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1、第!卷第期#$!年!#月交 通 运 输 工 程 学 报%&()*+&,-(*,./*)0-(*)1 2&(3*3.&)4)5.)6 6(.)57&+8!9&8:6/;#$!收稿日期=!?作者简介裴建中!A B?=C D男D山西五台人D长安大学博士生D从事道路工程研究;文章编号!?B!=!?E B#$!C$=$E E=$桥面防水材料路用性能裴建中D胡长顺D张占军长安大学 公路学院D陕西 西安B!$?C摘要通过分析混凝土桥梁桥面铺装对防水材料的性能要求D提出了评价防水材料路用性能的两项关键指标D即粘结性能和抗剪性能F利用自制的拔拉试验仪和G G H测试系统D对防水材料I环境温度和混凝土表面状况等因
2、素对这两项性能的影响规律进行了分析D为防水材料设计和施工提供了科学依据F关键词桥面防水材料J粘结性能J抗剪性能J室内试验中图分类号 K!8 E JK E 8 E E文献标识码 LM N O PQ R S T N S UO V W RN T XO Y R S Z S N N T O Y R S O T N S N V W S R Y R_ S P Ra R W b cd e fg h i j=k l m j n D opq l i j n=r l s j D t ouvwt l i j=x s j y/z&+&,.5 z|*D z*)5!*)K).6(1.3 D#.!*)B!$?D z.)*C$
3、%c Y S O W Y-z(&5 z*)*+1.1&)2 6(,&(&*)/6(6 .(6&6)3 1&,*1 2 z*+3 2*6&6)3&)/&)/(6 3 6(.0 5 60 6/)1 D 3 z.12*2 6(2(6 1 6)3 13|&)6 2(&2 6(3.6 1&,6 *+*3.)5|*3 6(2(&,&*3 6(.*+1 D.)/+0.)5(&)02(&2 6(3*)0*)3.=1 z 6*(2(&2 6(3 ;L3 3 z 61*&63.&6&*).)5 1 6&,2 +=&3 3 6 1 3.)5.)1 3(&6)3*)0G G H 3 6 1 3.)51 1 3 6&D
4、 3 z 62*2 6(1 3 0.6 13 z 6.),+6)/.)5(6 5 +*(.3&,|*3 6(2(&,&*3 6(.*+D 6).(&)=&6)3*+3 6&2 6(*3 (6*)03 z 61 (,*/6/&)0.3.&)&,/&)/(6 3 63&3 z 6*(&63|&2(&2 6(3 D*)02(6 1 6)3 11/.6)3.,./(*1.1,&(0 6 1.5)*)0/&)1 3(/3.&)&,|*3 6(2(&,&*3 6(.*+1;*R+,N S P c$年代初开始逐渐认识到钢筋腐蚀的严重性和桥面防水的重要性D开始陆续在北京I天津I广东I山西等地铺设柔性防水层F但
5、当时并未对此做系统研究D只是参照0屋面防水技术规范1和防水材料厂商推荐产品的简单说明材料执行D所使用的产品也大都为屋面防水而生产F众所周知D桥面防水比屋面防水要求的条件要苛刻得多F桥面防水层除了要求防水材料具有不透水I耐高温I低温I耐腐蚀I耐老化I与上下接触层粘结良好外D更重要的是桥面防水材料还会受到汽车荷载水平和垂直应力的综合作用I沥青混合料的高温碾压I动荷载的冲击I桥面裂缝的张拉和疲劳影响等F经过作者调查D现在尽管一些省市采用了防水层D但桥面防水市场十分混乱D实际工程中存在不少问题 2没有防水规范的指导D对桥面防水缺乏系统的认识D设计时盲目性很大J 3在如何选择防水材料万方数据上!只凭经验
6、和厂家的推荐!而现在的建筑防水材料厂家众多!良莠不齐!鱼目混珠!真正能直接用作桥面防水的材料又少之又少#仅在室内抽检材料的几项物理性能!而对路用性能和抗施工损伤性能几乎不做要求!对现场施工质量也无任何检测控制措施$施工时!对桥面只作简单的处理!或者甚至根本不作任何处理!而根据作者的研究!桥面的平整度%含水量以及是否有灰尘等杂物都会对防水效果产生影响&目前!在桥面防水的研究方面!北京市政研究总院在()年针对北京市城市立交桥的桥面渗漏问题做过初步研究!并将成果应用于北京市的立交桥桥面防水工程中&另外!一些建筑防水材料生产厂家根据自身特点对此进行了研究!并开发了系列桥面防水专用材料&由此可以看出!对
