环境友好型防水粘结技术在城市桥隧工程中的应用

朱家祥，卞媛媛，李元东，吕如楠

（南京市住房和城乡建设委员会，江苏 南京 210000）

环境友好型防水粘结技术在城市桥隧工程中的应用

朱家祥，卞媛媛，李元东，吕如楠

（南京市住房和城乡建设委员会，江苏 南京 210000）

文章在分析城市桥隧路面铺装及交通特点的基础上，结合环境友好型水性环氧沥青防水粘结层技术的特点，研究和分析其路用性能，并将该技术应用于城市桥隧路面铺装结构中。研究结果表明：水性环氧沥青防水粘结层在20 ℃条件下养生24 h的复合试件粘结、抗剪强度可达0.70 MPa、0.81 MPa，附着力拉拔强度达1.76 MPa，并且强度随温度升高衰减较小；工程应用表明，施工过程中无需加热，且无有毒气体排放，节能环保，具有优良的路用性能和施工便捷性。

桥面铺装；水性环氧沥青；防水粘结层；施工工艺

随着城市化进程的不断加快，城市规模、人口、机动车辆数量等急剧增加，城市现代化建设高速发展，人们对道路服务水平、舒适度等要求更加严格。近年来南京市为缓解交通压力和城市美化建设需求，开展了长江过江隧道、城西干道桥改遂等城市桥隧项目，桥隧占城市干道比例逐渐增加，桥梁与隧道工程逐渐成为城市交通建设体系中重要的一环［1］，而桥梁与隧道上沥青铺装建设却是城市公路建设中比较薄弱的环节。

桥隧路面铺装已有研究表明，推移、拥包、面层脱落等病害的出现与防水粘结层质量密切相关［2-3］。本文依托南京市城西干道改造工程，采用环境友好型水性环氧沥青防水粘结层技术，进行防水粘结层铺装技术研究，分析水性环氧沥青材料在城市桥隧路面结构中的适用性。

1 城市桥隧铺装特点分析

目前国内外城市桥隧铺装形式主要采用复合式铺装结构——水泥混凝土面板加铺沥青面层，该结构形式可有效该善行车舒适性，同时能够保护混凝土面板结构，提高耐久性。但城市桥隧铺装复合式结构面临诸多建设难题，导致铺装质量不理想。

（1）桥隧路面大纵坡结构

对于城市桥隧道而言，隧道长度普遍较短，隧道纵坡无明确规定限制，隧道路面大纵坡结构普遍存在；城市高架桥普遍较高，引桥路段大纵坡普遍存在。大纵坡的存在导致桥隧道路面铺装结构内部受力复杂，特别是刚性水泥桥（路）面板和柔性沥青面层之间模量的巨大差异导致受力尤为复杂［4］。

（2）城市内施工难度大

由于城市内桥梁隧道多处于交通人流量较大的干道，其施工过程必须考虑扬尘、噪声、废气等因素对周围环境及居民的影响，并结合工程进度、经济成本等因素综合考虑。

（3）桥隧交通条件恶劣

由于桥隧特殊的地势、环境条件，车辆上下高架和进出隧道或在桥隧内行驶时不断加、减速，甚至紧急刹车以适应桥隧路面行车条件的变化［5］。频繁加、减速会在路表面产生相对较大的水平应力，易导致路表产生推移、拥包和起皮等现象。

（4）桥隧结构排水困难

对于桥隧复合式路面结构而言，桥面接缝和隧道水泥混凝土面板接缝极易在沥青铺装层内产生反射裂缝；此外，若由于桥隧排水不畅或隧道内地下水上溢，极易造成桥面水泥板由于浸水导致钢筋锈蚀，威胁整体结构安全，隧道内则会因上溢水沿水泥混凝土板接缝浸入沥青面层，造成沥青层的水损坏［6］。

