張劍鋒1， 蔡文龍， 金光來， 張志祥

(1.江蘇寧常鎮(zhèn)溧高速公路有限公司, 江蘇 金壇 213245; 2.江蘇中路工程技術(shù)研究院有限公司 , 江蘇 南京 211806)

0 前言

80年代初期，隨著我國橋梁建設(shè)的發(fā)展，橋梁專家和從業(yè)人員開始逐漸認(rèn)識(shí)到水泥混凝土橋面鋼筋腐蝕的嚴(yán)重性和橋面防水的重要性，但當(dāng)時(shí)并未對此做系統(tǒng)研究。橋面鋪裝層之間及鋪裝層與橋面板之間的防水粘結(jié)層在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中起著重要的作用，是橋面鋪裝的重要組成部分，對水泥混凝土橋面和瀝青鋪裝的性能和使用壽命至關(guān)重要。如果防水粘結(jié)層失效，將會(huì)導(dǎo)致鋪裝層與橋面板脫落，使得橋面鋪裝結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)一步影響到橋梁主體結(jié)構(gòu)；如水分滲入橋面板，則會(huì)對橋梁主體結(jié)構(gòu)造成破壞。鑒于橋面防水粘結(jié)層在橋面鋪裝結(jié)構(gòu)中的作用，通常要求防水粘結(jié)層密水性良好，不透水；力學(xué)性能穩(wěn)定，能夠承受行車荷載產(chǎn)生的水平向剪應(yīng)力的作用；耐高溫、低溫、耐腐蝕、耐老化；與橋面板混凝土和面層瀝青混合料的協(xié)調(diào)性好，不僅表現(xiàn)在力學(xué)性能上，而且表現(xiàn)為物理、化學(xué)性質(zhì)的協(xié)調(diào)上，防水粘結(jié)材料應(yīng)能適應(yīng)橋面的各種變化，如不平整、粗糙、灰塵等外界因素的影響[1-4]。

為了評估現(xiàn)役高速公路橋面防水粘結(jié)層的使用性能，結(jié)合寧常鎮(zhèn)溧高速公路使用性能評價(jià)項(xiàng)目，對寧常鎮(zhèn)溧橋面防水粘結(jié)層進(jìn)行現(xiàn)狀評估，并通過現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)進(jìn)一步評價(jià)幾種防水粘結(jié)層與橋面板的粘結(jié)效果。

1 試驗(yàn)及評價(jià)方法

1) 建設(shè)過程中，寧常高速使用了熱噴SBS瀝青+碎石、熱噴橡膠瀝青+碎石2種防水粘結(jié)層材料，而鎮(zhèn)溧高速主要使用FYT防水涂膜。結(jié)合養(yǎng)護(hù)歷史和橋面的車轍狀況對不同防水粘結(jié)層的使用效果進(jìn)行整體評估。

2) 為了評估熱噴SBS瀝青+碎石、熱噴橡膠瀝青+碎石和FYT防水涂膜的防水粘結(jié)效果，制定了專門的取芯方案，并對鋪裝有不同防水粘結(jié)層的橋面進(jìn)行取芯，取芯位置分別是硬路肩、第3車道的完好處和車轍處。

3) 通過對鋪裝不同防水粘結(jié)層的橋面進(jìn)行現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)，以試樣的拉拔強(qiáng)度作為評價(jià)指標(biāo)，評價(jià)防水粘結(jié)層的粘結(jié)效果。為了確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在進(jìn)行橋面防水粘結(jié)層拉拔試驗(yàn)(見圖1)時(shí)，每個(gè)斷面進(jìn)行2個(gè)以上平行試驗(yàn)，并準(zhǔn)確記錄試件的拉拔強(qiáng)度和試件破壞的位置。

a) 拉拔儀

b) 拉拔后的芯樣

圖1 現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)

4) 采用CT三維掃描技術(shù)與數(shù)字圖像處理相結(jié)合的方法，分析不同防水粘結(jié)層的混合料鋪裝底部壓實(shí)效果。CT三維掃描技術(shù)基本工作原理為：利用X射線對試件以掃描的方式從多方向透射其斷層，用探測器對透射后發(fā)生衰減的射線進(jìn)行采集，進(jìn)行二維或三維灰度圖像重建，技術(shù)性能參數(shù)見表1,原理見圖2。掃描的試件為標(biāo)準(zhǔn)的路面鉆芯芯樣，對芯樣進(jìn)行切割處理，使得底面平整，電壓：200 kV，電流：0.43 mA，積分時(shí)間：300 ms。

