水泥混凝土橋梁病害分析

水泥混凝土橋梁病害分析

0橋面鋪裝的防水粘結(jié)問題中國的道路事業(yè)正處于快速發(fā)展的過程中。經(jīng)過10個(gè)字母a的努力，它取得了優(yōu)異的成績。橋梁是道路路線跨越江河湖泊、山谷深溝和其它障礙物時(shí)的主要結(jié)構(gòu)物,從它保持了路線的連續(xù)性。隨著我國城市道路交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展,橋梁在道路中的比重越來越大,在道路工程中具有不可替代的作用。但是,在我國為數(shù)眾多的水泥混凝土橋梁在遠(yuǎn)未達(dá)到設(shè)計(jì)壽命時(shí),就出現(xiàn)了鋼筋銹蝕、混凝土松散、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降、承載能力大幅衰減等病害現(xiàn)象［1，2］。通過現(xiàn)場調(diào)查分析發(fā)現(xiàn),出現(xiàn)這類現(xiàn)象的主要原因是由于橋面鋪裝層的過早破壞以及在建設(shè)時(shí)沒有對防水體系有效保護(hù)橋面板和橋梁主梁結(jié)構(gòu)的混凝土構(gòu)件的重要性引起足夠地重視,橋面鋪裝發(fā)生破壞后外界水分侵蝕橋面板,滲入橋面混凝土內(nèi)在導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕的同時(shí),也會(huì)引起銹蝕部分體積發(fā)生膨脹,并達(dá)到原來的2.5~6倍以上,從而對周圍混凝土形成擠壓,造成混凝土開裂、剝蝕。凍融破壞、鋼筋銹蝕和堿集料反應(yīng)被視為水泥混凝土橋梁的三大耐久性問題,研究和合理設(shè)置防水層主要目的是保證和提高耐久性,如防止因冰凍造成橋面混凝土破壞及保護(hù)主梁鋼筋不被腐蝕等,且設(shè)置合理的橋面防水系統(tǒng)是最有效的措施之一。目前,根據(jù)我國防水粘結(jié)材料的組成及施工工藝,對橋面鋪裝的防水粘結(jié)材料進(jìn)行歸納,我國混凝土橋常用的防水粘層材料主要有以下幾類,即瀝青類材料作為粘接層的防水體系;高分子聚合物類作為粘接層的防水體系,如圖1所示。經(jīng)過分析調(diào)查,目前我國防水粘結(jié)材料的應(yīng)用情況參差不齊。因此,如何選擇合適的橋面防水粘結(jié)材料、如何設(shè)置長效的橋面防水粘結(jié)體系至關(guān)重要。本研究選擇了目前國內(nèi)常用的SBS改性瀝青碎石封層,改性乳化瀝青以及在國外應(yīng)用較好的、本課題組自行開發(fā)的甲基丙烯酸甲酯MMA(產(chǎn)品名Proco)進(jìn)行對比試驗(yàn)。目前,我國還沒有系統(tǒng)的、統(tǒng)一的有關(guān)橋面防水粘結(jié)材料的設(shè)計(jì)、施工、檢驗(yàn)方面的規(guī)范,在選擇、施工防水材料時(shí)盲目性較大,所以本項(xiàng)目采用《日本道橋防水便覽》的橋面防水設(shè)計(jì)及評價(jià)方法對以上三種材料進(jìn)行防水材料性能對比試驗(yàn)研究。1聚酯樹脂相關(guān)材料研究本課題組自主開發(fā)了反應(yīng)性甲基丙烯酸甲酯MMA長效橋面鋪裝防水粘結(jié)體系(產(chǎn)品名:Proco)。本項(xiàng)目基于活化甲基丙烯酸樹脂長效防水粘結(jié)體系材料的開發(fā)主要經(jīng)歷了以下主要步驟:①環(huán)氧樹脂、聚氨酯、丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂、不飽和聚酯樹脂等相關(guān)材料性能及應(yīng)用研究;②項(xiàng)目研究原材料的選擇,材料改性、復(fù)配原理和反應(yīng)方式機(jī)理研究;③材料配方研究及助劑選擇和材料配方優(yōu)化;④材料性能測試與評價(jià),以及材料體系相容性研究;⑤產(chǎn)品形成與應(yīng)用指南的確定。Proco具有其他材料不可比擬的韌性、耐熱性及結(jié)合強(qiáng)度,因此,其具有優(yōu)良的裂縫跨越能力,在一定程度上可防止混凝土橋面滲水;并且具有在高溫下依然優(yōu)良的抗剪強(qiáng)度以及抵抗重載交通下的剪切推移作用。其雙層基于活性甲基丙烯酸樹脂防水膜成膜厚度可達(dá)2mm,其耐候性優(yōu)良,能完全實(shí)現(xiàn)對于水泥混凝土橋梁真正意義的長效保護(hù),其使用壽命可達(dá)到50a以上。Proco是應(yīng)用于混凝土橋面瀝青鋪裝的防水粘結(jié)體系,其包括了下封閉層、防水層及粘結(jié)層,具體組成如圖2所示。