动水作用下水泥混凝土桥面防水黏结层的水稳定性研究_黄明星.pdf

第 40 卷第 5 期2023 年 5 月公路交通科技Journal of Highway and Transportation esearch and DevelopmentVol.40No.5May 2023收稿日期:20210401作者简介:黄明星(1986)，男，四川眉山人，硕士，高级工程师(562040009 )*通讯作者:陈栩(1991)，男，四川什邡人，博士(610703470 )doi:10.3969/j.issn.10020268.2023.05.009动水作用下水泥混凝土桥面防水黏结层的水稳定性研究黄明星1，陈栩*2，3，曹超飞2，3，尚静2，3，任东亚2，3(1.四川遂广遂西高速公路有限责任公司，四川遂宁629000;2.西南交通大学土木工程学院，四川成都610031;3.道路工程四川省重点实验室，四川成都610031)摘要:为研究动水作用下水泥混凝土桥面防水黏结层的水稳定性，采用水敏感性测试仪模拟动水作用，对比分析了AMP-100 二阶反应型桥面防水黏结剂(二阶反应型)、聚合物改性沥青基纤维增强型防水涂料(聚合物改性沥青型)和 SBS 热沥青共 3 种常用防水黏结层材料分别在干燥、真空浸水(长期作用)、动水(短期作用)、动水+浸水(短期+长期作用)和冻融等水损害条件作用下，对桥面防水黏结层拉拔和剪切强度造成的影响。结果表明:考虑短期+长期作用的水损害条件，对防水黏结层的力学性能削弱最大，对试件抗水损害要求最苛严，且其水作用方式最符合路面实际情况，故推荐该水损条件用于防水黏结层的水稳定性评价。对于二阶反应型，动水作用(第 3.5 h)对力学强度的削弱约为真空浸泡作用的第 45 h 和第 46 h;对于聚合物改性沥青，动水对力学强度的削弱约为真空浸泡第36 h 和第 27 h;对于 SBS 热沥青，动水对拉拔强度的削弱约为真空浸泡第 30 h，剪切强度的削弱大于真空浸水;二阶反应型在未受到水损害作用时，其力学性能好于聚合物改性沥青型，然而在受到水损害条件作用后，其力学能力衰减较快，显著低于聚合物改性沥青。此外，SBS 热沥青防水黏结层的力学性能差于二阶反应型和聚合物改性沥青。关键词:桥梁工程;水稳定性;拉拔和剪切试验;桥面防水黏结层;动水(短期)作用;浸水(长期)作用中图分类号:U414文献标识码:A文章编号:10020268(2023)05006507Study on Water Stability of Waterproof Bonded Layer of Cement Concrete BridgeDeck Considering Dynamic Water ActionHUANG Ming-xing1，CHEN Xu*2，3，CAO Chao-fei2，3，SHANG Jing2，3，EN Dong-ya2，3(1 Sichuan SuiguangSuixi Expressway Co.，Ltd.，Suining Sichuan 629000，China;2 School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichuan 610031，China;3 Key Laboratory ofHighway Engineering of Sichuan Province，Chengdu Sichuan 610031，China)Abstract:In order to study the water stability of cement concrete bridge deck waterproof bonding layer underthe action of dynamic water，the dynamic water action is simulated by using water sensitivity tester，theinfluences of 3 commonly used waterproof adhesive layer materials，i.e.，AMP-100 bridge deck waterproofadhesive two-order reactive type)，polymer modified asphalt-based fiber reinforced waterproof coating(polymer modified asphalt type)and SBS hot asphalt on the pall-out and shear strengths of the waterproofbonding layer of bridge deck under the water damage conditions of dry，vacuum immersion(long-termaction)，dynamic water(short-term action)，dynamic water+immersion(short-term+long-term action)and freezing-thawing are comparatively analyzed respectively.The result shows that(1)The water damageconditions considering short-term+long-term effect weakens the mechanical properties of the waterproof公路交通科技第 40 卷adhesive layer the most，and has the most stringent requirements for the water damage resistance of thespecimen，and its water action mode is most consistent with the actual pavement situation of the，therefore，this water damage condition is recommended for the water stability evaluation of the waterproof adhesive layer.