水泥混凝土桥梁病害分析

水泥混凝土桥梁病害分析

0桥面铺装的防水粘结问题中国的道路事业正处于快速发展的过程中。经过10个字母a的努力，它取得了优异的成绩。桥梁是道路路线跨越江河湖泊、山谷深沟和其它障碍物时的主要结构物,从它保持了路线的连续性。随着我国城市道路交通事业的蓬勃发展,桥梁在道路中的比重越来越大,在道路工程中具有不可替代的作用。但是,在我国为数众多的水泥混凝土桥梁在远未达到设计寿命时,就出现了钢筋锈蚀、混凝土松散、结构强度下降、承载能力大幅衰减等病害现象［1，2］。通过现场调查分析发现,出现这类现象的主要原因是由于桥面铺装层的过早破坏以及在建设时没有对防水体系有效保护桥面板和桥梁主梁结构的混凝土构件的重要性引起足够地重视,桥面铺装发生破坏后外界水分侵蚀桥面板,渗入桥面混凝土内在导致钢筋发生锈蚀的同时,也会引起锈蚀部分体积发生膨胀,并达到原来的2.5~6倍以上,从而对周围混凝土形成挤压,造成混凝土开裂、剥蚀。冻融破坏、钢筋锈蚀和碱集料反应被视为水泥混凝土桥梁的三大耐久性问题,研究和合理设置防水层主要目的是保证和提高耐久性,如防止因冰冻造成桥面混凝土破坏及保护主梁钢筋不被腐蚀等,且设置合理的桥面防水系统是最有效的措施之一。目前,根据我国防水粘结材料的组成及施工工艺,对桥面铺装的防水粘结材料进行归纳,我国混凝土桥常用的防水粘层材料主要有以下几类,即沥青类材料作为粘接层的防水体系;高分子聚合物类作为粘接层的防水体系,如图1所示。经过分析调查,目前我国防水粘结材料的应用情况参差不齐。因此,如何选择合适的桥面防水粘结材料、如何设置长效的桥面防水粘结体系至关重要。本研究选择了目前国内常用的SBS改性沥青碎石封层,改性乳化沥青以及在国外应用较好的、本课题组自行开发的甲基丙烯酸甲酯MMA(产品名Proco)进行对比试验。目前,我国还没有系统的、统一的有关桥面防水粘结材料的设计、施工、检验方面的规范,在选择、施工防水材料时盲目性较大,所以本项目采用《日本道桥防水便览》的桥面防水设计及评价方法对以上三种材料进行防水材料性能对比试验研究。1聚酯树脂相关材料研究本课题组自主开发了反应性甲基丙烯酸甲酯MMA长效桥面铺装防水粘结体系(产品名:Proco)。本项目基于活化甲基丙烯酸树脂长效防水粘结体系材料的开发主要经历了以下主要步骤:①环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯树脂等相关材料性能及应用研究;②项目研究原材料的选择,材料改性、复配原理和反应方式机理研究;③材料配方研究及助剂选择和材料配方优化;④材料性能测试与评价,以及材料体系相容性研究;⑤产品形成与应用指南的确定。Proco具有其他材料不可比拟的韧性、耐热性及结合强度,因此,其具有优良的裂缝跨越能力,在一定程度上可防止混凝土桥面渗水;并且具有在高温下依然优良的抗剪强度以及抵抗重载交通下的剪切推移作用。其双层基于活性甲基丙烯酸树脂防水膜成膜厚度可达2mm,其耐候性优良,能完全实现对于水泥混凝土桥梁真正意义的长效保护,其使用寿命可达到50a以上。Proco是应用于混凝土桥面沥青铺装的防水粘结体系,其包括了下封闭层、防水层及粘结层,具体组成如图2所示。2防水材料设计比选日本针对水泥混凝土桥面铺装防排水进行了较为深入体系的研究,专门针对于水泥混凝土桥面铺装防水材料的选择及设计形成了完善体系的设计、评价方法及试验标准,制定了专门的《日本道桥防水便览》,其水泥混凝土桥面铺装防水材料选择设计与我国的设计方法有较大的区别,其先进性主要体现在,在日本对于防水材料的设计是属于实时跟踪依据施工成型好的水泥混凝土桥面板的状况,结合现场施工作业面交叉及现场环境气候状况为依据,进行防水层的“实时跟踪”设计。在一个实体工程中,针对不同施工环境条件、水泥混凝土作业面情况、现场施工情况的不同,所设计选材的防水材料也针对性的应用选材。其次,对于防水材料的试验比选,有两部分组成:防水材料基本试验、追加试验。所有应用于公路工程水泥混凝土桥面铺装防水材料必须通过基本试验,通过基本试验是防水材料应用于工程的“门槛”,基本试验包括6项试验:防水性试验、低温弯曲试验、拉拔试验、浸水拉拔试验、剪切试验、耐盐性试验。追加试验是根据现场环境情况以及是否出现作业面交叉情况,选择性进行试验验证。追加试验主要包括6项试验:抗膨胀性试验、剥落负荷试验、局部变形性试验、车辙负荷试验、疲劳开裂负荷试验、剪切疲劳试验。按照设计条件,尤其是在施工条件严格的情况等,必须要求要有性能较高的桥面防水层时,最好追加一部分校对试验或全部校对试验。桥面防水层的比选:在桥面防水层的候补选定里,根据《基本校对试验》(根据设计条件里的《追加试验》的一部分或全部)确认其满足要求的性能。同时,备齐施工管理要领等的要点类型。