混凝土桥面铺装防水粘结材料比较分析

经济技术分析比较报告

重庆鹏方路面工程技术研究院

二○一一年七月

1 桥面铺装防水粘结材料

1.1 防水粘结层技术要求

     根据对国内钢桥面铺装病害调查分析和实体工程的实践经验，结合钢桥面铺装的性能要求，总结钢桥面铺装防水粘结层的性能要求如下：

（1）良好的层间结合力和变形协调能力

在桥面板温度应力和行车荷载作用下，桥面板和铺装层都要发生一定程度的挠曲变形，粘结层须提供足够的结合力以抵抗铺装层和桥面板之间产生的剪切应力和径向应力，使得整个桥面系统在行车荷载的作用下保持良好的整体性，不至于因为车辆的水平剪切作用而造成层间滑移，引起桥面拥包、坑槽等病害；同时桥面在行车和风力等其他条件的作用下要产生一定的变形，因此要求防水粘结层应具有适应桥面变形的性能要求。

（2）温度敏感性小

即要求防水粘结层具有良好的高温稳定性和低温抗裂性。在极端温度和荷载作用下，不开裂，并且仍具备较强的物理变形能力。

（3）良好的耐久性

传统粘结层材料多为有机材料或高分子改性沥青材料，而有机物的缺点是容易老化，老化后，材料会丧失原先一些优良的性能，弹性、韧性、强度、防水性能都会降低，如果耐老化性能过差，还会降低与其他层次的粘结力，导致面层早期破坏，因此，要求防水粘结层具有优良的耐久性能。

（4）要求防水粘结层具有良好的水稳性、抗化学腐蚀的能力和防水能力

如铺装下层采用需要碾压的混合料，并不能保证100%不渗水，因此，粘结层表面不可避免地会遭受渗透水的浸蚀，而雨水在流动过程中因溶解了某些化学物质而具有一定的酸碱性，这就要求粘结层不仅必须具有良好的水稳性。而且还应具备良好的化学稳定性；同时，要求粘结层具有良好的防水性能，以隔断水和空气进入桥面板表面。

（5）重载交通不被刺破

混凝土桥面防水粘结层在使用期间或施工过程中不可避免直接或间接受到车辆荷载作用，要求防水粘结层在这种条件下不被刺破，保持结构层的完整性。

（6）施工方便、容易控制

防水粘结层施工受外界因素影响较多，为了减少外界的干扰，应尽量采用施工工期短、施工工艺简单的材料。

1.2 桥面铺装防水粘结材料的分类

根据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，桥面铺装防水粘结材料可分为以下几种类型，如图1.1所示。

图1.1 桥面防水粘结材料分类

     根据我国水泥混凝土桥面铺装防水粘结材料的应用情况，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；反应性树脂作为粘接层的防水体系。

    1.2.1沥青类防水粘结层

沥青类材料作为钢桥面铺装粘接层的防水体系，它主要具有如下特点：① 粘接层是通过物理过程实现与桥面板进行粘接；② 粘接层材料会随着温度的升高而出现软化或者融化，又会随着温度的降低出现凝固，整个过程具有一定的可逆性；③ 粘接层就是靠这种可逆性实现了与防水层或铺装层的有效粘接；④ 粘接层并不单独存在。严格意义来区分，沥青类防水粘结材料仅仅起到了粘结层的作用，它是没有防水作用的，粘接层直接与铺装下层共同构成防水体系，承担防水作用的是铺装下面层。

   （1）热熔型沥青类

热熔型沥青类，包括高粘度改性沥青、聚合物改性沥青等。其施工特点就是经高温熔化，采用专门沥青撒布车进行喷洒，以保证撒布的均匀性、撒布量的可控性、撒布的有效性。

   （2）溶剂型沥青类

溶剂型沥青类，主要包括沥青、树脂、溶剂三种成分。其中的溶剂主要有：煤焦油、苯类（如二甲苯）、酯类（如醋酸丁酯、乙酸丁酯、松香甘油酯等）、醇类（如月桂醇）、乙醚、丙酮等有机溶剂。其施工特点就是常温施工，可采用人工涂布或采用沥青撒布车进行喷洒。如煤焦油、苯等溶剂对人体有伤害，所以使用越来越少，基本使用更环保的酯类和醇类有机溶剂。