表1 CT技術(shù)性能及參數(shù)mmX軸Y軸Z軸焦距范圍3D-XY-Pixel Size、3D-Z-Pixel Size20042063045～8000.113

a)

b)

2 橋面防水粘結(jié)層現(xiàn)狀評估

2.1 橋面養(yǎng)護(hù)狀況評估

1) 熱噴SBS瀝青+碎石橋面養(yǎng)護(hù)狀況見圖3。

圖3 熱噴SBS瀝青+碎石橋面歷年銑刨重鋪詳細(xì)工程量圖

分析圖3可知，熱噴SBS瀝青+碎石橋面專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)開始于2015年，2015年至2016年橋面銑刨重鋪工程量逐年增加，且以銑刨雙層為主。2010年至2016年，熱噴SBS瀝青+碎石橋面銑刨重鋪總工程量為7 210.52 m2，1 km銑刨重鋪工程量為381.9 m2。

3.外商在區(qū)內(nèi)投資的生產(chǎn)性項(xiàng)目，應(yīng)以產(chǎn)品出口為主；對部分替代進(jìn)口產(chǎn)品，在經(jīng)主管部門批準(zhǔn)，補(bǔ)繳關(guān)稅和工商統(tǒng)一稅后，可以在國內(nèi)市場銷售。

2) FYT防水涂膜類橋面養(yǎng)護(hù)狀況見圖4，總工程量對比見圖5。

2012年至2014年之間，F(xiàn)YT防水涂膜類橋面的銑刨重鋪工程量逐年增加，2014年至2016年逐年衰減。2010年至2016年，F(xiàn)YT防水涂膜橋面銑刨重鋪總工程量為53 881.6 m2，1 km銑刨重鋪工程量為5 343.8 m2，是熱噴SBS瀝青+碎石橋面1 km養(yǎng)護(hù)工程量的14倍。

圖4 FYT防水涂膜橋面銑刨重鋪詳細(xì)工程量圖

圖5 2010年—2017年不同防水粘結(jié)層橋面銑刨重鋪總工程量

2.2 橋面車轍狀況評估

結(jié)合橋面的車轍狀況，對熱噴SBS瀝青+碎石、熱噴橡膠瀝青+碎石、FYT防水涂膜3種不同防水粘結(jié)層的使用效果進(jìn)行整體評估。由圖6可知:

圖6 不同防水粘結(jié)層橋面RD值隨時(shí)間的變化

1) 2010年至2016年，熱噴橡膠瀝青+碎石類防水粘結(jié)層和熱噴SBS瀝青+碎石類防水粘結(jié)層的橋面的RD值逐年緩慢增大，2種類型防水粘結(jié)層的RD值基本相當(dāng)；2016年對2種防水粘結(jié)層的橋面進(jìn)行過銑刨重鋪專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)，因此2017年RD值出現(xiàn)減小趨勢。

2) 2010年至2013年，F(xiàn)YT防水涂膜類橋面的RD值已逐年增大；2013年和2014年對FYT防水涂膜的橋面進(jìn)行了大范圍的銑刨重鋪專項(xiàng)養(yǎng)護(hù)，因此2013年至2017年橋面RD值迅速減小。

3) 2010年至2017年，F(xiàn)YT防水涂膜橋面的RD值始終大于熱噴橡膠瀝青+碎石和熱噴SBS瀝青+碎石類防水粘結(jié)層橋面的RD值，其1 km養(yǎng)護(hù)工程量也遠(yuǎn)大于其他2種防水粘結(jié)層橋面的，說明FYT防水涂膜的防水粘結(jié)效果較差，降低了橋面鋪裝層的使用性能。

由圖7、圖8可知:

圖7 不同防水粘結(jié)層橋面車轍集度隨時(shí)間的變化

圖8 不同防水粘結(jié)層橋面車轍大于10 mm路段的長度占橋面總長度的比值

1) 2010年熱噴SBS瀝青+碎石類防水粘結(jié)層橋面每10 mRD平均值沒有大于10 mm的；2012年至2016年，車轍集度逐年增大，2016年車轍集度總量達(dá)到137個(gè)，超過10 mm的車轍路段長度占橋面總長度的3.63%，2017年車轍集度出現(xiàn)下降趨勢，這與RD值的分析結(jié)果一致。

