鋪面大縱坡結(jié)構(gòu)普遍存在，導致路面受力復(fù)雜，并且城市內(nèi)部交通量大、交通條件惡劣，需要尋求性能優(yōu)異的防水粘結(jié)材料和路面鋪裝結(jié)構(gòu)。環(huán)境友好型水性環(huán)氧瀝青防水粘結(jié)材料具有優(yōu)良的路用性能和施工性能，其力學性能優(yōu)于常規(guī)熱噴瀝青防水粘結(jié)層，在20 ℃條件下養(yǎng)生24 h的粘結(jié)、剪切強度可達0.70 MPa、0.81 MPa，并且強度隨溫度升高衰減較??；施工過程屬于冷施工，無需高溫加熱，養(yǎng)護時間短，具有優(yōu)越的便捷性，對交通、周邊環(huán)境及居民影響小，有利于提升道路工程的社會認可度。

本文結(jié)合南京市城西干道實體工程，提出水性環(huán)氧防水粘結(jié)層的施工要點，后期檢測結(jié)果表明，水性環(huán)氧瀝青防水材料在城市橋隧工程中使用效果良好，可為后期技術(shù)推廣提供借鑒。

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Application of Environmental-Friendly Waterproof Binding Technology in Bridge and Tunnel Engineering

Zhu Jiaxiang， Bian Yuanyuan， Li Yuandong， Lv Ru'nan
（Nanjing Municipal Commission of Housing and Urban-rural Development， Nanjing 210000， China）

The water-borne epoxy waterproof binding technology is applied in bridge and tunnel pavement structure for the first time based on the analysis of the urban bridge and tunnels laying structure and the traffic characteristics， combining with the features of environmental-friendly waterproof binding material. The results show that the bonding， shear and adhesion strength of the water-borne epoxy waterproof binding material could be up to 0.70 MPa ，0.81 MPa and 1.76 MPa respectively， and the high temperature performance is excellent. In the construction process， there is no need to heat and no toxic gas discharged， so it has excellent road performance and construction convenience.

bridge deck pavement； water-borne epoxy asphalt； waterproof bonding layer； construction technology

U443.31

A

1672-9889（2016）01-0068-03

朱家祥（1964-），男，江蘇南京人，高級工程師，主要從事城市建設(shè)中長期規(guī)劃、工程建設(shè)及項目管理工作。

2015-06-12）