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摘要：本文论述了桥面水对混凝土桥梁耐久性的危害,论证了设置桥面防水系统的重要性,进而论述了桥面系构造必须注意的要点,并介绍部分桥梁防水实用技术及施工方法。
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关键词：路桥结构;混凝土耐久性;事故处理;结构防水
1桥梁防水系统缺陷引起的病害
公路和城市道路的建造,尤其是高速公路和城市快速道路,动辄几亿、十几亿元的投资,其中桥梁占总造价的10%~30%左右,要求设计使用年限比较长，长达100年以上。因此桥梁的安全性和耐久性是非常重要的。
我国部分地区对混凝土结构桥梁防水问题一直没有得到足够的重视,很多人过去有一个错误的观点,认为混凝土本身不怕水,混凝土结构的桥梁无须作防水,从而,对桥面系的构造设计不够重视,甚至很粗糙。而事实上恰恰就因为桥面系构造的设计缺陷及没有完善的防水系统。
我国近年时常发生桥面忽然塌陷,甚至出现空洞等严重病害,引发重大事故,造成了很大的损失。由于渗水致使桥梁混凝土腐蚀酥松、脱落,钢筋与混凝土离骨,造成桥报废重建。板梁底部混凝土大面积脱落,钢筋裸露。以上病害的发生一方面除了超载因素外,桥面系构造的不合理和没有桥面防水层是主要原因,另一方面桥面水泥混凝土铺装太薄和铰缝处的混凝土的质量不高,很容易遭到水的损害。首先在铰缝处形成裂缝,造成单梁受力,水由铺装层向下渗漏,从铰缝流到梁板,对混凝土产生腐蚀,削弱了梁板的承载能力,最后造成桥梁的破坏。
从对公路桥梁病害调查结果来看,桥面的损坏占的比例最大,其次是边梁外侧。梁端和帽梁。下部结构则墩台水位浮动处损害最多。
由于边梁处栏杆和人行道设计没有考虑到雨水的影响,致使含有桥面污物的雨水乱流,先是污染边梁,影响美观,继而腐蚀混凝土,仔细观察,到处可见这样的痕迹。边梁外侧首先遭到破坏就是桥面雨水腐蚀造成的。
桥梁墩柱等下部结构由于受到水的侵害,也必然产生损害,在水位上下浮动的部位最为严重。
引起桥梁破坏的原因很多,如荷载、材料质量、施工质量、突发事件等等,但桥面防水系统没有达到使用要求,以至造成桥梁的破坏,是极其重要的原因之一,其后果将是灾难性的。
2桥梁防水系统缺陷对桥梁损害的机理分析
一般来说,水泥混凝土材料是耐水材料,在潮湿环境或水中能保持强度和稳定性。但是长期处于潮湿条件下,尤其在干湿交替循环状态下,混凝土的耐久性问题是不容乐观的。很多桥梁墩台,在水位浮动的部位首先被破坏就是证明。空气中的水和雨水是一种成分很复杂的液体,再加上混入桥面的污物,常含有溶解的气体、矿物质和有机质等,常见的有酸性物质、氧离子、氯离子、氮、碳酸气、硫化氢及其他酸性离子,以及碱金属和碱土金属离子,这些酸、碱物质超过一定限度时,会侵蚀、损害桥梁的混凝土和金属材料。
水泥砼由于各种原因引起裂缝,如果没有完善的防水系统,带有腐蚀性物质的水就会渗入到混凝土中和从裂缝中流入到混凝土中去,产生碱―骨料反应以、盐腐蚀、冻融破坏及酸碱性物质对混凝土进行腐蚀的反应。
碱-骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活
