鐵路鋼橋面樹脂瀝青混凝土柔性防水保護(hù)層應(yīng)用研究

南海軍，卓武極

(寧波天意鋼橋面鋪裝工程有限公司 寧波市 315000)

0 引言

在鐵路鋼橋及其鋪裝工程中，鋼板與橋面道砟間會(huì)設(shè)置保護(hù)層，其主要作用為隔絕水侵入與保護(hù)鋼橋主體結(jié)構(gòu)[1-2]。在服役期間的溫度與荷載耦合作用下，保護(hù)層可能出現(xiàn)開裂、破碎等病害，進(jìn)而損害鐵路鋼橋的耐久性與行車安全性[3-4]，因此鐵路鋼橋保護(hù)層應(yīng)具有優(yōu)良的防水、抗裂及抗疲勞性能。

鐵路鋼橋面保護(hù)層大多采用剛性材料進(jìn)行鋪筑，如高筋高性能混凝土、丙烯纖維高性能混凝土、細(xì)石纖維混凝土等[1, 5]。但是，剛性保護(hù)層自身剛度較大，其與鋼橋結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)性差，易發(fā)生開裂、破碎等病害，進(jìn)而使外界水侵蝕鋼橋面板；其次，剛性保護(hù)層維修養(yǎng)護(hù)時(shí)需對(duì)交通進(jìn)行封閉處理[6]，維養(yǎng)難度較高。鑒于鐵路鋼橋的結(jié)構(gòu)特性，近年來柔性防水保護(hù)層逐步得到應(yīng)用。柔性防水保護(hù)層出色的密水性、抗彎拉性能，以及優(yōu)良的協(xié)調(diào)變形性能，可使鐵路鋼橋保護(hù)層長(zhǎng)期處于良好的服役狀態(tài)。

然而目前柔性防水保護(hù)層在鐵路鋼橋的應(yīng)用時(shí)間較短，針對(duì)此類保護(hù)層的研究和工程應(yīng)用分析相對(duì)較少。依托蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋鐵路橋鋼橋面鋪裝工程，重點(diǎn)對(duì)“鋼板+環(huán)氧粘結(jié)碎石層(EBCL)層+樹脂瀝青粘結(jié)層+3cm樹脂瀝青混凝土RA+防水涂料”鐵路鋼橋面柔性防水保護(hù)體系(ER防水保護(hù)層)分析研究，明確ER防水保護(hù)層的材料、結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵施工工藝要點(diǎn)，為后續(xù)鐵路鋼橋柔性防水保護(hù)層的研究與應(yīng)用提供參考。

1 ER防水保護(hù)層結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

ER防水保護(hù)層由EBCL層、樹脂瀝青粘結(jié)層、RA層與防水涂層組合而成，典型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 鐵路鋼橋ER防水保護(hù)層典型結(jié)構(gòu)

EBCL層和RA層是ER防水保護(hù)層的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層，EBCL層利用高性能環(huán)氧瀝青膠結(jié)料在鋼橋面板與RA層之間形成防水防腐性能良好的結(jié)構(gòu)層，并通過其上方的碎石界面與RA層之間構(gòu)成咬合作用，以提高層間的粘結(jié)效果與抗滑移剪切能力；RA層較高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、優(yōu)良的防水性與耐久性，可有效隔絕外界水對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的不利影響，并分散鐵路鋼橋承擔(dān)的復(fù)雜荷載作用[7]。ER防水保護(hù)層的主要技術(shù)指標(biāo)分別如表1～表4所示。

表1 EBCL層主要技術(shù)指標(biāo)要求

表2 樹脂瀝青粘結(jié)層主要技術(shù)要求

表3 RA混合料主要技術(shù)指標(biāo)

表4 防水涂層主要技術(shù)指標(biāo)

2 ER防水保護(hù)層性能研究

基于蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋鐵路橋鋼橋面ER防水保護(hù)層的服役環(huán)境，對(duì)ER防水保護(hù)層的結(jié)構(gòu)特性與整體性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

2.1 EBCL層

EBCL是ER防水保護(hù)層的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)層，其層間粘結(jié)性能直接影響防水保護(hù)層與鋼板間的協(xié)同變形能力。基于不同條件下的拉拔試驗(yàn)對(duì)EBCL層的層間粘結(jié)效果進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 EBCL層與鋼板層間拉拔試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，EBCL層的粘結(jié)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，且在高溫條件下其仍能保持良好的粘結(jié)效果。

