桥面防水黏结层的试验及应用研究

No.4

Aug.

桥面防水黏结层的试验及应用研究

史民强

(山西省公路工程监理技术咨询公司，山西太原

030006)

摘要：通过试验研究了橡胶及SBS改性沥青防水黏结层的相关性能，并给出了防水黏结 层中改性沥青与碎石的最佳配合比。室内试验表明：橡胶沥青防水黏结层剪切及拉拔强度均要 优于SBS改性沥青，具备更优的防水黏结性能；橡肢沥青防水黏结层的平均剪切破坏位移要 大于SBS沥青防水黏结层，前者的位移范围为9~11 mm,后者为7〜9 _

，表明橡肢沥青防水

层的抗变形破坏能力更强。工程实例表明：采用橡胶沥青作为连续刚构桥的防水黏结层后，施 工现场剪切强度与拉拔强度的检测结果与室内试验有较好的一致性，且均满足规范要求，具备 良好的防水黏结性能。

关键词：沥青防水黏结层;路用性能；室内试验;工程实例

文章编号：1〇〇6-3528(2019)04~0068-04中图分类号:U443.31 文献标识码:A

1.1试验材料

0

引言

防水黏结层是保证桥梁与沥青混凝土铺装层整 体性的重要功能层。防水黏结层设置不当会引发路 面的推移及拥包病害。因此防水黏结层施工质量的 好坏在桥面的铺装中起着举足轻重的作用，直接关 系到行车安全与后期养护成本[1_\\

目前，国内外应用较多的防水黏结层材料一般 分为卷材类、涂膜类及结构性的防水黏结层。卷材类 材料具备高强、耐热及延展性高等优点，但前提是必 须确保桥面的平整度及洁净度；涂膜类的多采用流 动性好的水性沥青基材料，便于施工，可弥补卷材类 的缺点，但其黏结强度不高，施工过程中极易发生破 坏[m。结构性的防水黏结层可较好地弥补前述两种 材料的缺陷，其结构由热沥青与碎石构成，通过碾压 使沥青上浮与桥面沥青混凝土铺装层形成整体，具 备黏结强度高与防水性能高等特点，目前已在工程 实践中广泛应用开来[5-\\

本文采用试验研究了 SBS改性沥青及橡胶沥 青防水黏结层的相关性能，并给出了防水黏结层中 改性浙青与碎石的最佳配比，并通过工程应用实例 对橡胶改性沥青防水黏结层的实际应用效果进行了 检测。1

室内试验

1.2试验方案

防水黏结层的性能采用剪切试验与拉拔试验进 行检测。室内试验选用车辙板磨具制作5 cm厚的水 泥混凝土板代替桥梁结构，标准养护28 d后对其进 行整平并清理。之后进行防水黏结层的铺装,将清理 后的混凝土板放回车辙板中，在其上喷洒1 cm厚的 橡胶沥青并撒布适量碎石采用轮碾机碾压并铺筑沥 青混合料，室温养护48 h。待双层板试件制作养护 结束后对其进行钻芯取样，钻芯取样试件尺寸的高

a)沥青橡胶沥青与SBS改性沥青的相关技 术指标检测结果如表1所示。

表1沥青的主要性能指标

指标

针人度(25丈)/0.1 mm

软化点re延度(5 t)/Cm弹性恢复/%黏度（135 ^

橡胶沥青65.966.342.7932.02

SBS改性沥青

.360.845.8881.

Vpa-S

b)集料防水黏结层中撒布的碎石选用玄武岩 集料，相关性能检测结果如表2所示。

表2集料物理力学性能检测结果

类型玄武岩规范要求

抗压强度

MPa

186-

压碎值%11.6小于等于25

吸水率%1.24小于等于2

表观密度g/cm32.94大于等于2.5

收稿日期:2019-05-09;修回日期：2019-07-11作者简介:史民强(1984—

），男，山西忻州人,工程师，大学本科,2008年毕业于工程兵指挥学院土木工程专业。

2019年第4期史民强：桥面防水黏结层的试验及应用研究•69.