性硅发生反应，生成碱-硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂。碱―骨料反应的发生和对混凝土的破坏需要三个条件:混凝土中的高碱性、碎石中的富含碱活性成分以及水。以前所用的水泥及外加剂均为高碱性,砂石资源含有不同程度的碱活性成分,桥梁又没有完善的防水系统,完全具备了碱―骨料反应的必要条件,所以很多桥梁都发生这种现象。
碱-骨料反应一旦发生，很难加以控制，一般不到两年就会使结构出现明显开裂，所以有时也称碱-骨料反应是混凝土结构的“癌症”。
碱―骨料反应,盐腐蚀、冻融作用是混凝土结构的三大主要破坏因素基本上都与水进入砼结构有关。
预制梁桥的铰缝处是受力复杂、混凝土最薄弱的部位,最容易受到侵蚀,尤其近年来,由于超重交通的形成、过载车辆的增多,过早地造成铰缝部位的裂缝,桥面雨水通过裂缝进一步腐蚀混凝土和钢筋,形成单梁受力,降低承载能力直至破坏。
对于碱―骨料反应,盐的腐蚀、冰融作用应以预防和抑制为主。减少混凝土中的碱含量是解决的办法之一,使用低碱水泥、低碱外加剂,可以减缓,但解决不了全部问题。无论碱―骨料反应、盐腐蚀,还是冻融作用,只要是没有水,就可以减缓或避免,所以必须设置完善的防水系统,将混凝土与水隔离开来,使其不具备发生反应的条件,从而达到混凝土桥梁耐久性的要求。
3桥梁防水系统的设计
设法将水与混凝土隔离,使水不能进入混凝土,尤其不能进入裂缝中去。防水系统设计包括以下几方面。
3.1混凝土本身的自防水
混凝土经常接触水的部位都要设计为防水混凝土。尤其是桥面和下部结构水位浮动的部位。在混凝土中加入粉煤灰或超细粉等可以减少水泥带入的碱量,加钛钢纤维深丙烯纤维可以对膨胀、开裂起到阻裂作用,并具有很好的抗渗能力,达到自防水的基本要求。
3.2桥面防水涂层
无论桥面混凝土施工质量如何好,均不能完全保证不开裂。所以桥面水泥混凝土铺装层上面必须设置防水层防，水层不但本身要起到防水作用,而且要求其与水泥混凝土和沥青混凝土都有很好的亲和性,附着力好。下面能牢固地与水泥混凝土表面粘结,上面与沥青混和料牢固地粘结。否则就成为一个抗剪力很低的夹层,将导致桥面沥青混凝土出现拥包、滑移,直至松散、破坏。
3.3伸缩缝的防水
桥梁建设中采用了很多种桥梁伸缩缝,只有采用的毛勒缝不漏水,近几年改进后的仿毛勒缝也基本不漏水,其他均漏水。对伸缩量小于5cm的小变位伸缩缝,采用聚合物改性沥青弹塑体填充式伸缩缝,也能成功地解决伸缩缝漏水的难题。
3.4桥面雨水孔与水落管的解决途径
常见的问题主要表现在下面几点:收水口小,不能及时将水泄走;收水口标高高于周围标高,造成积水;收水口高出水泥混凝土表面,而且周围混凝土不密实,造成管周围漏水;出水管过短,发生尿檐现象。从而导致收水口周围以及边梁外侧混凝土的破坏。
3.5栏杆外测与人行道的构造
栏杆外侧应设计为光滑的表面,底面设有止水槽,雨水能很快地顺外侧流向地面,而不应再流向边梁。设有人行道的桥梁,人行道的防水也不能忽视,防止雨水渗流到主梁。
4桥面铺装防水的主要方法
目前国内尚缺乏系列化的专用桥面防水材料,更没有严格规定评定桥面防水材料性能的技术标准和方法。因此,优选、防水材料显得尤其重要。
4.1对桥面铺装防水材料的要求