2.2 RA混合料

RA層的使用性能對(duì)ER防水保護(hù)層的整體耐久性具有重要意義，然而RA層的使用性能很大程度上受RA混合料配合比設(shè)計(jì)的影響。因此，通過配合比設(shè)計(jì)及性能研究，對(duì)RA混合料的適用性展開分析研究。蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋鐵路橋所用的ER防水保護(hù)層中，RA混合料的最大公稱粒徑為10mm，油石比為7%～10%，具體級(jí)配要求如表6所示。

表6 RA10混合料的級(jí)配范圍

結(jié)合鐵路鋼橋?qū)嶋H服役情況及受力特點(diǎn)，依照國(guó)家規(guī)范《公路工程瀝青及瀝青混合料試驗(yàn)規(guī)程》(JTG E20—2011)，通過室內(nèi)試驗(yàn)分析RA10混合料的防水性能、水穩(wěn)定性與抗開裂性能，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 RA10混合料性能試驗(yàn)結(jié)果

據(jù)表7所示試驗(yàn)結(jié)果可知，蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋鐵路橋所用RA10混合料的強(qiáng)度高，抗裂性好，同時(shí)具備優(yōu)良的防水性能，可以有效保護(hù)鐵路鋼橋面板不受外界水侵蝕，適用于鐵路鋼橋嚴(yán)苛復(fù)雜的服役環(huán)境。

3 ER防水保護(hù)層施工質(zhì)量控制研究

ER防水保護(hù)層結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵施工步驟為：

(1) 采用無塵拋丸機(jī)對(duì)橋面鋼板進(jìn)行拋丸除銹，使其鋼板表面清潔度達(dá)到Sa2.5 級(jí)，粗糙度達(dá)到80～120μm。

(2)在拋丸后的鋼板表面上刮涂EBCL膠結(jié)料1.2～1.4kg/m2，然后在膠結(jié)料表面撒布一層3～5mm的單粒徑碎石，撒布量控制在3～4 kg/m2，使其與 EBCL 膠結(jié)料一同固化，形成防水且粗糙抗滑性能良好的EBCL界面層。

(3)EBCL界面固化且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在其表面上涂布樹脂瀝青RA膠結(jié)料0.5～0.7kg/m2，再鋪筑30mm厚的樹脂瀝青混合料RA10并碾壓至密實(shí)不透水狀態(tài)。

(4)在RA頂面進(jìn)行拋丸清潔作業(yè)，并在RA層頂面涂布瀝青基防水涂料0.4～0.6kg/m2，防止外界水的侵蝕作用。

3.1 鋼橋面板噴砂除銹

鋼橋面板噴砂除銹的主要技術(shù)要點(diǎn)如下：

(1)鋼板拋丸施工前應(yīng)保證鋼板清潔、干燥、無油污、無焊瘤，并用強(qiáng)力吹風(fēng)機(jī)將表面灰塵、雜質(zhì)等清理干凈。

(2)若鋼板上有油污，需采用三氯乙烯等高效溶劑進(jìn)行清除。

(3)鋼橋面板拋丸作業(yè)須在晴好天氣條件下進(jìn)行，以保證涂布后的EBCL膠結(jié)料在表干前不被雨淋。

(4)在施工過程中拋丸機(jī)作業(yè)的行走速度宜為0.5～2.0m/s，相鄰兩臺(tái)噴砂機(jī)作業(yè)的搭接寬度不小于5cm，處置后的鋼橋面板質(zhì)量須滿足設(shè)計(jì)要求，且嚴(yán)禁交叉施工，避免污染鋼橋面板。

3.2 EBCL層施工

拋丸除銹2h以內(nèi)，應(yīng)盡快開始EBCL層的施工，施工時(shí)要求氣溫不低于10℃，且須先確認(rèn)當(dāng)天施工期間不會(huì)出現(xiàn)雨、霧天氣。EBCL層施工技術(shù)要點(diǎn)如下：

(1)EBCL層分兩層施工，EBCL膠結(jié)料采用人工刮涂方式，其后碎石采用人工或機(jī)械撒布方式。

(2)在施工期間，EBCL膠結(jié)料應(yīng)注意各組分拌和配比，做到即拌即用，盡快刮涂施工，不可長(zhǎng)時(shí)間存放，并要求刮涂后的膠結(jié)料厚度均勻、無堆積、無流淌。