与直径均为10 cm的圆柱体试件。最后对钻芯取样 的试件分别进行剪切试验与拉拔试验。

试验中沥青及碎石的材料配比如表3所示。

表3

沥青种类

橡胶沥青、SBS改性沥青

性能可通过拉拔试验进行测定。试验选用拉拔试验 仪，试验温度为25 T，以0.5 kN/min的速度进行加 载。试验结果如表5所示。

表S

防水黏结层拉拔试验结果

橡胶沥青

序号沥青用量 碎石用量

防水黏结层的材料配比

碎石粒径

mm

沥青喷洒量 碎石撒布量

kg/m2

1.5,2

SBS改性沥青

压强

4.75-13.2

%

60,80

g

%

碎石粒径

mm

压强

MPa

位移

mmMPa

位移

mm

2室内试验结果分析

12345678

140140140140185185185185

6060808060608080

4.75-9.59.5-13.24.75 〜9.59.5-13.24.75-9.59.5-13.24.75-9.59.5-13.2

0.46.6020.49.9370.4780.4360.4110.4730.441

5.2756.7474.7985.22.562

0.3820.3860.3470.4050.3600.4020.3490.341

4.7815.3027.8417.1794.8317.8556.4637.885

2.1层间剪切性能

防水黏结层的剪切试验采用多功能剪切试验 仪，试验温度为25 t,以0.5 kN/min的速度（应力 控制式)进行加载，不同沥青及碎石洒布量下的防水

黏结层剪切试验结果如表4所示。

表4

防水黏结层剪切试验结果

橡胶沥青

序号沥青用量 碎石用量

碎石粒径

0.4474.518

由表5所可知，当沥青与碎石用量相同时，橡胶

SBS改性沥青

压强

沥青碎石防水黏结层在大粒径碎石(9.5 ~ 13.2 mm) 下的拉拔强度要低于小粒径碎石（4.75-9.5 mm)， 而SBS改性沥青则出现了相反的情况；当碎石的用 量与粒径相同时，橡胶沥青碎石防水黏结层在大粒 径碎石(9.5 ~ 13.2 mm)下的拉拔强度要优于小粒径 碎石(4.75 ~ 9.5 mm)，而SBS改性沥青则出现了相 反的情况。因此，拉拔试验表明两种防水黏结的最佳 沥青用量接近140 g左右。两种防水黏结层的拉拔 破坏位移相近，均在4~8 mm内变化。2.3防水黏结层的最佳配合比

综合分析上述试验结果，并结合以往工程经 验[8^，推荐工程应用中两种不同沥青防水黏结层的 最佳配合比如表6所示。

表6

沥青种类橡胶沥青

g

%mm

压强

MPa

位移

mmMPa

位移

mm

12345678

140140140140185185185185

6060808060608080

4.75-9.59.5-13.24.75-9.59.5-13.24.75-9.59.5-13.24.75-9.59.5-13.2

0.5269.8630.3178.1758.6539.332

0.51510.0710.3270.51511.1030.3530.5310.5120.494

0.59411.60.3229.184

9.6360.3347.7919.10.3499.3729.8590.3209.551

0.410.2470.3199.390

由表4所示试验结果可知，对于SBS改性沥青 防水黏结层,在相同沥青喷洒量的情况下，大粒径碎

石(9.5 ~ 13.2 mm)下的抗剪强度要优于小粒径碎石 (4.75 ~ 9.5 nun)。而对于橡胶沥青防水黏结层，当沥 青喷洒量为140 g时，大粒径碎石(9.5 ~ 13.2 mm) 下的抗剪强度要优于小粒径碎石(4.75 ~ 9.5 mm)，但 是当沥青喷洒量为185 g时却出现了相反的情况。相同沥青喷洒量与碎石粒径下，当碎石撒布量 由60%增加到80%时,两种沥青防水层的剪切强度 均出现了不同程度的提高，表明适量提高碎石撒布 量可提高防水黏结层的剪切强度。

相同碎石粒径与撒布量下，当沥青的喷洒量由 140 g提高到185 g时,橡胶沥青的剪切强度得到了 提高，而SBS改性沥青却发生了降低，表明前者的 最佳沥青用量在185 g左右，后者的最佳沥青用量 接近140 g左右。

从两种沥青防水黏结层的剪切位移来看，橡胶 沥青防水黏结层的平均剪切破坏位移要优于SBS 沥青防水黏结层，前者的位移在9~11 mm内变动， 表明在实际应用情况中，橡胶沥青防水层的抗变形 破坏能力更强。2.2抗拉拔性能