(2)For the two-order reaction type，the weakening of(the 3.5th hour)dynamic water on the mechanicalstrength is about the 45th hour and the 46th hour of vacuum immersion.For the polymer modified asphalttype，the weakening of dynamic water on the mechanical strength is about the 36th hour and the 27th hour ofvacuum immersion.For SBS hot asphalt，the weakening of dynamic water on the drawing strength is about the30th hour of vacuum immersion，and the weakening of shear strength is greater than that of vacuumimmersion.(3)When there is no water damage，the mechanical properties of the two-order reaction type arebetter than those of the polymer modified asphalt type，but the mechanical properties of the two-order reactiontype are decays rapidly after being subjected to water damage，which is significantly poor than those ofpolymer modified asphalt.(4)The mechanical properties of SBS hot asphalt waterproof bonding layer arepoor than those of two-order reaction type and polymer modified asphalt type.Key words:bridge engineering;water stability;pull-out and shear test;bridge deck waterproof bondedlayer;dynamic water(short-term)action;immersion(long-term)action0引言水泥混凝土桥面防水黏结层起到防止雨水下渗，并将沥青铺装层和桥面板黏结为一个整体的作用，其性能关系到整个桥面铺装的使用寿命12。然而，由于桥面沥青铺装层自身独特的结构形式和压实工艺，致使其空隙率较大、雨水易渗入沥青铺装层内部，且长期滞留于沥青铺装层与桥面铺装层界面处3。在行车荷载产生的动水作用下，雨水经沥青铺装层进入桥面防水黏结层后，对防水黏结层和桥面板进行反复的“挤压”和“泵吸”作用，致使防水黏结层失效，同时将桥面板处的残余浮浆带出至路表，形成“唧浆”等病害，若不及时处治，将发展为整个沥青铺装层的掉粒、松散和坑槽等病害，严重影响路面的行车安全性与舒适度48。为探究动水对现场桥面防水黏结层水稳定性的影响，调研了四川高温多雨地区的数条高速公路。调研结果显示:水泥混凝土桥面沥青铺装层行车道轮迹带附近的唧浆病害频发，唧浆处芯样显示其防水黏结层失效。以上研究表明，防水黏结层的水稳定性研究需考虑行车荷载产生的动水作用。此外，研究成果4，9 表明:车速为 100 km/h 时，空隙率为 4%5%的沥青路表动水压力约等于 25 m 高的水头，位于路表下10 cm 处的防水黏结层动水压力约等于 6 m 高的水头，进一步说明了考虑动水作用下的防水黏结层水稳定性研究是完全有必要的。然而，现有文献 1014 对桥面防水黏结层的水稳定性研究多为基于浸水和冻融条件，未考虑“动水作用”，与路面实际情况不符。研究成果1518 基于一种可以模拟车辆轮胎对含水路面产生动水作用的装置 水敏感性分析仪(MIST)，分析了劈裂强度、动态模量以及回弹模量等力学参数对动水作用的响应，表明了 MIST 模拟车辆轮胎对含水路面产生的挤压和泵吸等动水作用是完全可行的。此外，有研究成果1921 把行车荷载对含水路面产生的动水作用归为“短期作用”，雨水对沥青混合料的长期浸泡归为“长期作用”，“短、长期作用”共同削弱了沥青类材料自身的黏结力和沥青类材料集料之间的黏附力，该研究成果为防水黏结层的黏附和黏聚性能研究提供了参考，其作用机理如图 1所示。图 1黏附和黏聚性破坏机理Fig.1Adhesion and cohesion failure mechanism综上所述，为了更加全面和准确地对桥面防水黏结层的水稳定性进行研究，本研究利用美国某公司研发的 MIST 及相关装置，分析了干燥、冻融、真空浸水(长期作用)、动水(短期作用)和动水+浸水(长期+短期作用)等不同水损条件，对不同种类桥面防水黏结层力学性能(拉拔和剪切强度)造成的影响，为水泥混凝土桥面防水黏结层的设计、施工以及水损害防治等提供研究方法与思路。66第 5 期黄明星，等:动水作用下水泥混凝土桥面防水黏结层的水稳定性研究1试验1.1试验材料与设备沥青层级配为 公路沥青路