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    橋梁耐久性與橋梁防水
    發布時間:2014-08-09
      影響橋梁耐久性的第一位因素是鋼筋銹蝕,而鋼筋銹蝕主要源于混凝土保護層炭化和氯化物侵蝕,這兩種腐蝕現象又都是以水為載體進行的。不僅如此,對于混凝土的凍融循環、減—集料反應等破壞現象,水也是最主要原因之一?梢,橋梁防水對橋梁耐久性的影響至關重要。應該說,橋梁防水是橋梁結構防腐的第一道屏障,有了防水屏障,就會“御敵于國門之外”,從而大大提高橋梁的耐久性,同時也符合“預防性養護”的指導思想。因此,橋梁防水意義重大且深遠,在研究、設計、施工與管養等諸環節中,應務必給予高度重視。 

    橋一、橋梁防水現狀與對策 


    1、現狀 


      近幾年,橋梁防水作為橋梁耐久性的一個主要環節,開始被逐漸重視起來。然而,大多數也僅涉及橋面防水,即橋面防水層的研究、設計與施工。 


      設置橋面防水層的主要目的是從根本上切斷水與混凝土結構的接觸通路(確切講,應該稱“隔水層”),保護橋面混凝土和主梁混凝土等橋梁上部結構,免受水的侵害,從而提高上部結構的耐久性。 


      歐美發達國家從二十世紀前半葉開始就一直比較重視橋面防水技術、材料及性能的研究。相對而言,我國在混凝土橋面防水方面的研究幾乎是空白,除了北京、天津等地,大部分地區還處于起步階段。其防水材料、性能檢測與施工工藝等主要延用房建工程防水,尚未形成一套適用的橋面防水技術。這就使得防水材料、工藝、性能及試驗手段等諸方面處于市場混亂階段。即使設置防水層的橋面鋪裝,也出現了不少的問題。如:防水層與面層和橋面的粘結強度不足而出現早期破壞;防水材料本身質量不過關而失去防水作用;由于防水層的自身厚度與可壓縮性,致使橋面板與上面的鋪裝層形成“兩張皮”,對鋪裝層承受車輛荷載極為不利,往往新橋使用不久,即發生鋪裝層大面積破壞(這也可能是橋面較之路面易出現松散病害的原因之一)。 


      目前,橋面防水層所用材料無論是瀝青基、高分子基,還是水泥基,均以防水薄膜形式形成“薄膜式”隔水層。其最重要性能是“不透水性能”,其性能的喪失是出現病害的關鍵所在,而決定“薄膜式”防水層不透水性能的主要因素有兩個:粘結力和破損狀況。 


    2、對策 


      單就橋面防水而言,防水材料的種類和質量是從根本上解決防水問題的關鍵所在,因此,在吸收和總結國內國外先進技術與經驗的基礎上,研制適用的新型橋面防水材料,并盡快建立起橋面防水層的設計、施工與檢測等環節的技術標準與規范,是提高橋梁防水性能的出路,而尤其以新材料的研究為突破口。 


    作為橋面防水層的鋪裝料,應必須滿足以下條件: 


    ①、良好的抗滲性(不透水性能); 


    ②、與水泥混凝土橋面和瀝青面層有足夠的粘結強度; 


    ③、面層碾壓后,有良好的無破損性; 


    ④、良好的耐高低溫性能; 


    ⑤、對橋面狀況的良好適應性; 


    ⑥、能較好抵御橋面裂縫的影響; 


    ⑦、材料壽命應不低于面層壽命; 


    ⑧、良好的邊緣密封性; 


    ⑨、施工簡捷、環保。 


    二、 整體性防水 


      橋梁所處的特定環境和其特殊用途,決定了其防水應該是一個整體性、系統化的概念,而橋面防水只是一個主要部分。如果忽視其防水整體性的特點,我們仍舊無法作好橋梁防水的文章,橋梁耐久性概念就不完整。這里有幾個例子。 