2防水材料設(shè)計(jì)比選日本針對水泥混凝土橋面鋪裝防排水進(jìn)行了較為深入體系的研究,專門針對于水泥混凝土橋面鋪裝防水材料的選擇及設(shè)計(jì)形成了完善體系的設(shè)計(jì)、評價(jià)方法及試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),制定了專門的《日本道橋防水便覽》,其水泥混凝土橋面鋪裝防水材料選擇設(shè)計(jì)與我國的設(shè)計(jì)方法有較大的區(qū)別,其先進(jìn)性主要體現(xiàn)在,在日本對于防水材料的設(shè)計(jì)是屬于實(shí)時(shí)跟蹤依據(jù)施工成型好的水泥混凝土橋面板的狀況,結(jié)合現(xiàn)場施工作業(yè)面交叉及現(xiàn)場環(huán)境氣候狀況為依據(jù),進(jìn)行防水層的“實(shí)時(shí)跟蹤”設(shè)計(jì)。在一個(gè)實(shí)體工程中,針對不同施工環(huán)境條件、水泥混凝土作業(yè)面情況、現(xiàn)場施工情況的不同,所設(shè)計(jì)選材的防水材料也針對性的應(yīng)用選材。其次,對于防水材料的試驗(yàn)比選,有兩部分組成:防水材料基本試驗(yàn)、追加試驗(yàn)。所有應(yīng)用于公路工程水泥混凝土橋面鋪裝防水材料必須通過基本試驗(yàn),通過基本試驗(yàn)是防水材料應(yīng)用于工程的“門檻”,基本試驗(yàn)包括6項(xiàng)試驗(yàn):防水性試驗(yàn)、低溫彎曲試驗(yàn)、拉拔試驗(yàn)、浸水拉拔試驗(yàn)、剪切試驗(yàn)、耐鹽性試驗(yàn)。追加試驗(yàn)是根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境情況以及是否出現(xiàn)作業(yè)面交叉情況,選擇性進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。追加試驗(yàn)主要包括6項(xiàng)試驗(yàn):抗膨脹性試驗(yàn)、剝落負(fù)荷試驗(yàn)、局部變形性試驗(yàn)、車轍負(fù)荷試驗(yàn)、疲勞開裂負(fù)荷試驗(yàn)、剪切疲勞試驗(yàn)。按照設(shè)計(jì)條件,尤其是在施工條件嚴(yán)格的情況等,必須要求要有性能較高的橋面防水層時(shí),最好追加一部分校對試驗(yàn)或全部校對試驗(yàn)。橋面防水層的比選:在橋面防水層的候補(bǔ)選定里,根據(jù)《基本校對試驗(yàn)》(根據(jù)設(shè)計(jì)條件里的《追加試驗(yàn)》的一部分或全部)確認(rèn)其滿足要求的性能。同時(shí),備齊施工管理要領(lǐng)等的要點(diǎn)類型。最合適的橋面防水層的選定:在有較多橋面防水層的候補(bǔ)時(shí),以橋面防水層選定的標(biāo)準(zhǔn)以及性能校對結(jié)果為基礎(chǔ),應(yīng)優(yōu)先選定符合要求性能的優(yōu)質(zhì)橋面防水層,根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果等,選擇擁有必要性能的高品質(zhì)防水層。本文僅針對基丙烯酸甲酯MMA防水粘結(jié)體系Proco、SBS改性瀝青碎石封層、改性乳化瀝青3種防水粘結(jié)材料進(jìn)行基本性能檢測,必選確認(rèn)其可用性,劃定適用于高速公路水泥混凝土橋面防水材料的類型,供實(shí)體工程選用提供理論依據(jù)。后續(xù)再根據(jù)劃定的防水材料類型,結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況(氣候環(huán)境、橋面板狀況、施工交叉情況)選擇性進(jìn)行追加試驗(yàn),最終認(rèn)定選用防水材料的類型。見表1。3防水粘接材料的基本實(shí)驗(yàn)3.1甲基丙烯酸甲酯mma防水粘結(jié)體系防水性試驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)確認(rèn)防水材料的最基本的防水性能。試驗(yàn)溫度采用(23±2)℃,試驗(yàn)壓力采用0.1MPa。測量3min和33min后的滲水量,精確到0.1mL。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘結(jié)體系Proco、SBS改性瀝青碎石封層、改性乳化瀝青3種防水粘結(jié)材料防水性檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見表2所示。防水材料的防水性能是防水層應(yīng)具備的最基本的性能。Proco、SBS改性瀝青防水層由于成膜厚度較厚,防水試驗(yàn)基本無滲水。改性乳化瀝青由于成膜厚度較薄,僅為0.2mm左右,其防水性能不能得到完全保證。