2) 2010年至2014年，F(xiàn)YT防水涂膜橋面車轍集度逐年增加,是熱噴SBS瀝青+碎石橋面車轍集度年平均增長率的3倍，2014增長至316 個(gè)，大于10 mm車轍路段長度占總長度的15.18%，說明FYT防水涂膜的使用性能不如熱噴SBS瀝青+碎石的好。

3) 熱噴橡膠瀝青+碎石在2016年的車轍集度最大，為6個(gè)，表明該段橋面車轍超過10 mm的路段累計(jì)長度為60 m，占該橋總長的4.35%。

4) 按3種防水粘結(jié)層的車轍狀況由好到差排序?yàn)椋簾釃娤鹉z瀝青+碎石、熱噴SBS瀝青+碎石、FYT防水涂膜。

3 防水粘結(jié)層的粘結(jié)效果評估

3.1 防水粘結(jié)層現(xiàn)場取芯調(diào)查

表2為現(xiàn)場取芯結(jié)果，圖9為不同防水粘結(jié)層橋面車轍處芯樣特征。

由圖9可知，熱噴橡膠瀝青+碎石類防水粘結(jié)層在車轍處的芯樣整體狀況最好，F(xiàn)YT防水涂膜次之，熱噴SBS瀝青+碎石較差。熱噴SBS瀝青+碎石類防水粘結(jié)層橋面車轍處所取芯樣中有57.1%出現(xiàn)粘結(jié)層光滑分離，這種情況下粘結(jié)層的粘結(jié)性能沒有充分發(fā)揮，或者是粘結(jié)層已經(jīng)失去粘結(jié)功能。結(jié)合表2可知，不同種類防水粘結(jié)層橋面完好處的芯樣均未出現(xiàn)粘結(jié)層光滑分離的現(xiàn)象，這也進(jìn)一步說明在車轍處更容易出現(xiàn)粘結(jié)層失效的情況。

表2 現(xiàn)場取芯結(jié)果一覽表防水粘結(jié)層類型方向樁號取芯位置芯樣情況橋面情況寧常第3車道完好完好寧常K106+520硬路肩完好完好寧常硬路肩下面層底部松散完好寧常硬路肩下面層底部松散完好寧常K102+080第3車道完好車轍熱噴SBS瀝青+碎石寧常硬路肩完好車轍常寧第3車道粘結(jié)層光滑分離車轍常寧第3車道粘結(jié)層光滑分離車轍常寧K124+420第3車道粘結(jié)層光滑分離車轍常寧硬路肩粘結(jié)層光滑分離車轍常寧硬路肩完好車轍熱噴橡膠瀝青+碎石常寧K144+650第3車道完好車轍常寧硬路肩完好車轍鎮(zhèn)溧K42+750第3車道完好完好鎮(zhèn)溧硬路肩完好完好鎮(zhèn)溧K47+650第3車道完好車轍鎮(zhèn)溧硬路肩完好車轍FYT防水涂膜鎮(zhèn)溧第3車道粘結(jié)層光滑分離車轍鎮(zhèn)溧K54+030硬路肩粘結(jié)層光滑分離車轍鎮(zhèn)溧硬路肩粘結(jié)層光滑分離車轍鎮(zhèn)溧硬路肩完好車轍

圖9 不同防水粘結(jié)層橋面車轍處芯樣特征分析

3.2 拉拔試驗(yàn)結(jié)果分析

現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)結(jié)果如3所示。

表3 現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)結(jié)果一覽表防水粘結(jié)層類型方向樁號取芯位置拉拔強(qiáng)度/MPa試件破壞位置橋面情況熱噴SBS瀝青+碎石熱噴橡膠瀝青+碎石FYT防水涂膜寧常寧常寧常寧常常寧常寧常寧鎮(zhèn)溧鎮(zhèn)溧鎮(zhèn)溧鎮(zhèn)溧鎮(zhèn)溧K106+520K102+080K144+650K42+750K47+650第3車道0.10上下面層之間完好硬路肩0.04下面層底部完好第3車道0.09粘結(jié)層車轍硬路肩0.24上下面層之間車轍硬路肩0.03粘結(jié)層車轍第3車道0.15粘結(jié)層車轍硬路肩0.06上下面層之間車轍第3車道0.13上下面層之間完好硬路肩0.04粘結(jié)層完好第3車道0.13粘結(jié)層車轍硬路肩0.04粘結(jié)層車轍硬路肩0.03粘結(jié)層車轍

