鐵路橋梁梁端間彈性體伸縮縫基層粘結(jié)性能探討

王文雷

(中國鐵道科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)計量研究所，北京100081)

鐵路橋梁梁端間彈性體伸縮縫基層粘結(jié)性能探討

王文雷

(中國鐵道科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)計量研究所，北京100081)

橋梁梁端間彈性體伸縮縫作為一種新型的梁端防水裝置，近年來在鐵路建設(shè)中逐漸得到了應(yīng)用。本文從彈性體伸縮縫和聚氨酯防水層在工作狀態(tài)下的混凝土基層受力模式、材料粘結(jié)性能指標(biāo)、對混凝土基層的處理要求等方面，對這2種防水體系的混凝土基層粘結(jié)性能進(jìn)行了分析對比，認(rèn)為彈性體伸縮縫的薄弱環(huán)節(jié)是彈性體與混凝土基層的粘結(jié)部位，進(jìn)而針對彈性體伸縮縫的設(shè)計施工、試驗檢驗、修補維護等方面提出了相應(yīng)的技術(shù)措施及合理化建議。

橋梁;彈性體伸縮縫;聚氨酯防水層;基層粘結(jié)

1　概述

隨著我國鐵路建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，對基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量的要求越來越高，目前，鐵路客運專線橋梁工程的設(shè)計壽命要求達(dá)到100年。橋梁整體防水體系作為提高橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施之一，在橋梁工程中日益重要。橋梁梁端防水裝置是橋面整體防水的重要組成部分，直接關(guān)系到橋梁整體防水體系的有效性和結(jié)構(gòu)的耐久性。

聚氨酯防水層在鐵路上廣泛使用，但其投入運營后，出現(xiàn)了剝落、起鼓等與混凝土基層粘結(jié)相關(guān)的病害。主要原因是由于聚氨酯防水層對混凝土基層處理要求高，對施工環(huán)境敏感。特別在工期緊張的情況下，更難以保證混凝土基層的處理質(zhì)量。

彈性體伸縮縫作為一種新型的橋梁梁端防水裝置近年來逐漸得到了應(yīng)用，其構(gòu)造如圖1所示。彈性體伸縮縫的防水設(shè)計與聚氨酯防水層的防水設(shè)計有相近之處:彈性體伸縮縫的防水層由底涂料、彈性體和面涂料構(gòu)成;聚氨酯防水層由聚氨酯涂料在混凝土基層上直接涂刷而成。從設(shè)計上不難看出，彈性體伸縮縫與聚氨酯防水層的材質(zhì)相近且防水機理基本一致，同樣存在對混凝土基層處理要求高、對施工環(huán)境敏感等問題?；炷粱鶎拥奶幚碣|(zhì)量以及與聚氨酯防水層或彈性體伸縮縫的粘接性能直接關(guān)系到這2種混凝土橋面防水產(chǎn)品的使用性能和耐久性，是橋面整體防水體系的關(guān)鍵。

圖1　彈性體伸縮縫構(gòu)造

2　彈性體伸縮縫和聚氨酯防水層與混凝土基層粘結(jié)性能對比

彈性體伸縮縫結(jié)構(gòu)中的面涂料與混凝土基層粘結(jié)性能關(guān)系不大，決定混凝土基層粘結(jié)性能的主要是底涂料及與之緊密粘連的彈性體的相關(guān)性能指標(biāo)。以下重點從工作狀態(tài)下基層受力模式、材料粘結(jié)性能指標(biāo)、對混凝土基層處理要求3方面，對這2種防水體系的混凝土基層粘結(jié)性能進(jìn)行對比研究。

2.1工作狀態(tài)下基層受力模式的對比

橋梁彈性體伸縮縫的工作狀態(tài)主要由梁端接縫的張合變形、彈性體伸縮縫自重、彈性體伸縮縫與混凝土熱膨脹系數(shù)不同引起的溫度剪切應(yīng)力這3個因素確定。而影響高速鐵路簡支梁梁端接縫張合變形的主要因素包括:梁體溫度變化、預(yù)應(yīng)力混凝土的收縮徐變、二期恒載和列車通過時引起的橋梁瞬時撓曲。以客運專線常用的24，32 m跨度雙線整孔預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁為例，在計入混凝土收縮徐變及溫度變化等最不利影響后，橋梁接縫變形以軸向伸長和壓縮為主，最大伸縮率在－25%～+50%。