3.2低溫抗變形能力在寒冷地區(qū),防水材料低溫抗開裂性能的好壞直接關(guān)系到其耐久性,冬季氣溫驟降會(huì)使防水粘結(jié)材料的抗拉伸性能降低,收縮變形過大發(fā)生脆裂。為此,防水粘結(jié)材料必須滿足一定的低溫抗變形能力。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘結(jié)體系Proco、SBS改性瀝青碎石封層、改性乳化瀝青3種防水粘結(jié)材料低溫彎曲檢驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見表3所示。防水材料的低溫性能是防水層應(yīng)具備的最基本的性能之一。Proco由于是完全活化反應(yīng)性樹脂材料,其感溫性能較低,在溫度發(fā)生變化時(shí),其模量變化不大,所以其低溫抗裂性能由于SBS改性瀝青、改性乳化瀝青等瀝青類感溫性材料。3.3高溫力學(xué)性能幾乎所有的防水粘結(jié)層在高溫下,都會(huì)變軟,其粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)大幅降低。拉拔試驗(yàn)是考察防水粘結(jié)層在高溫下,其粘結(jié)性能,評價(jià)其高溫抗剪切能力。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘結(jié)體系Proco、SBS改性瀝青碎石封層、改性乳化瀝青3種防水粘結(jié)材料高溫拉拔試驗(yàn)結(jié)果見表4所示。Proco由于是完全活化反應(yīng)性樹脂材料,其感溫性能較低,在溫度升高時(shí),其粘結(jié)強(qiáng)度下降幅度遠(yuǎn)小于瀝青類感溫性材料,所以其高溫抗剪切性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于SBS改性瀝青、改性乳化瀝青等瀝青類感溫性材料。3.4甲基丙烯酸甲酯mma防水粘結(jié)體系抗剪切性能橋面防水粘結(jié)層施工完畢后,在其上進(jìn)行至少兩層的瀝青混合料攤鋪碾壓施工,在施工過程中運(yùn)料車、攤鋪機(jī)履帶以及碾壓過程對于防水層的刺破損傷以及揉搓作用會(huì)造成防水層的損傷。因此,采用鋪裝體系剪切試驗(yàn),綜合評價(jià)防水層經(jīng)過以上作用的抗剪切性能。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘結(jié)體系Proco、SBS改性瀝青碎石封層、改性乳化瀝青3種防水粘結(jié)材料剪切試驗(yàn)結(jié)果見表5所示。Proco由于是完全活化反應(yīng)性樹脂材料,其完成反應(yīng)后防水膜成膜厚度到達(dá)2mm,能較好的抵抗施工過程中的刺破損傷,同時(shí)其感溫性能較低,在溫度升高時(shí),其抗剪切強(qiáng)度下降幅度遠(yuǎn)小于瀝青類感溫性材料。同時(shí),SBS改性瀝青、改性乳化瀝青等瀝青類感溫性材料,在鋪裝上面層攤鋪碾壓過程中會(huì)在高溫下變軟融化,上層瀝青混合料嵌入瀝青類防水層中,損壞其防水粘結(jié)膜的完整性,造成防水性能及抗剪切性能降低。3.5防水粘結(jié)體系在一些特殊環(huán)境下,防水層會(huì)遭遇酸性、堿性介質(zhì)的侵蝕,而一般的柔性防水粘結(jié)材料多為有機(jī)類或高分子材料,其化學(xué)成分復(fù)雜,有可能會(huì)在酸性、堿性介質(zhì)作用下造成其性能衰減。因此,有必要對防水粘結(jié)層的抗酸、堿性進(jìn)行監(jiān)測確認(rèn)。甲基丙烯酸甲酯MMA防水粘結(jié)體系Proco、SBS改性瀝青碎石封層、改性乳化瀝青3種防水粘結(jié)材料剪切試驗(yàn)結(jié)果見表6所示。本項(xiàng)目研究開發(fā)的反應(yīng)性樹脂材料———甲基丙烯酸樹脂MMA主要由反應(yīng)性樹脂單體、功能性樹脂、催化劑以及填料和助劑等組成,材料產(chǎn)品由雙組份或三組分構(gòu)成,材料按要求混合后通過催化劑引發(fā),產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng),從而形成不溶不熔的固態(tài)涂膜,其2mm防水膜反應(yīng)后自身材料耐腐蝕及抗老化性能良好,成膜完整、整體性強(qiáng),能完全封閉酸性、堿性介質(zhì)的進(jìn)入,很好的保護(hù)橋面板不被酸性、堿性介質(zhì)侵蝕,真正實(shí)現(xiàn)防水層對于橋梁結(jié)構(gòu)的長效保護(hù)。4主要性能檢測課題采用《日本道橋防水便覽》中的基本試驗(yàn)方法對組自主開發(fā)的長效橋面防水材料Proco、SBS改性瀝青碎石封層、改性乳化瀝青3種防水粘結(jié)材料料進(jìn)行基本性能檢測