防水黏结层在桥梁结构与桥面铺装结构的黏结

防水黏结层的最佳配合比

碎石粒径/mm沥青喷洒量/kg* m_2碎石撒布量/%

4.75-9.59.5-13.2

2.01.8

80(4.0 kg/m2)60(4.2 kg/m2)

SBS改性沥青

3工程应用

3.1工程概况

某高速公路桥梁全长150 m，为预应力混凝土 连续刚构桥，跨径组成为(40+70+40 )m。该公路桥梁 所处地区常年降雨量丰富，年平均温度在-5 38 之间，通车期间内承受了复杂的行车荷载。其 桥面防水黏结层材料采用橡胶沥青结构，施工现场 使用材料均同室内试验，防水黏结层的施工现场配

合比采用表6推荐配比。施工结束后采用自动检测 设备对该桥梁的防水黏结层进行了现场剪切强度与 拉拔强度的测定以评价施工质量及防水黏结层的效 果。

3.2施工要点 3.2.1桥面清理

•70-

山西交通科技2019年第4期

施工前应对混凝土桥面进行细致的清理，采用 打毛机清除桥面突起浮浆，再采用钢丝清扫车进行 细致的清扫，保证桥面平整、洁净及干燥。3.2.2橡胶沥青喷洒

橡胶沥青的喷洒温度控制在190 =€~200尤，喷 洒沥青时应特别注意横纵向接头的处理，保持防水 黏结层紧密衔接，避免重叠喷洒。3.2.3碎石撒布

橡胶沥青喷洒后应立即撒布碎石，并确保碎石 撒布的均匀，无重叠现象产生。3.2.4礙压

在碎石撒布车后，应采用胶轮压路机立即碾压 1~2遍,碾压结束后的24 h内立刻进行沥青路面的 摊铺。

3.3现场剪切强度测定

施工现场采用电动剪切仪进行水平直剪试验以 测定防水黏结层的剪切强度，现场检测温度为 26丈。现场剪切试验表明该桥面所用橡胶沥青防水 黏结层在位移达到10.5 mm时，剪切强度达到了 0.9 MPa,满足规范大于等于0.4 MPa(25丈）的要 求[111,表明现场层间结合施工质量优异。3.4现场拉拔试验测定

现场拉拔强度的测定采用拉拔仪进行检测，试 验温度为30

试验结果如图1所7K。

青防水黏结层在工程应用中展现出了优异的使用性 能，应用前景广阔。4

结论

a) 橡胶沥青防水黏结层剪切及拉拔强度均要优

于SBS改性沥青，具备更优的防水黏结性能。b) 橡胶沥青防水黏结层的平均剪切破坏位移要 大于SBS沥青防水黏结层,前者的位移在9~ 11 mm 内变动,后者在7~9 mm内变动，表明橡胶沥青防水 层的抗变形破坏能力更强。

c) 配合比。

结合试验结果推荐了沥青防水黏结层的最佳 采用橡胶沥青作为连续刚构桥的防水黏结层

d)

后，施工现场剪切强度与拉拔强度的检测结果与室 内试验有较好的一致性，且均满足规范要求，具备良 好的防水黏结性能。

e) 工程应用实例表明，采用橡胶沥青作为连续 刚构桥的防水黏结层后，通车3年内，桥面平整度 高，无裂缝产生，桥面铺装无推移及拥包等现场产 生，桥面未检测到渗水现象，表明橡胶沥青防水黏结 层在工程应用中展现出了优异的使用性能，应用前 景广阔。参考文献：[1] [2] [3] [4] [5] [6]

曹佐.高速公路桥面防水层施工工艺探讨[J].山西交通科 郭汉山.SBS改性沥青桥面防水粘结层施工控制技术[J]. 王涓.水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装防水粘结层的性 张宏炜.水泥混凝土桥面沥青铺装层防水性能研究[D]. 汪日灯.沥青混合料桥面铺装防水粘结层研究[D].西安： 王火明,周宏伟，魏强.混凝土桥面防水粘结层剪应力计 李强，王玉臣，陈显宏.橡胶沥青防水粘结层在高速公路 刘红琼.水泥混凝土桥桥面铺装防水粘结层性能研究[D]. 张占军,胡长顺.水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装结构 技，2003(5):67-68.交通科技，2_4): 103-105.能研究[D].南京:东南大学,2003.西安:长安大学，2010.长安大学，2008.