2 环境友好型水性环氧沥青防水材料性能评价

2.1 技术特点

水性环氧沥青材料属于反应型环氧树脂高分子材料，除了具有环氧树脂类材料优异的力学性能和高温性能外，还具备优良的路用性能和施工性能等特性。

（1）优良的路用性能

水性环氧沥青的力学性能优异，其剪切强度，粘结强度相较于传统防水粘结材料大幅提高［7］，特别是高温强度和现场强度优异，表现出环氧沥青反应型高聚物的巨大优势。

（2）优良的施工性能

水性环氧沥青粘度适中，可长期储存，施工时无需加热，方便施工的同时也减少了材料废弃的风险；不使用苯类有毒物质，施工时对周边大气无污染，同时也有利于施工作业人员的劳动保护；挥发迅速，干燥时间短，工程机械能在第一时间通过干燥后的防水粘结层实施作业，而不会出现“粘轮”“翘皮”等防水层受损的现象［8］；不撒碎石，施工工艺简便，并且高温性能优良，有效地避免了热塑性材料（如橡胶沥青或SBS改性热沥青等）高温时撒布碎石带来的硌破穿孔等危害。

2.2 试验方法

本文选用水性环氧沥青、SBS改性沥青+碎石、橡胶沥青+碎石3种常用防水粘结层技术进行抗剪性能、粘结性能、抗拉拔性能评价，对比分析水性环氧沥青防水粘结材料的路用力学特性。

本次试验主要采用复合件强度和附着力强度试验方法，按照行业标准《路桥用水性沥青基防水涂料标准》（JT/T 535—2004）中的试验方法进行。

（1）复合件强度试验：复合件强度试验方法是传统的试验方法，主要采用水泥面板+防水粘结层+沥青混合料的成型方法，该方法干扰因素较多，并且试验过程复杂。

（2）附着力拉拔试验：是在传统粘结、抗剪试验的基础上提出，其反映粘结材料与混凝土面板的全界面粘结强度，可排除骨料的影响，附着力拉拔强度与复合件拉拔强度有着良好的相关性［9］。其次，附着力拉拔仪携带方便、操作简单，能够实时获得粘结强度数据，近年来被越来越多的工程所采用。因此，推荐防水粘结层现场检测时采用附着力拉拔试验。

2.3 试验结果分析

目前桥隧防水粘结层铺装破坏多由于高温时性能衰减造成，因此针对20 ℃，40 ℃，60 ℃温度下4种类型的防水粘结材料进行试验，试验结果见表1。

表1 室内试验结果统计

从表1试验结果分析可知，4种防水粘结层具有各自特点。（1）层间粘结性能：水性环氧沥青防水粘结层结构具有最高的常温和高温复合件拉拔强度，附着力拉拔强度较低，但符合技术要求；橡胶沥青+碎石的高温粘结强度要优于SBS改性沥青+碎石结构，并且附着力拉拔强度优异；此外，水性环氧沥青防水粘结层的附着力随温度衰减较慢，具有良好的高温适应性。（2）层间抗剪性能：水性环氧沥青抗剪强度优于SBS改性沥青+碎石和橡胶沥青+碎石结构；（3）渗透性：水性环氧沥青的渗透性较好，有利于隧道内铺面微裂缝的封堵和防水。

通过以上对比可发现，橡胶沥青+碎石与水性环氧沥青两者的力学性能较为突出，水性环氧沥青防水粘结层具有优异的抗渗性能。综合考虑，水性环氧沥青防水粘结材料相较于传统防水粘结材料在力学性能和施工性能方面具有显著优势。

3 南京市城西干道改造工程应用

3.1 工程概况

城西干道是南京主城内快速路网的重要组成部分，不但承担了城西地区中长距离的交通量，而且还承担了主城内部的转换交通量，交通量非常繁重，因此，对城西干道进行扩容改造已势在必行，必须尽快提升其通行容量，保护道路交通安全，且考虑为远期的交通增长预留发展空间。城西干道改造工程全长6.13 km，双向10～12车道，共设4座下穿隧道，总体铺装面积超过70 000 m2。