最合适的桥面防水层的选定:在有较多桥面防水层的候补时,以桥面防水层选定的标准以及性能校对结果为基础,应优先选定符合要求性能的优质桥面防水层,根据其试验结果等,选择拥有必要性能的高品质防水层。本文仅针对基丙烯酸甲酯MMA防水粘结体系Proco、SBS改性沥青碎石封层、改性乳化沥青3种防水粘结材料进行基本性能检测,必选确认其可用性,划定适用于高速公路水泥混凝土桥面防水材料的类型,供实体工程选用提供理论依据。后续再根据划定的防水材料类型,结合施工现场的实际情况(气候环境、桥面板状况、施工交叉情况)选择性进行追加试验,最终认定选用防水材料的类型。见表1。3防水粘接材料的基本实验3.1甲基丙烯酸甲酯mma防水粘结体系防水性试验主要用于检验确认防水材料的最基本的防水性能。试验温度采用(23±2)℃,试验压力采用0.1MPa。测量3min和33min后的渗水量,精确到0.1mL。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘结体系Proco、SBS改性沥青碎石封层、改性乳化沥青3种防水粘结材料防水性检验试验结果见表2所示。防水材料的防水性能是防水层应具备的最基本的性能。Proco、SBS改性沥青防水层由于成膜厚度较厚,防水试验基本无渗水。改性乳化沥青由于成膜厚度较薄,仅为0.2mm左右,其防水性能不能得到完全保证。3.2低温抗变形能力在寒冷地区,防水材料低温抗开裂性能的好坏直接关系到其耐久性,冬季气温骤降会使防水粘结材料的抗拉伸性能降低,收缩变形过大发生脆裂。为此,防水粘结材料必须满足一定的低温抗变形能力。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘结体系Proco、SBS改性沥青碎石封层、改性乳化沥青3种防水粘结材料低温弯曲检验试验结果见表3所示。防水材料的低温性能是防水层应具备的最基本的性能之一。Proco由于是完全活化反应性树脂材料,其感温性能较低,在温度发生变化时,其模量变化不大,所以其低温抗裂性能由于SBS改性沥青、改性乳化沥青等沥青类感温性材料。3.3高温力学性能几乎所有的防水粘结层在高温下,都会变软,其粘结强度会大幅降低。拉拔试验是考察防水粘结层在高温下,其粘结性能,评价其高温抗剪切能力。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘结体系Proco、SBS改性沥青碎石封层、改性乳化沥青3种防水粘结材料高温拉拔试验结果见表4所示。Proco由于是完全活化反应性树脂材料,其感温性能较低,在温度升高时,其粘结强度下降幅度远小于沥青类感温性材料,所以其高温抗剪切性能远远优于SBS改性沥青、改性乳化沥青等沥青类感温性材料。3.4甲基丙烯酸甲酯mma防水粘结体系抗剪切性能桥面防水粘结层施工完毕后,在其上进行至少两层的沥青混合料摊铺碾压施工,在施工过程中运料车、摊铺机履带以及碾压过程对于防水层的刺破损伤以及揉搓作用会造成防水层的损伤。因此,采用铺装体系剪切试验,综合评价防水层经过以上作用的抗剪切性能。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘结体系Proco、SBS改性沥青碎石封层、改性乳化沥青3种防水粘结材料剪切试验结果见表5所示。Proco由于是完全活化反应性树脂材料,其完成反应后防水膜成膜厚度到达2mm,能较好的抵抗施工过程中的刺破损伤,同时其感温性能较低,在温度升高时,其抗剪切强度下降幅度远小于沥青类感温性材料。同时,SBS改性沥青、改性乳化沥青等沥青类感温性材料,在铺装上面层摊铺碾压过程中会在高温下变软融化,上层沥青混合料嵌入沥青类防水层中,损坏其防水粘结膜的完整性,造成防水性能及抗剪切性能降低。3.5防水粘结体系在一些特殊环境下,防水层会遭遇酸性、碱性介质的侵蚀,而一般的柔性防水粘结材料多为有机类或高分子材料,其化学成分复杂,有可能会在酸性、碱性介质作用下造成其性能衰减。因此,有必要对防水粘结层的抗酸、碱性进行监测确认。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘结体系Proco、SBS改性沥青碎石封层、改性乳化沥青3种防水粘结材料剪切试验结果见表6所示。本项目研究开发的反应性树脂材料———甲基丙烯酸树脂MMA主要由反应性树脂单体、功能性树脂、催化剂以及填料和助剂等组成,材料产品由双组份或三组分构成,材料按要求混合后通过催化剂引发,产生交联反应,从而形成不溶不熔的固态涂膜,其2mm防水膜反应后自身材料耐腐蚀及抗老化性能良好,成膜完整、整体性强,能完全封闭酸性、碱性介质的进入,很好的保护桥面板不被酸性、碱性介质侵蚀,真正实现防水层对于桥梁结构的长效保护。4主要性能检测课题采用《日本道桥防水便览》中的基本试验方法对组自主开发的长效桥面防水材料Proco、SBS改性沥青碎石封层、改性乳化沥青3种防水粘结材料料进行基本性能检测