聚氨酯防水層的工作狀態(tài)由聚氨酯防水層自重、聚氨酯防水層與混凝土熱膨脹系數(shù)不同引起的溫度剪切應(yīng)力這2個因素確定。其中與混凝土熱膨脹系數(shù)不同引起的溫度剪切應(yīng)力，在這2種防水體系中基本上一樣，因而就不再討論了，本文中主要討論自重這個因素。

聚氨酯防水層的自重在混凝土基層產(chǎn)生正向壓應(yīng)力，有利于聚氨酯防水層與混凝土基層的粘結(jié)。而由圖1可知，彈性體伸縮縫的自重在混凝土基層上產(chǎn)生切向應(yīng)力，引起彈性體與混凝土基層的剝離，與梁端變形引起的軸力工況疊加之后，彈性體伸縮縫將處于更不利的受力狀態(tài)下。

由以上分析可知:彈性體伸縮縫的受力模式對其與混凝土基層的粘結(jié)更不利。

2.2材料本身的粘結(jié)性能指標(biāo)對比

彈性體結(jié)構(gòu)的底涂料性能指標(biāo)見表1，彈性體材料性能指標(biāo)(與干燥基層粘結(jié)性能相關(guān)的指標(biāo))見表2。聚氨酯防水涂料性能指標(biāo)(與干燥基層粘結(jié)性能相關(guān)的指標(biāo))見表3。

表1　彈性體結(jié)構(gòu)的底涂料性能指標(biāo)

表2　彈性體材料性能指標(biāo)

表3　聚氨酯防水涂料性能指標(biāo)

對以上指標(biāo)進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn):

1)彈性體伸縮縫的底涂料未規(guī)定與基層的粘結(jié)強度，但在彈性體材料的性能指標(biāo)里要求“粘結(jié)強度試驗中試件制作應(yīng)涂刷底涂料，并填充彈性體材料”，由此推知彈性體伸縮縫底涂料的基層粘結(jié)強度應(yīng)≥1.5 MPa。

2)彈性體材料的基層粘結(jié)強度要求≥1.5 MPa，低于聚氨酯防水涂料的基層粘結(jié)強度≥2.5 MPa的要求。

3)聚氨酯防水涂料與混凝土基層剝離強度要求≥3.5 N/mm，而彈性體材料無此指標(biāo)要求。

綜上分析，聚氨酯防水層與混凝土基層粘結(jié)的相關(guān)指標(biāo)要求比彈性體伸縮縫的要求高。

2.3對基層處理要求的對比

《鐵路混凝土橋梁彈性體伸縮縫暫行技術(shù)條件》(TJ/GW 120—2013)對于彈性體伸縮縫處理及施工時的要求為:①梁端混凝土表面密實、平整、清潔、干燥，不應(yīng)有空鼓、松動、蜂窩麻面以及浮渣、浮土、脫模劑、油污等污物;②混凝土表面水分含量不大于20%時，方可進(jìn)行底涂料施工;③嚴(yán)禁在負(fù)溫、5級及以上大風(fēng)、雨雪天氣進(jìn)行底涂料、面涂料施工以及彈性體澆注。

《鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件》(TB/T 2965—2011)對于聚氨酯防水層基層處理及施工時的要求為:①橋面應(yīng)平整，其平整度用1 m長靠尺檢查，空隙只允許平緩變化，且不大于3 mm;②基層表面應(yīng)無蜂窩、麻面、浮砟、浮土、油污;③橋面基層應(yīng)干燥;④防水層施工環(huán)境溫度不應(yīng)低于5℃，風(fēng)力4級以上天氣不宜進(jìn)行施工;⑤噴涂后4 h或涂刷后12 h內(nèi)應(yīng)防止霜凍、雨淋及暴曬。