7、柔性防水材料的应用性能!尤其与混凝土桥面和沥青混凝土面层的结合性能需要进行系统研究&*路用性能评价的主要性能与指标*+*桥面铺装在运营过程中对防水材料的要求,-在服务期内保持不透水性,.-与面层和桥面有良好的粘结力,/-当防水膜铺设在桥面板时!必须能抵抗混凝土裂缝造成的破坏,)-具有良好的耐久性能,0-抵抗车辆荷载,刹车%起动%转弯-引起的剪应力,1-不被重载交通作用下的集料刺破,2-不受水和盐类的损坏,3-良好的温度适应性&*+4主要的评价指标与方法这部分试验考虑了材料作为桥面防水层时!可能遇到的工作环境!包括荷载作用产生的水平%垂直应力!动荷载和不平整引起的冲击和振动!季节轮回和昼夜交替导
8、致的温度变化等&同时也考虑了材料作为防水系统的一部分!与其他材料,如面层%基层-在物理%化学性能上的相互协调关系&因此!这部分试验评价的就是防水材料的长期使用性能!其好坏直接影响桥面铺装和桥梁的耐久性&在这些性能要求中!以粘结性能和抗剪性能最为关键&本文主要对此展开研究&+.+粘结性能试验研究测试防水层与混凝土桥面%防水层与沥青混合图室内拔拉试验模型料面层间的粘结强度和在粘结力不足时的破坏类型!分析不同因素的影响规律&评 价 方 法 采 用 室内拔拉试验!试验模型见图&试验结果用粘结强度来衡量!即5 67 8 9式中:5为粘结强度,;8.-7为拉力,;-9为截面面积,测试系统&=测试系统主要由
9、机械部分%数据采集部分和环境系统组成,图.-&机械部分包括:无级变速拉力机%反力架%滚轴座%对心器%传感器%剪力盒等&机械部分保证试件上各个作用荷载的施加!其上有/个传感器!.个拉压力传感器用于测量垂直与水平荷载!个水平位移传感器用于测量剪切位移值!这/个传感器皆与数据采集仪连接&数据采集仪专用程序对全部试验过程控制!并对采集数据存贮%分析及处理&环境系统主要用来确保试件处于试验要求的温度下!主要由环境制动系统%环境箱和温度传感器组成&图.=测试系统试验结果的处理方法有两种:,-模量?分析)/交通运输工程学报.A A 年万方数据图!材料粘结强度随混凝土表面状况变化比较层间剪应力与位移之间的对应
10、关系可用#$%&(假设条件来解释)即*+,-./式中0,-为界面剪切系数)可以按照模量的方法来确定1模量的确定方法有原点切线模量2割线模量和切线模量)综合各种因素)割线模量确定起来相对方便2准确和客观1割线模量就是连接原点至某一点应力*34一般情况*3+3 5!*&67处割线的正切值)即,-+*38./3+9:;4 式中0*为剪应力4?7 =为拉力4 A7 为剪切面积4&7 1B路用性能评价试验结果分析B 5 C试验材料的选择与说明在试验之前)先在室内进行了初步筛选试验)将根本不合格和不能作为桥面防水材料的材料剔除)保留优秀的材料进行下面的试验1材料具体说明见表D 1表D试验材料说明材料代号材
11、料属性类型北奥E厚EF&)上表面覆有石屑G?改性沥青卷材)聚酯胎体保定E厚EF&)上表面覆有细砂G?改性沥青卷材)聚酯胎体宝鸡E厚EF&)上表面无任何覆盖物G?改性沥青卷材)聚酯胎体宝鸡H厚HF&)上表面无任何覆盖物G?改性沥青卷材)聚酯胎体I$8 I J附带有E&厚的保护板沥青基涂膜)美国K LM沥青基涂膜)中国N!E 3 3沥青基自粘卷材)美国B 5 B评价试验结果与分析 5 5 D粘结试验结果与分析从图E所示试验结果可以看出)材料不同)其粘结强度有明显的区别)K LM为涂膜类)强度最高)I$8 I J为涂膜加保护板)强度最低对于K LM)其破坏面有部分是从玻璃纤维胎体的纤维之间撕开的1还
12、有一个值得注意的现象是I$8 I J系统在拔拉过程中)即使混凝土与防水层脱离开达!F&)但材料仍呈薄膜状)连在中间而未断裂)由此说明)这种材料的延伸性能和成密水膜的性能相当好1沥青基防水材料均为温度敏感性材料)随着温度的升高)试验所用两种材料的粘结强度均显著降低)D!O时的强度分别是P 3 O时的!倍和D 3 5 P倍图E不同材料粘结性能试验结果比较曲线呈下凹型)说明粘结强度随温度降低速率随着温度升高而趋缓1另外随着基质沥青与掺加改性剂的不同及剂量不同)改性后材料的感温性能也会发生变化1其试验结果如图H所示1图H材料粘结强度随温度变化比较混 凝 土 表 面 粗 糙程度不同)防水层与混凝土的接触