由表3可知，拉拔試驗(yàn)試件的破壞位置有3種情況: 一是粘結(jié)層處，這種情況說明粘結(jié)層與橋面板的粘結(jié)強(qiáng)度小于鋪裝層的抗拉強(qiáng)度；二是鋪裝層的上下面層之間，這種情況說明鋪裝層上、下層之間的粘結(jié)強(qiáng)度小于粘結(jié)層與橋面板的粘結(jié)強(qiáng)度；三是下面層底部，這種情況說明粘結(jié)層與鋪裝層的粘結(jié)強(qiáng)度小于粘結(jié)層與橋面板的粘結(jié)強(qiáng)度。

3種粘層材料的拉拔強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示，由圖可知：

圖10 不同防水粘結(jié)層橋面車轍斷面拉拔強(qiáng)度

對比第3車道車轍斷面處3種防水粘結(jié)層的拉拔強(qiáng)度可知，熱噴橡膠瀝青+碎石的拉拔強(qiáng)度較大，F(xiàn)YT防水涂膜的拉拔強(qiáng)度次之，而熱噴SBS瀝青+碎石拉拔強(qiáng)度較小。

從拉拔強(qiáng)度來看，熱噴橡膠瀝青+碎石具有更好的粘結(jié)效果，熱噴SBS瀝青+碎石的粘結(jié)效果略差。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)YT防水涂膜和熱噴SBS瀝青+碎石第3車道的拉拔強(qiáng)度均大于硬路肩的，初步分析認(rèn)為：這與施工建設(shè)期防水層灑布時(shí)主車道灑布量大于硬路肩邊緣灑布量有關(guān)。

3.3 鋪裝層底部微觀分析

寧常鎮(zhèn)溧高速不同防水粘結(jié)層的橋面鋪裝層底部CT掃描結(jié)果如圖11所示。

a) 車轍斷面(K47+650)b) 完好斷面(K42+750)

根據(jù)CT掃描的結(jié)果對界面層空隙率進(jìn)行了外觀的初步判斷，車轍斷面界面層空隙率明顯多于完好斷面的，但車轍斷面與完好斷面界面層空隙率目測均較大，界面狀況一般，下一步應(yīng)通過對鋪裝層空隙率做進(jìn)一步分析，為橋面車轍病害分析提供充分依據(jù)。

4 結(jié)論

1) FYT防水涂膜橋面的RD值最大，熱噴SBS瀝青+碎石橋面和熱噴橡膠瀝青+碎石橋面的RD值基本相當(dāng)；FYT防水涂膜橋面大于10 mm車轍路段長度占橋面總長度的比值最大，熱噴SBS瀝青+碎石橋面次之，而熱噴橡膠瀝青+碎石橋面最小。

2) 熱噴SBS瀝青+碎石橋面所取芯樣中有57.1%出現(xiàn)粘結(jié)層光滑分離，F(xiàn)YT防水涂膜橋面也有50%的芯樣出現(xiàn)粘結(jié)層光滑分離的現(xiàn)象，而熱噴橡膠瀝青+碎石橋面未出現(xiàn)這種情況。

3) 現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)表明，熱噴橡膠瀝青+碎石的拉拔強(qiáng)度略大于FYT防水涂膜的拉拔強(qiáng)度，而熱噴SBS瀝青+碎石拉拔強(qiáng)度相對最小，但考慮到3種防水粘結(jié)層拉拔數(shù)據(jù)均較小，因此三者拉拔強(qiáng)度的差異并不能很好地與車轍狀況對應(yīng)。

4) 根據(jù)CT掃描的結(jié)果對界面層空隙率進(jìn)行了外觀的初步判斷，車轍斷面界面層空隙率明顯多于完好斷面的，但車轍斷面與完好斷面界面層空隙率目測均較大。