道路和桥面用防水卷材的应用与检测

道路和桥面用防水卷材的应用与检测

1防水层及防水封装由于目前路桥表面铺设沥青混凝土，孔间隙大，无防水，因此路桥需要单独的防水层。防水层的作用主要是保护混凝土及钢筋，防止水特别是冬季融雪的盐水和沿海的潮湿盐雾腐蚀和影响钢筋、混凝土的强度和寿命。道路和桥面用防水材料包括防水卷材及防水涂料，接缝的密封防水一般采用密封胶和橡胶止水带。在这里我们主要讨论混凝土道路和桥面用防水材料的应用和检测。2锚点表面铺设在欧洲，道桥防水采用沥青防水卷材、防水涂料。德国在20世纪70年代以前采用金属波纹板和热沥青；20世纪70年代开始基层采用溶剂沥青（冷底子油）打底，再铺沥青卷材、热沥青和金属波纹板，但冷底子油会产生气泡；现在采用的主要是塑性体改性沥青聚酯胎防水卷材，并且规定厚度在4.5～5.5mm，基层处理采用环氧树脂代替溶剂沥青。具体做法如下：基层混凝土应干燥、洁净，高差太大应用混凝土替代材料找平；然后在混凝土表面用环氧树脂打底涂，涂布量约300～500g蛐m2；表面撒0.2～0.7粒径的砂，撒布量500～800g蛐m2，未粘结的砂在固化后除去。若表面粗糙度在1.5～5mm，用环氧树脂腻子（树脂与矿物料的比例为1∶3到1∶4）找平；并在表面撒0.7～1.2粒径的砂，未粘结的砂在固化后除去，保证表面的粗糙度在1.0～1.5mm；再用环氧树脂封闭，涂布量至少600g蛐m2。若表面粗糙度在1.0～1.5mm，则表面可以用两道环氧树脂封闭，第一道涂布量不少于400g蛐m2，表面撒0.7～1.2粒径的石英砂，未粘结的砂在固化后除去；第二道涂布量至少600g蛐m2，表面不再撒砂。这样得到有均匀粗糙度又完全封闭表面的涂层，然后再在上面用热风装置施工改性沥青防水卷材。热风装置不仅加热基层，而且使沥青熔化；煤气喷灯只是用来粘贴接头、拐角及维修。卷材反搭接时，要求横向搭接10cm、纵向搭接8cm，接缝处用压滚压实，边上挤出的沥青趁热刮去；卷材表面用约3.5cm厚的浇筑沥青做保护层，此后可以允许履带式车辆在上面铺设4cm左右的沥青混凝土路面层。德国采用的改性沥青聚酯胎防水卷材要求胎基在卷材的偏上部位，下面的涂盖层厚度要有3mm，上表面的隔离材料有滑石粉、细砂、矿物料、金属箔等。英国采用沥青涂料和沥青防水卷材，沥青涂料通常要求加织物增强层，沥青防水卷材的厚度在3～4mm，其防水层表面铺一层约20mm红砂沥青层做保护层，再在上面分两层铺装总厚度约10cm的沥青混凝土。2.2我国道桥防水施工的现状及常用做法国内道桥防水层通常采用混凝土中掺加刚性防水剂和混凝土表面铺设柔性防水层的做法，目前主要的做法是铺设柔性防水层，使用改性沥青防水卷材、防水涂料。改性沥青防水卷材在国内主要采用耐高温的APP改性沥青防水卷材，也有SBS改性沥青防水卷材和SBS改性沥青自粘防水卷材的应用。防水涂料主要是橡胶乳化沥青，近年来也有采用聚合物水泥、水泥渗透结晶防水涂料的。总体来看，由于沥青类的防水材料与水泥混凝土和沥青混凝土的相容性好，在我国使用较多，并且在北方使用卷材的多，在南方使用涂料的多。我国道桥使用防水材料是从上世纪80年代开始的，首先在机场跑道和桥梁上开始使用，首都机场跑道采用了普通APP改性沥青聚酯胎防水卷材做防水，上海南浦大桥采用了氯丁橡胶乳化沥青防水涂料做桥面防水，此后北京的立交桥开始采用卷材防水。