    1.2.2反应性树脂防水层

由反应性树脂上撒布机制砂，固结后形成粗糙表面的层次。反应性树脂作为粘接层钢桥面铺装的防水体系，它主要具有如下特点：

① 粘接层是通过化学过程实现与钢板的有效粘接，该化学过程一般是不可逆的；

② 粘接层材料不会随着温度的升高而出现软化或者融化，粘接层一旦形成，就具有相对性和稳定性，对温度显示出良好的惰性；

③ 粘接层可以单独存在，也可以与缓冲层共同构成相对的防水体系。

   （1）环氧树脂粘结层 

   （2）MMA甲基丙烯酸树脂防水粘结体系

桥板底涂层是一种在空气中自然固化的、溶剂型底涂层，在桥面板喷砂除锈之后3h内使用，可以增强MMA甲基丙烯酸树脂膜与桥面板表面的黏合。底涂层具有抗腐蚀性，可以隔离钢板与空气接触，防止表面被氧化或腐蚀。甲基丙烯酸类树脂是一种双组分的环氧，用一种粉末催化剂固化施工，直接喷涂在底涂层上形成一层坚韧、柔性的无缝防护层，不含溶剂，直接通过化学反应，固化成固态，形成1~2mm厚防水膜。胶黏剂是一种溶剂型涂层，直接冷喷涂或使用滚筒涂于甲基丙烯酸类树脂上。固化后，形成一个整体封闭的体系，并与其后热施工的沥青混凝土紧密粘结。在桥面铺装中，这是一个成套的防水体系，除了具有良好的性能外，还有很好的耐久性。

图1.2 MMA防水体系

研究开发的混凝土桥MMA防水粘结体系，在桥面铺装中形成长效防水，加强对混凝土桥梁的保护，大幅提高了混凝土的耐久性，延长桥梁的使用寿命。在对桥面铺装层进行维修或改造时，不需对桥面防水层进行再次维修，只需对其上铺装表面层进行重新铣刨加铺，达到了防水体系对混凝土桥面的长久有效防水保护，降低了因重新铣刨施工防水层对混凝土桥面的损害，节省维修养护费用，大幅提高了混凝土的耐久性，延长桥梁的使用寿命。

2 桥面铺装防水粘结材料技术经济分析

2.1 防水粘结层技术要求

                           表2.1 技术性能比较

    1）粘结强度和抗剪切强度

桥面防水最关键的两项指标：粘结强度和抗剪切强度，根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006），要求桥面铺装在 25℃温度下防水层与沥青层之间或防水层与混凝土板之间抗拉拔、抗剪强度应大于0.4Mpa。因此，粘结强度不仅体现在防水层与水泥桥面，还包含防水层与沥青层的粘结。

所以，从粘结和抗剪切性能来说，水性沥青基防水涂料无疑是不适合作为桥面防水材料的。

    2）含水性

水性沥青基防水涂料是以乳化沥青为基料的防水涂料，因此水性沥青基防水涂料不仅含水而且含水量高，在使用过程中，不能完全保证水能完全挥发，为了做到桥面防水的万无一失，桥面防水材料不建议采用含水的防水材料，这点国外已明确规定其桥面防水层不用乳化沥青类防水材料。

因此，从是否含水出发，水性沥青基防水涂料无疑是不适合作为桥面防水材料的。

   3）抵抗施工碾压冲破性

    水泥混凝土桥面铺装下面层通常采用碾压式混凝土，施工中摊铺机械、压路机碾压将对防水层产生较大的推移、刺破破坏，影响防水层的完整性及整体性，研究开发MMA甲基丙烯酸树脂防水粘结体系，由四层组成，其中甲基丙烯酸树脂固化成膜厚度1~2mm，且柔韧性较强，能有效抵抗施工过程中对防水粘结体系的破坏，达到良好的长效防水效果。

4）耐久性及经济性

研究开发MMA甲基丙烯酸树脂防水粘结体系，成膜厚度1~2mm，耐久性好，能有效阻隔水进入混凝土桥面，保护桥面及混凝土结构，有效提高混凝土桥面的耐久性。MMA甲基丙烯酸树脂防水粘结体系自身耐热性、耐腐蚀性、耐老化性较好，性能较为稳定，在国外同类型产品使用寿命可长达50年，在对桥面铺装层进行维修或改造时，不需对桥面防水层进行再次维修，只需对其上铺装表面层进行重新铣刨加铺，大大降低了后期养护翻修成本，达到了防水体系对混凝土桥面的长久有效防水保护，同时大幅提高了混凝土的耐久性，延长桥梁的使用寿命。所以采用MMA甲基丙烯酸树脂防水粘结体系综合性价比较高。