13、面积就不同)因此粘结强度也不同1混 凝 土 表 面 粗 糙时)层 间 接 触 面 积 小)相应粘结强度就小)反之则大)但是这种结果与直剪试验的结果有点出入)有待进一步研究1具体试验结果如图!所示1 5 5 抗剪性能试验结果强度分析从图P中可以看出)Q对应于不同的表面特性)存在一个抗剪强度最低值)一般为表面原状)即未进图P材料抗剪强度随混凝土表面状况变化比较行任何处理)出现这种情况的原因可能有0一是混凝土表面有粘结力较低的浮浆)在水平力作用下被剪切破坏)二是表面有未清洁干净的灰尘等)降低了层间粘结力)这从提高抗剪力的角度强调了表面处治的必要性)对此试验结果需要进一步研究1 R三种材料在粗糙状态比
14、光滑状态时的抗剪强度都高1按照摩尔强度理论)*+S TU 9:;)抗剪强度取决于粘结力S和内摩擦角;在光滑状态时)上下层间接触面积大)相应的S也大)而;的作用由于界面间光滑而较低在粗糙状态时)层间除了S外)还有相当的;作用1 V不同的防水材料适用于不同的表面状况)其所能提供的抗剪强度不同)因此有必要根据材料选择相应的表面处治方式1!E第H期裴建中)等0桥面防水材料路用性能万方数据图!不同材料抗剪强度随温度变化曲线从 图!中 可 以 看出不同材料对温度变化的敏感性不同#$改性沥青卷材敏 感 性最大而%&%(系统的温度敏感性较小)比较两种材料的好坏很重要的两个指标就是材料抗剪强度随温度变化趋向和同
15、一温度下*尤其最不利条件下+的抗剪强度大小虽然在,-时#$比%&%(系统的抗剪强度要大的多但在不利条件下*.,-时+两者并没有太大的差别/在实际路况中既要要求材料对温度的敏感性小同时又要求任何时候材料的抗剪强度值要大/因此总的评价0 1 2,相对较好/在同一条件下即室温为3 1-基层未作任何处理保持为原状相同的垂直压力4水平剪切速率时将不同厂家4同类产品不同型号材料放在一起作对比试验研究结果如图5所示/从表中试验结果可以看出由于破坏面在防水层与混凝土表面间而这些材料外观的差别除厚度外均反映在防水层与沥青混凝土的接触面上因此同一厚度下各种品牌的产品差别不大扣除试验时的主客观因素影响可以认为理论上
16、这些值差别不大/图5不同品牌#$改性沥青卷材抗剪强度比较3 6 3 6 2抗剪性能试验结果模量分析图7不同材料界面剪切系数随混凝土表面状况变化规律从图7可看出随着混凝土表面越 来 越粗糙三种材料的界面剪切系数急剧增大说明材料与混凝土 的 抗剪能力随着混凝 土 表面粗糙程度增大 而 增大/从图8,可知随着温度的升高材料与混凝土图8,不同材料界面剪切系数随温度变化比较表面间的抗剪能力逐渐降低这从另一个侧面反映了高温对桥面铺装的破坏和应控制材料在高温状态下的抗剪能力/在3 1-时0 1 2,的 试 验 结 果 与其它两种材料的试验结果有所不同可能是由于试验时的偶然因素导致/从图8 8可知同为#$改性
17、沥青卷材由于厚度和生产厂家不同其界面剪切系数亦不同说明材料厚度和材料内各组成成分相对比例对其性能有影响/图8 8不同品牌#$界面剪切系数比较9结语*8+通过试验研究表明不同材料类型4同一材料类型不同材料组成的粘结4抗剪性能差别很大因此所适应的环境不同/*3+材料的粘结4抗剪性能随温度变化很大因此不同地区不同气候条件下材料选择应用有所不同/*2+桥面准备状况对试验结果影响很大施工前应对其进行适当处理以满足桥面铺装路用性能的要求/参考文献:;8 =西安:长安大学 3,8=;3 =西安:长安大学 8 7 7.=;2 卢铁瑞=立交桥桥面防水层性能研究及应用;B =石油沥青 8 7 7.8 7*8+:2
18、!CD 1=.2交通运输工程学报3,8年万方数据桥面防水材料路用性能桥面防水材料路用性能作者：裴建中，胡长顺，张占军作者单位：长安大学公路学院,刊名：交通运输工程学报英文刊名：JOURNAL OF TRAFFIC AND TRANSPORTATION ENGINEERING年，卷(期)：2001,1(4)被引用次数：24次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.卢铁瑞 立交桥桥面防水层性能研究及应用 1996(01)2.李杰武 RCC-AC复合式路面沥青结构研究 19963.裴建中 桥面柔性防水材料技术性能研究学位论文 2001 引证文献(25条)引证文献(25条)1.李怀海.张毅.程鲁 隧道路
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