      在空心板封頭處,由于混凝土開裂、厚度過薄等原因,水總是會由伸縮縫等部位沿著封頭的微小裂縫逐漸進入空心板內部,并且進入內部的水很難排除來。這樣,就直接對梁體造成侵害,不僅化學侵害開展起來,且低溫結冰也會造成較大影響。因此空心板封頭防水也是薄弱環節。 

      在絞縫處,由于施工空間小、工作量小,往往重視不夠,施工工藝和材料很少嚴格把握。因此許多橋梁在使用早期就出現絞縫滲水的嚴重情況。我們知道,絞縫是橋面板之間橫向聯結的重要部件,其承受很大的剪力,作用在于增強橋面板受力的橫向分布和橋面整體性,一旦受到水侵害,強度降低甚至損害,就會出現單板受力。 

      調查發現,邊板的滲水情況往往比中板嚴重。原因可能在于,由于橋面混凝土的平整度控制不好,以及防撞護欄支座的阻擋,橋面水容易在橋面兩側低洼處滯留。而邊緣防水又往往是薄弱之處,極易對邊板造成滲水侵害。 

      對邊梁和邊板(包括翼板)的外緣面,由于直接暴露在外和長期受到雨水、鹽水等嚴重淋浸,絕大部分會在淋水、微縫、炭化、鹽污染的交替侵害環境中,較之中梁中板,極易出現開裂、暴筋、剝落、銹蝕等嚴重現象。在舊橋調查中,這是比較普遍的現象。因此邊梁邊板所處的防水不利因素、地位以及解決方法應該值得研究。 

    三、 浸透型一體化橋梁防水 


    1、防水方式 


      前文提到,目前傳統的橋面防水材料基本屬于“薄膜式”防水方式,在水泥橋面與瀝青路面鋪裝之間形成一層隔水層。這種防水方式和材料存在其固有的缺陷:①、需要有足夠的與上下層的粘結強度,但隨時間推移、材料老化,其粘結強度會下降、甚至喪失;②、材料壽命與使用壽命較低,一般僅幾年;③、對水泥橋面狀況(如平整度、坡度、干凈程度等)的適應性較差;④、高溫瀝青路面鋪筑、碾壓,會造成一定的影響,甚至損壞;⑤、對施工技術與工藝要求嚴格且不易掌握;⑥、生產、貯存與施工均存在環保問題;⑦、橋面邊緣密封防水始終是一個難題;⑧、在水泥橋面與瀝青路面之間存在這樣一層“軟”隔離層,易導致“兩張皮”現象。 


      這種傳統的“薄膜式”防水技術,通常是從房建工程防水中引用過來的。眾知,橋面防水有其特殊性,與房建工程相比有著很大區別,因此這種“引用”就必須進行深入的研究、改進和完善,才能較好地適應于橋梁工程防水。這里就橋面防水的特殊性作以分析:①、橋梁的使用年限一般比房建要長;②、橋梁所處的工作環境與溫度比房建要惡劣;③、作用荷載不同,房建為靜載,而橋梁多為動載,且工作變形較大;④、維修條件不同,橋梁維修會對社會交通造成較大的干擾。 


      針對上述“薄膜式”防水方式的缺點,本文提出一種新的橋梁防水方式—— “非膜式”防水方式——防水材料浸透到混凝土內部,不形成涂膜,增強了混凝土結構自身的防水性能、形成“結構防水一體化系統”。 


      這種“非膜式”防水方式的實現首先需要一種新的防水材料的支持,即“非膜式浸透型防水液”,它既能解決橋面防水問題,又能解決諸如梁體封頭、伸縮封、梁體、翼板、防撞護欄、甚至下部結構等的防水問題,由于它的浸透性且不形成防水薄膜,克服了許多“薄膜式”的固有缺陷。從而較好地實現了橋梁的整體性防水。 