对于城西干道改造工程，一方面要求柔性沥青面层与刚性水泥混凝土基层共同受力，改善路面的受力条件，这就要求两者之间必须具有良好的粘结性能；另一方面，为防止隧道内各种水分浸入基层，水泥混凝土面板与沥青面层之间必须具有性能良好的防水层。此外，城西干道地处城市交通复杂地带，附近居住人口较多，施工过程中干扰因素较多，并且对于隧道来说，其内部施工空间小，通风条件差、混凝土面板及空气湿度大等特点增加了对防水粘结层施工的要求。

根据南京城西干道技术标准高、社会影响大等要求，基于水性环氧沥青防水粘结层材料的良好性能以及已往实体工程的使用经验，对城西干道改造工程路面铺装采用环境友好型水性环氧沥青防水粘结层材料。

3.2 施工关键工艺

防水粘结层是路面铺装中至关重要的一环，其施工质量的好坏直接影响到路面的使用质量及寿命，因此，施工过程中须对各个工艺环节进行严格控制。

水性环氧沥青水泥混凝土桥面防水粘结层施工主要流程如下：水泥混凝土桥面基层处理—桥面交通管制—水性环氧沥青防水粘结层施工—防水粘结层养生—沥青混凝土铺装—桥面铺装层整体养生—开放交通［10-11］。

（1）混凝土面板处理

水性环氧沥青要求混凝土面板干燥，无浮浆和杂物，且面板构造深度1～3 mm，露骨率≥20%。根据以上要求，混凝土面板处理包括抛丸后面板的进一步清扫和处治。

抛丸施工按试验段所确定的参数进行，抛丸遍数为1遍，喷射密度中档，行进速度3档，功率15 kW，圆型砂丸型号S460，直径1.4 mm。

（2）防水粘结层施工

混凝土面板处理达到要求后，即可用智能型洒布车喷洒水性环氧沥青防水材料，包括洒布量的确定、防水粘结材料喷洒。

通过试验段确定达到要求洒布量的最佳车速［12］。具体试验方法如下：喷洒过程中在路面上放置方盘，以测量洒布量；方盘取走后面下空白面板应人工补洒。水性环氧沥青防水粘结材料用量一般推荐为0.8～1.0 kg/m2，本项目经试验后确定洒布量为0.9 kg/m2，最佳车速为慢3档，选择在白天气温较高的时间段进行洒布。

因考虑城西干道的使用要求及设计寿命，水性环氧防水材料喷洒时采用2次重复喷洒，第1次洒布量为0.1～0.2 kg/m2，对混凝土面板表层的微裂缝进行填充，表干后进行第2次洒布，洒布量为0.7 kg/m2。

施工过程中，注意纵向衔接与已洒布部分重叠10 cm。水性环氧防水粘结材料洒布后需进行封闭交通自然养护，禁止行人或车辆通过，材料干燥后不粘车轮和摊铺机履带，所以不需要撒布碎石。在天气晴好情况下，一般自然干燥和养生1d后即可进行沥青混合料摊铺。

3.3 质量检测

为保证施工质量要求，对水性环氧防水粘结层的施工质量进行了现场洒布量、附着力拉拔和抗施工损伤的检测，检测结果见表2、表3。

表2 城西干道防水粘结材料洒布量检测 kg/m2

表3 城西干道防水粘结材料层附着力拉拔检测

检测结果表明，水性环氧沥青的洒布量满足技术要求。因工程进度需要，施工时间为12月份，气温较低，水分蒸发速度较慢，各点的附着力拉拔相较于室内试验结果有一定差距，基本符合现场施工要求。此外，当铺筑面层沥青混合料时，基于水性环氧沥青防水材料特性，高温条件和沥青混合料的挤嵌效果会使防水粘结层进一步固化、补强。水性环氧沥青成膜完整，养生表干后可通行车辆进行面层铺装。