由以上要求可以看出:聚氨酯防水層與彈性體伸縮縫對基層處理的要求基本一致，但聚氨酯防水層對施工環(huán)境的要求更嚴(yán)苛;彈性體伸縮縫是在橋梁鋪架后，在梁縫間施工，作業(yè)空間嚴(yán)重受限，施工條件比聚氨酯防水層的施工條件更加惡劣。

3　結(jié)論與建議

1)參照聚氨酯防水層出現(xiàn)的病害情況，彈性體伸縮縫與混凝土基層的粘結(jié)部位應(yīng)是病害多發(fā)部位，需要在施工時重點關(guān)注。建議加強對運營狀態(tài)下彈性體伸縮縫的監(jiān)控，對問題早發(fā)現(xiàn)早維護。

2)建議增加彈性體材料的剝離性能指標(biāo)要求。

3)建議優(yōu)化彈性體伸縮縫的構(gòu)造設(shè)計，增大與混凝土基層的粘結(jié)面積，增強與混凝土基層的粘結(jié)性能。

4)加強混凝土基層處理質(zhì)量監(jiān)控，確保混凝土基層處理質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。在橋梁鋪架后受工作空間限制，混凝土基層處理條件十分惡劣，可以考慮在橋梁預(yù)制時，增加混凝土基層處理工序。

5)彈性體伸縮縫施工在高空、室外進(jìn)行，現(xiàn)場施工環(huán)境條件多變，建議通過工藝試驗，確定不同環(huán)境條件下的施工控制措施。

6)建議研發(fā)彈性體伸縮縫維護、修補、替換等相關(guān)工藝流程及設(shè)備工裝。

［1］王樂然，牛斌，肖祥淋，等．客運專線常用跨度橋梁彈性體伸縮縫材料的應(yīng)用研究［J］．鐵道建筑，2009(12):8-11．

［2］中國鐵路總公司．TJ/GW 120—2013鐵路混凝土橋梁彈性體伸縮縫暫行技術(shù)條件［S］．北京:中國鐵道出版社，2014．

［3］中華人民共和國鐵道部．TB/T 2965—2011鐵路混凝土橋面防水層技術(shù)條件［S］．北京:中國鐵道出版社，2011．

［4］王樂然，牛斌．彈性體伸縮縫在城市軌道交通中的應(yīng)用研究［J］．鐵道建筑，2015(4):6-8．

［5］袁素蘭，盧麟，鄒百軍，等．低模量高伸長率硅酮密封膠在混凝土接縫防水中的應(yīng)用［J］．城市道橋與防洪，2007(5):65-68．

［6］牛斌．京滬高速鐵路橋梁彈性體伸縮縫應(yīng)用試驗研究［R］．北京:中國鐵道科學(xué)研究院，2011．

［7］YEOH O H．Some Forms of the Strain Energy for Rubber［J］．Rubber Chemistry and Technology，1993，66(5):754-771．

［8］殷寧?。咚贅蛄旱哪途眯裕跩］．鐵道建筑，1997(7):9-12．

(責(zé)任審編 周彥彥)

Discussion of Elastomer Expansion Joints'Base Bonding Characteristics at Beam End of Railway Bridge

WANG Wenlei
(Standard Metrology Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

Elastom er expansion joint has been gradually applied as a new waterproof device used at the beam ends in railway engineering in recent years．In this paper，base bonding characteristics of two waterproof systems including elastomer expansion joint and polyurethane waterproof layer were discussed from the aspect of stress pattern of concrete m ember base under working condition，the bond characteristic index，and the requirem ents for concrete base surface．Through analysis，the bond between elastom er expansion joint and concrete base was regarded as a weak part．Corresponding suggestion was proposed in terms of its design，construction，testing，inspection，repair and maintenance．

Bridge;Elastomer expansion joint;Polyu rethane waterproof layer;Base bond

U213．4+2

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2016．11．08

1003-1995(2016)11-0031-03

2016-05-03;

2016-08-20

王文雷(1984—)，男，助理研究員，碩士。