    2、非膜式浸透型防水機理 


      “非膜式浸透型防水液”是一種無毒、無味、不揮發、不燃燒的無色透明環保型水性溶液。將其噴涂在混凝土表面,不形成涂膜,不改變原混凝土結構外觀與顏色,而是滲入混凝土內部一定深度(幾mm --- 十幾mm),形成反應層。防水液滲入混凝土毛細孔中形成不溶于水的鏈狀結晶,產生反毛細孔現象,組成很強的憎水層,使混凝土表層具備長期的防水效果,形成“結構防水一體化”效果。進而阻止以水為載體的酸、堿、鹽、CO2、SO2等腐蝕介質對混凝土的侵蝕,以及提高混凝土抗風化、抗凍融破壞、減緩堿集料反應的能力。同時這種“憎水層”又具有呼吸透氣性,混凝土內部的潮氣完全可以向外散發出來。這就從整體上大大提高了混凝土橋梁結構的耐久性。 


    3、非膜式防水方式的優勢 


      同傳統的“薄膜式”橋面防水方式相比,“非膜式浸透型”防水方式為橋梁防水提供一個嶄新的防水理念,它的確具有許多突破性的優勢: 


    ①、 同混凝土結構表層共同形成一體化防水層,并具有長期防水效果; 

    ②、既能憎水防水、又能呼吸透氣; 

    ③、 適用范圍很廣,使橋梁整體性防水得以實現; 

    ④、 施工簡捷、便利、速度快,施工質量易于保證,無需養護維修; 

    ⑤、 對基底表面處理要求不嚴,只需無積水、清除粉塵油漬污物等即可; 

    ⑥、 對表面狀況(平整度、坡度等)無特別要求,適應于各種幾何形狀,不存在邊緣問題; 

    ⑦、 抗氧化、抗紫外線、耐磨耗,其使用壽命遠遠大于“薄膜式”; 

    ⑧、 屬于環保型防水技術。 

    4、試驗研究 


      我們對“非膜式浸透型防水液”的應用性能進行了相關試驗,這里就其三項重要試驗結果分析如下: 


      鹽水凍融試驗 依據橋梁試驗規范,分別對已涂和未涂“防水液”的4組水泥砂試件進行對比試驗,凍融試驗條件:3.5%鹽水、-20℃?疾旆浪耗吐塞}腐蝕與抗凍融的能力。經25次凍融循環,試驗結果見表1。結果顯示,防水液對防水、耐氯鹽腐蝕與抗凍融均具有十分顯著的效果。 


    表1 25次凍融循環數據 


    試驗組 

    損失率 % 


    涂防水液 

    未涂 


    甲組 

    2.28 

    20.45 


    乙組 



    20.11 


    丙組 



    1.47 


    丁組 

    1.46 

    24.70 






    吸水率試驗 結果為24小時吸水率小于1.5 % ,具有良好的抗滲透性。 

    表2: 吸水率試驗數據 




    初重 
    24h重量 
    24h吸水率 

    涂 

    防水液組 
    1# 試件 
    776.68g 
    782.02g 
    0.69% 

    2# 試件 
    763.36g 
    770.27g 
    0.91% 

    3# 試件 
    741.61g 
    751.39g 
    1.32% 

    4# 試件 
    750.74g 
    757.86g 
    0.95% 

    對比組(平均值) 
    727.23g 
    787.02g 
    8.22% 


      高溫碾壓適應性 初步采用試驗室內車轍試驗的方法進行定性研究,結果表明,高溫瀝青和高溫混合料對防水試件的防水性能無明顯影響。經過碾壓成型和1小時車轍試驗,試件與瀝青和瀝青混合料有良好的粘結適應性。 


      微小裂縫封閉 實際試驗顯示,對已有微小裂縫的混凝土結構,如果裂縫小于0.5mm,涂刷“防水液”后,在裂縫處同樣具有良好的憎水防水效果。 


    四、 結束語 


      “非膜式”防水方式為橋梁防水提供了一個嶄新的防水理念,它的確具有許多突破性的優勢,尤其是較好地實現了混凝土橋梁的整體性防水。當然,尚需進行更加深入和廣泛的技術與應用研究,以期為橋梁防水提供新的技術支持。 

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