作为道桥的防水材料，首先应当满足交通要求，再者应保证防水效果。混凝土道桥的通常作法是：8～10cm水泥混凝土+防水层+7～9cm沥青混凝土。沥青混凝土通常分两次铺装，下层是普通沥青混凝土，上层常采用改性沥青混凝土。普通沥青混凝土运到施工现场的温度在140～160℃，改性沥青混凝土要高20℃以上。使用卷材时，水泥混凝土基层处理有使用冷底子油的，也有直接热熔卷材铺贴的。采用的沥青卷材主要是APP改性沥青聚酯胎防水卷材，耐热度一般在140℃以上，厚度在3～4mm，表面是页岩片，胎基在卷材的中间或上表面1蛐3处。使用涂料时，一般采用氯丁橡胶乳化沥青，分次涂刷，厚度在1mm左右。由于是水乳型涂料，可以在潮湿基面上施工，成膜后直接在表面铺装沥青混凝土。其它的做法有采用热熔橡胶沥青涂料喷涂施工的，也有直接用聚合物水泥涂刷的。某些地方还使用刚性防水，在水泥混凝土中加入防水剂或在表面涂水泥渗透结晶防水涂料，但由于混凝土本身易产生裂纹，建议结合柔性防水一起使用。此外自粘聚酯胎橡胶沥青防水卷材也有使用，使用前基层用溶剂型底涂处理。3主要抗压材料作为道桥防水层，既要满足沥青层铺装时的高温和碾压，具备合适的耐热度和抗穿孔性能；同时又能保证在车辆通行产生剪切和摩擦力的情况下不产生滑动，并且能阻挡基层的反射裂缝，承受负荷和变形。目前收集到的国外对道桥防水材料检测方面的标准有：欧盟的标准草案EN14695《柔性防水卷材———用于混凝土桥面和路面防水的增强沥青卷材———定义和要求》，德国道路与交通协会的TP-BEL-B第1部分《混凝土桥面用热熔沥青防水卷材铺设防水层的测试技术规定》，英国高速交通标准BD47《道桥防水卷材和防水涂料体系》。具体介绍如下：3.1卷材性能与热老化性能试验条件EN14695标准将防水卷材的检测分为卷材性能和相关应用性能。卷材性能包括：外观，尺寸偏差，单位面积质量，矿物表面保护材料的初始总量，拉伸性能，吸水率，低温柔性，耐热度，高温下的尺寸稳定性，热老化性能。相关应用性能包括：粘结强度，剪切强度，抗裂缝变形能力，热老化相容性，沥青层的抗压性，用于沥青玛王帝脂的聚合物沥青卷材性能，防水性，有害物质。在EN14695中，卷材性能大部分是按照生产商的规定值，如：将试件浸入23℃的水中28d，吸水率为≤1%；高温下的尺寸稳定性是80℃24h，当用于沥青玛王帝脂时则是160℃1h；热老化性能是加热12周测定低温柔性和耐热度的变化。EN14695中的相关应用性能也是按照生产商的规定值，如：混凝土表面的粗糙度在0.5～1.0mm，表面根据生产商的要求使用底涂，再铺设防水卷材，施工沥青混凝土。普通沥青混凝土集料的铺装温度160±10℃，厚度40mm。粘结强度试验，拉力以0.15N蛐s的速度增加，试验在23℃进行；剪切强度试验，夹具上试件与垂直方向成15°角压剪，速度10mm蛐min，最大力除以面积就作为剪切强度；裂缝变形能力试验是卷材铺装在水泥混凝土上，以1Hz的频率在裂缝宽度0.50mm的位置以0.25mm的振幅循环10000次；热老化相容性是通过热老化后剪切性能变化来测定，热老化条件是50℃处理91d；防水性用1kg的重物从200mm高处落下，然后在透水仪上完成1000次动态水压循环无渗水。