图1荷载-位移曲线(拉拔试验）

算分析[J].公路交通技术,2011(4): 14 -17.

由图1可知，拉拔位移为3.7 mm时，防水黏结 层所受拉拔力最大，此时的拉拔强度为0.43 MPa, 由于测试温度的不同，施工现场检测结果与室内试 验有一定差距，这主要是检测温度不同所致，但检测

结果满足规范大于等于0.4 MPa(25丈）的要求％。 3.5持续观测

该桥面防水黏结层及路面铺筑施工完成后，在 其通车运营的3年内对其进行了持续观测，观测结 果表明:桥面平整度高，无裂缝产生,桥面铺装无推 移及拥包等现场产生，桥面未检测到渗水现象，桥梁 检测结果亦表明该桥梁使用性能良好，表明橡胶沥

[7] [8] [9]

中的应用[J].公路交通科技,2008(8): 62-.重庆:重庆交通大学,2008.

设计方法研究[J].中国公路学报,2001,14( 1):56 -59.

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[11] 北京市市政工程设计研究总院.CJJ 139—2010城市桥

梁桥面防水工程技术规程[S].北京：中国建筑工业出版 社,2010.

2019年第4期 史民强：桥面防水黏结层的试验及应用研究 *71-

The Study on the Test and Application of Waterproof Adhesive Layer of Bridge Deck

SHI Min-qiang

(Shanxi Highway Engineering Supervision

Technology Consulting Company, Taiyuan, Shanxi 030006, China)

Abstract: Researching on the relevant performances of rubber and SBS modified asphalt waterproof adhesive

layer by tests, this paper offered the optimal mix proportion of modified asphalt and macadam in waterproof adhesive layer. Laboratory test showed that the shear strength, pull strength and waterproof adhesive performance of rubber asphalt waterproof adhesive layer were better than those of SBS modified asphalt. The average shear failure displacement of rubber asphalt waterproof adhesive layer was larger than that of SBS modified asphalt waterproof adhesive layer. The displacement range of the former was 9〜11 mm, while the latter was 7 〜9 mm, which showed that the anti-deformability of rubber asphalt waterproof adhesive layer was stronger. Engineering example revealed that after using rubber asphalt as the waterproof adhesive layer of continuous rigid frame bridge, the test results of shear strength and pull strength at construction site were consistent with those of laboratory test, and both met the specifications and had good waterproof adhesive performance.

Key words： asphalt waterproof adhesive layer; pavement performance; laboratory test; engineering example

(

上接第

56

页）

c)对隧道洞内钻井内水位进行观测，发现水位

明显下降,并趋于稳定。

以上监测结果表明，针对富水黄土隧道出现渗 水并对衬砌结构造成损伤的现象，采用隧道仰拱加 固和洞内集水井降水的处治方案是可行有效的。参考文献：

[1] 卢颖明，陈礼伟.既有隧道病害现象分类及原因分析[J].

铁道建筑,2010(11):46-49.

[2] 薛富春，马建林，颜利平，等.郑西客运专线富水黄土隧道 防排水技术[J].施工技术,2010，39( 2): -92.

[3] 崔亮.富水黄土隧道水泥混凝土路面工作环境调査分

析[J].山西交通科技，2017(3):37-40.

The Treatment Technology of Water Seepage

Defects for Qiaoyuan Loess Tunnel

WEI Wang-min

(Linfen South Expressway Branch of Shanxi Transportation Holdings Group Co.,Ltd., Linfen, Shanxi 041000, China)

Abstract： Regarding the

defects of water seepage of initial support, longitudinal crack of second lining,

inverted arch crack and relative high water level of bottom plate for Qiaoyuan Loess Tunnel of Jixian to Hejin Expressway, combined with the comprehensive analyzing results of the causes of the defects, this paper employed drainage and dredging on the top, precipitation of bottom seepage well and base plate strengthening by structural steel frame plus reinforced net to treat tunnel defects, which guaranteed the safety and stability of tunnel structure.

Key words： highway tunnel; water seepage defect; cause analysis; treatment technology