(3)碎石撒布要求均勻滿布，不能出現(xiàn)重疊堆積，碎石撒布施工后需封閉施工區(qū)域，禁止一切人員和機(jī)械在膠結(jié)料固化前進(jìn)入。

3.3 樹脂瀝青粘結(jié)層和RA10施工

RA 混合料攤鋪前，需在已固化的EBCL表面灑布一層 RA 膠結(jié)料，提高 RA 混合料與EBCL 界面的粘結(jié)可靠性，消除 RA 和 EBCL 間可能存在的空隙。在灑布樹脂瀝青粘結(jié)料前，應(yīng)采用強(qiáng)力空壓機(jī)或風(fēng)力滅火器對(duì)已經(jīng)固化的 EBCL表面進(jìn)行徹底清理，確保其表面清潔干燥，無污染、無塵土。此外，樹脂瀝青粘結(jié)料的灑布不能過早，應(yīng)保證RA混合料攤鋪時(shí)，灑布的樹脂瀝青粘結(jié)料還處于尚未指干的狀態(tài)。

RA10混合料拌和生產(chǎn)的施工要點(diǎn)如下：

(1)RA10混合料的拌和分為干拌和濕拌兩個(gè)階段，干拌時(shí)間為5～10s，然后添加 RA 膠結(jié)料進(jìn)行濕拌，濕拌時(shí)間一般不少于60s。

(2)生產(chǎn)的RA10混合料礦料表面應(yīng)被膠結(jié)料均勻裹附，無結(jié)團(tuán)或花白料，且混合料應(yīng)具有良好的蠕動(dòng)性。

(3)混合料運(yùn)料車的車廂應(yīng)保持清潔，不能有殘留的土塊、舊瀝青團(tuán)塊等異物，防止異物混入混合料。

(4)運(yùn)料車路線上應(yīng)設(shè)置清潔點(diǎn)，用高壓水槍和空壓機(jī)沖洗、吹凈車輪，保證車輛進(jìn)入攤鋪現(xiàn)場(chǎng)時(shí)處于清潔狀態(tài)。

(5)混合料攤鋪?zhàn)鳂I(yè)應(yīng)選擇氣溫適宜的時(shí)間段進(jìn)行，環(huán)境氣溫在15～30℃時(shí)為佳，且攤鋪機(jī)的行駛速度應(yīng)考慮拌合樓的生產(chǎn)能力，不能出現(xiàn)壓料及等料現(xiàn)象，以防攤鋪機(jī)或運(yùn)料車?yán)锏幕旌狭铣霈F(xiàn)固化。

(6)RA 混合料的碾壓通過膠輪壓路機(jī)和光輪壓路機(jī)組合進(jìn)行，混合料的密實(shí)度主要依賴膠輪壓路機(jī)的揉搓碾壓獲得；光輪壓路機(jī)的碾壓目的是消除膠輪碾壓的痕跡，保持RA 混合料表面的平整度。

(7)RA 混合料蠕動(dòng)性良好時(shí)，膠輪壓路機(jī)的碾壓遍數(shù)為4～6遍即可達(dá)到密實(shí)度要求，之后應(yīng)盡快采用光輪壓路機(jī)進(jìn)行收光收跡。

3.4 防水涂層施工

防水涂層旨在提高鐵路橋鋪裝的綜合防水和防道砟硌破的效果。在防水涂層施工前，應(yīng)用滾筒式清刷機(jī)與除塵設(shè)備清理下層RA混合料表面至清潔、平整與干燥狀態(tài)，以便使其與RA表面粘結(jié)牢固。防水涂層應(yīng)采用機(jī)械灑布方式，灑布后涂層表面應(yīng)厚度均勻，且無流淌。

4 結(jié)論

基于蕪湖長(zhǎng)江公鐵大橋鐵路橋鋪裝項(xiàng)目，對(duì)ER防水保護(hù)層在鐵路鋼橋面上的結(jié)構(gòu)特性與使用性能進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，與剛性防水保護(hù)層相比，ER防水保護(hù)層的協(xié)調(diào)變形能力更強(qiáng)，能夠良好地與鋼板形成整體，有效解決鐵路鋼橋保護(hù)層易出現(xiàn)的滲水、滑移、開裂等病害。此外，將該柔性防水保護(hù)層應(yīng)用于工程實(shí)例，總結(jié)了ER防水保護(hù)層的施工流程及注意事項(xiàng)，為同類型工程的實(shí)施提供借鑒。