4.1.1聚合物沥青桥面防水涂料。该产品以复合离子型乳化沥青、橡胶、树脂改性剂为主要原料构成的单组分水乳型防水涂料。其特点:与水泥混凝土及沥青混合料表面粘结均非常牢固,耐高低温, 160℃高温不流淌,不起泡、不滑动, -20℃不开裂,在热沥青混合料摊铺后,可以软化与其粘结,粘结强度高,耐久性能好,冷施工、使用高速喷雾机“机械喷涂、操作安全简便、施工速度快,成膜时间快, lh可以表干, 12h后可以进行铺筑沥青混凝土,最能适应快速施工,价格比其他品种都便宜。
4.1.2PC橡胶防水卷材防水层。该产品可以做成1mm以下薄膜,用本身液体涂料粘结到基面上。具有较好的粘结强度,既可以自粘又能与混凝土表面进行粘结,还能与沥青混合料牢固地粘结。
4.2桥面防水涂层的质量要求及控制
涂料的基本要求是“牢、薄、透、匀”。防水层不但本身能防水,还要有延展性,当基面产生微小裂缝后防水层不被拉裂,而且必须与上下基面牢固地粘结,在车辆荷载作用下不产生滑移现象。所以必须非常均匀地施工一薄层,总厚不宜超过1mm。
4.2.1对防水材料必须进行检验。每一批量都应抽检,重点抽检其耐热性以及粘和性,必须满足160℃不流淌的条件。还应进行外观检验,发现异常立即停止使用。
4.2.2对基面应进行严格地检查验收,不允许有任何不合格的地方。
4.2.3施工时应及时检查有无空鼓汽泡、脱落、翘边等现象,以便及时处理。
4.2.4在摊铺沥青混合料时,应随时检查有无损坏的地方,及时进行修补。
4.2.5沥青混凝土施工完成冷却后,可作行走刹车实验,桥面铺装层应无脱粘起翘现象。
4.2.6重点检查伸缩缝、收水口部位的质量。
5伸缩缝部位的防水
桥梁防水的另一个重要部位是桥梁伸缩缝,必须达到牢固、延年、防水的要求。梁端的破坏,帽梁的破坏,主要原因就是伸缩缝漏水造成的,所以必须把伸缩缝的防水设计和安装质量当作非常重要的问题对待。
6结论及建议
6.1桥梁必须设置完善的防水系统。首先是混凝土本身的自防水,保证本身的密实性和防腐蚀性能。桥面混凝土铺装层的质量是至关重要的,平均厚度不能小于10cm,最薄处不能小于8cm,为了减少混凝土的开裂,直在其中加入钢纤维或聚丙烯纤维,而且对混凝土的配合比设计和浇筑质量要严加控制。
6.2在保证桥面混凝土质量的基础上,还必须设置防水层,防止水的渗透,伸缩缝必须设计选择防水型的,帽梁顶部,边梁外侧,以及下部结构水位浮动部位都应该考虑防水问题,防止水从任何地方对混凝土侵害。只有这样,形成完善的防水系统,才能保证桥梁的使用寿命。
6.3桥面防水涂料的关键是与水泥混凝土及沥青混合料都有很好的亲和性,能牢固地粘结在一起,并且能够在沥青混合料的高温下,只软化,不流淌。目前高性能的聚合物改性沥青防水涂料可以满足这一要求,可以广泛采用。
6.4毛勒、仿毛勒伸缩缝是目前比较理想的伸缩缝, 5cm以下小伸缩量,配合着弹塑性伸缩装置的使用可以解决防水和延年的问题。
6.5梁端和帽梁顶部建议用普通的防水涂料进行处理,防止伸缩缝失效时漏水腐蚀混凝土。
6.6下部结构在水位浮动部位处,除了要作防腐蚀混凝土外,也要涂防水涂料。
6.7边梁的栏杆、地伏混凝土的外侧应包住翼板并设计滴水槽,防止雨水沿边梁漫流。
6.8雨水收水口必须低于水泥混凝土铺装和高程,出水管应保证不尿檐。
参考文献：
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发表于 2018-7-16 17:25:45