3.2结构试验与材料研TP-BEL-B的防水卷材检测分为三部分：沥青防水卷材的物理、化学性能，对组合试件使用性能的检测（实验室），对铺设好的防水层的应用性能检测（施工时）。沥青防水卷材的物理、化学性能包括：卷材单位面积质量，胎基单位面积质量，胎基下面涂盖层的可溶物含量，聚合物的含量和聚合物种类，聚合物在沥青中的分散性，填料的种类，填料含量，胎基的种类，金属表面箔的种类及外观，胎基的浸渍性，卷材厚度，沥青层厚度，卷材的宽度，拉伸性能，不透水性，浸水后的质量和尺寸变化，耐热度，低温下的施工性能，低温柔度，涂盖料的软化点、针入度。对组合试件的使用性能检测包括：拉伸粘结强度（8℃、23℃，卷材与水泥混凝土，卷材与沥青层），裂缝愈合能力（动态、静态），剪切强度，铺贴卷材后的空鼓，粘结性效果，浇注沥青质量（气泡、涂盖料上升、浇注后卷材稳定性和耐热性）。铺设好的防水层的应用性能检测包括：拉伸粘结强度，剪切强度，裂缝愈合能力在各种负荷处理后的性能（浇注沥青的加热影响、模拟夏天阳光的热处理、温度变化和浸水的影响）。TP-BEL-B的试验项目复杂，EN的不少相关要求是从该处演变来的。水泥混凝土表面用环氧树脂封闭处理；剪切强度的试验方法与EN的区别是角度为11.5°角；裂缝愈合变形能力的试验分为动态和静态，动态试验是0.2±0.1mm的运动以0.03Hz的梯形函数（1000次循环）与±0.05mm的5Hz的正弦函数（10000次循环）叠合，动态试验完后，在固定的裂缝状态于70℃7d，将胎基萃取出，检查是否损坏；粘结性效果是粘结完好的面积占总面积的百分数；模拟夏天阳光的热处理是用红外灯照射40个循环，每个循环6h照射、6h冷却；温度变化和浸水影响是浸水后-20℃7h,20℃水2h,60℃空气加热5.5h,20℃水2h为一循环，20次循环。4国内材料检测目前国内道桥防水材料使用过程产生的问题主要是防水层失效，防水层产生滑动，引起路面起鼓。对以前施工的道桥进行翻修的过程中，发现卷材防水层沥青断裂、与混凝土粘接不牢、卷材特别是搭接处滑移、卷材鼓包等问题；防水涂料防水层破坏的较多。由于道桥防水在国内的应用时间短、使用少，因此目前还没有比较成熟的经验。材料的检测主要是各业主和设计单位提出的一些技术指标。包括：沥青防水卷材、防水涂料本身的物理力学性能，高温耐热度，50～60℃有正压力时的剪切强度，50～60℃的粘结强度，-20℃卷材拉伸性能，高温抗穿孔性能。卷材的性能要求达到GB18243标准II型指标；高温耐热度，卷材一般要求140℃、涂料170℃；要求在正压力0.1MPa时剪切强度不小于0.05MPa。为了提高对热摊铺沥青的承受能力，国内的改性沥青防水卷材表面撒布了大量的页岩片，为此胎基上面的涂盖层就比较厚，下面的涂盖层就相对较薄，影响了卷材的防水性；其次太多的页岩片容易在碾压时损伤胎基。防水涂料涂刷太薄，表面没有保护层，直接摊铺沥青，极易被碾压刺穿。5标准制定目前国外的标准有欧洲标准草案，德国、英国、日本相关标准，ISO没有相关的标准。欧洲标准草案的大部分指标都是生产商的规定值，表1列出了主要试验项目和采用的方法。德国TP-BEL-B第1部分的主要指标见表2。国内目前没有相关的行业标准和