桥面铺装防水粘结层的研究概述

周柳伶

(重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074)

引言

我国己建或在建的道路桥梁中，水泥混凝土桥梁占重要比例，其中桥面铺装层产生早期病害的原因之一即防水粘结层失效。防水粘结层设置在桥面板与桥面铺装层之间，其作用有：一是防止水渗透到桥面板引起钢筋锈蚀；二是提供足够的粘结强度，防止粘结层在车辆荷载作用下产生拉应力和剪应力而导致破坏。故防水粘结层材料的选择，影响着桥面铺装的使用耐久性。

一、防水粘结层国外发展现状及分析

(一)发展动态

防水粘结层在国外应用的较早，丹麦桥梁建设者在1920年左右，将防水层引入到混凝土桥面建设中[1]。美国于20世纪60年代开始意识到桥面防水对钢筋锈蚀及混凝土破损的影响，于是，防水膜开始广泛应用于桥面铺装[2]。

2013年，Frosch,R.J[3]调查发现，在印第安纳州，桥架保护系统通常采用混凝土覆盖层或薄聚合物覆盖层的形式，在美国和国际上许多国家广泛使用的另一种保护系统是用沥青混凝土覆盖的防水膜。

David Covey[4]在俄勒冈州开发了新的工程乳液，以减少痕迹并增加层间剪切强度。CSS-1H乳液是俄勒冈州最常用的慢凝牌号。在研究中，评估了工程乳液的性能、最有效的施用率以及路面表面质地和交通/环境对ISS的影响。同时，他们认为需要关于粘性涂层质量控制和质量保证和施工实践的统一准则。

2019年，俄勒冈州交通运输部(ODOT)指出，带有防水膜喷涂的混凝土桥面板上的沥青路面覆盖层的早期破坏是一个重大问题。沥青覆盖层失效的潜在原因被认为是防水膜与沥青磨损过程之间的附着力差以及沥青层的材料性能。另外，用于防止冬季危险的道路表面的除冰盐会渗透到甲板中，并导致钢筋的腐蚀，从而削弱桥梁的结构完整性。

防水粘结层的剪力疲劳损伤在桥面铺装设计中并未引起足够的重视。同时，防水粘结层的理论设计依据可参考的不多。Naren Fang[5]等人提出了一种防水粘结层设计方法，是以层间剪切损伤为设计指标，以有效延长桥梁桥面的使用寿命。

综上，混凝土桥面板的劣化和层间粘结性能不佳是影响美国桥梁使用寿命的最重要问题。为此，欧美的国家也在继续对水泥混凝土桥面防水粘结层涂料，还对层间结构进行了多方面的研究。

(二)防水粘结材料研究现状

传统的改性沥青结合层存在着抗剪强度低、施工工艺复杂、需铺碎石等不足。Da Wei Lv[6]等人为了解决这一问题，开发研制了一种高分子聚合物沥青防水粘结层PCMA，得到其抗剪强度、拉应力和疲劳寿命的指标均高于其他防水粘结层，且在湿热地区尤为适用。

Tanaka T等人为保证在混凝土桥梁修复期内的防水性能，开发了一种独具创新性的沥青混合料[7]。通过多年基础实验研制出专用改性沥青，并用APT设施对其耐久性进行相应检测，结果说明该混合料具有较佳的防水性能。

许多学者研究侧重点各不相同，譬如桥面的防水性能及相关体系，铺装结构之间的组合形式，以及材料的实验筛选，有的还会结合实际工程做相关室外现场试验的应用研究。

二、国内防水粘结层发展现状及分析

(一)发展现状

直到20世纪80年代初，我国道桥领域的研究学者才开始重视桥面防粘层的重要性。如北京、上海等地在桥面铺装中开始采用柔性防粘层，当时只是将屋顶防水材料用于桥面铺装，但种种隐患和破坏引起国内研究学者的重视。90年代中后期，改性沥青和改性乳化沥青逐步应用和发展。

万晨光等[8]研究认为层间结构的剪切状态随着荷载水平力系数的增大而恶化，在不考虑材料本身剪切破坏的情况下，增加结构上部沥青层的厚度，可以稍微改善其剪切状态。

国内桥面防水粘结层体系仍需更深层次的研究，防粘层在实际应用中也存在许多问题，如与面层、桥面粘结强度不足造成的早期损伤，以及材料本身的综合质量等。

(二)开发性防水粘结材料研究现状

我国常使用的防水粘结材料有：热改性沥青、改性乳化沥青，防水卷材使用相对较少。顾兴宇[9]等的研究认为涂膜防水粘结层的抗剪强度普遍优于卷材。在相同的剪切角下，剪切强度随温度的升高而迅速降低，在相同的温度下，剪切强度随剪切角的增大而降低。

习磊和黄维容采用三种不同类型的环氧树脂粘合剂作为防水粘结材料[10]，发现增加环氧树脂用量或铺碎石可显著提高防水胶层的粘结强度和抗剪强度。常艳婷等人研究发现随着喷涂速度的增加，复合材料的粘结力、内摩擦角和拔出强度均随温度的升高而增大，粘结和拉拔强度降低。

三、存在问题分析

尽管许多学者研究了不同测试方法，评价指标和标准的防水粘结层，但仍存在以下的一些问题：

1.目前国内防水粘结材料类别众多，很多仍不能满足混凝土桥的使用要求，究其原因，是与桥面板的粘结效果不够好，且开发成本高、制备困难。

2.针对防水粘结体系的评价方法中，所采用的抗剪强度、粘结、疲劳特性等试验基本都聚集在粘结性能，对防水性能涉及不多，也没有相关量化的指标。

总的来说，为有效延长桥面铺装的使用寿命，有待研究和开发出性能良好、实用价值高、应用范围广的防水粘结材料。