4 结语

城市桥隧铺面大纵坡结构普遍存在，导致路面受力复杂，并且城市内部交通量大、交通条件恶劣，需要寻求性能优异的防水粘结材料和路面铺装结构。环境友好型水性环氧沥青防水粘结材料具有优良的路用性能和施工性能，其力学性能优于常规热喷沥青防水粘结层，在20 ℃条件下养生24 h的粘结、剪切强度可达0.70 MPa、0.81 MPa，并且强度随温度升高衰减较小；施工过程属于冷施工，无需高温加热，养护时间短，具有优越的便捷性，对交通、周边环境及居民影响小，有利于提升道路工程的社会认可度。

本文结合南京市城西干道实体工程，提出水性环氧防水粘结层的施工要点，后期检测结果表明，水性环氧沥青防水材料在城市桥隧工程中使用效果良好，可为后期技术推广提供借鉴。

［1］宋建.城市桥梁运营期风险评估与对策研究［D］.天津：天津大学，2011.

［2］樊叶华，黄卫，王敬民，等.江阴大桥钢桥面柔性防水粘结层特性分析［J］.公路交通科技，2007，24（6）：33-36.

［3］汤琦.沥青路面防水粘结层性能研究［J］.价值工程，2014 （7）：123-124.

［4］吴少鹏，王家主，陈太泉.长大纵坡沥青路面应力分析［J］.武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2006（6）：969-972.

［5］王涛，韩万水，黄平明.公路桥梁交通荷载研究现状及展望［J］.建筑科学与工程学报，2010，27（4）：31-38.

［6］倪修勤.大型隧道路面工作条件及使用品质调查与分析［D］.南京：东南大学，2010.

［7］覃潇，孙晓龙.不同桥面铺装防水粘结层性能对比研究［J］.建筑工程技术与设计，2014（26）：214.

［8］宋建宁.不同水泥混凝土桥面防水粘结层材料试验研究［J］.城市道桥与防洪，2013（8）：321-324.

［9］刘发，江臣.新型桥面防水粘结层界面强度评价方法研究［J］.现代交通技术，2013，10（1）：13-15.

［10］尹德清.长永高速公路沥青路面防水措施探讨与实践［J］.湖南交通科技，2011，37（1）：41-42，48.

［11］刘向荣，曾宪龙，王召坤.桥面防水粘结层施工质量控制［J］.城市道桥与防洪，2012（4）：163-166.

［12］王大庆，李爱芳，刘晨东.水性环氧防水粘结材料在大思专项工程中的应用研究［J］.现代交通技术，2014（4）：41-44.

Application of Environmental-Friendly Waterproof Binding Technology in Bridge and Tunnel Engineering

Zhu Jiaxiang， Bian Yuanyuan， Li Yuandong， Lv Ru'nan
（Nanjing Municipal Commission of Housing and Urban-rural Development， Nanjing 210000， China）

The water-borne epoxy waterproof binding technology is applied in bridge and tunnel pavement structure for the first time based on the analysis of the urban bridge and tunnels laying structure and the traffic characteristics， combining with the features of environmental-friendly waterproof binding material. The results show that the bonding， shear and adhesion strength of the water-borne epoxy waterproof binding material could be up to 0.70 MPa ，0.81 MPa and 1.76 MPa respectively， and the high temperature performance is excellent. In the construction process， there is no need to heat and no toxic gas discharged， so it has excellent road performance and construction convenience.

bridge deck pavement； water-borne epoxy asphalt； waterproof bonding layer； construction technology

U443.31

A

1672-9889（2016）01-0068-03

朱家祥（1964-），男，江苏南京人，高级工程师，主要从事城市建设中长期规划、工程建设及项目管理工作。

2015-06-12）