对桥面防水涂料部分设计指标的探讨

随着交通事业的迅速发展和公路等级的提高，高速公路立交桥和高架桥日益增多，钢筋砼梁的负弯矩处及钢筋砼桥面板在经受车辆重复荷载的震动、冲击、拉伸、剪切等力学性能的影响，以及由于温度、气候变化引起膨胀、收缩后，往往会产生细微裂缝而引起桥面渗水或漏水。致使钢筋锈蚀，影响桥梁的耐久性。尤其是现浇缝砼结合部，虽在设计和施工中采取了多种防裂措施，但总存在薄弱环节，产生裂缝，若不采取防水处理，势必降低桥梁的使用年限。为了延长桥梁的使用寿命，减少维修费用，在水泥砼桥面板上喷涂一层防水涂料，形成防水膜，以达到桥面防水的目的就显得十分必要。国标（5002-96）《公路沥青路面设计规范》及行标JT014-97《公路沥青路面施工及验收规范》中的水泥砼桥面的铺装中均要求设置防水层。
漳龙高速公路是国道319线漳州至龙岩的高速公路，全长117.2公里，其中龙岩段三期工程13.2公里。高架桥占线路总长的40%，全长3.8公里。该段高架桥中最大纵坡4.7%，最大横坡度7%，桥墩最大高度81米，最大跨径155米，桥梁上部分别为连续刚构、预应力T型梁和空心板梁等结构。桥面系采用水泥砼与沥青砼的复合结构铺装层，即在C40钢纤维砼填平层上，设4cm厚ACs-16Ⅰ改性沥青砼下面层及4cm厚SMA-10改性沥青砼上面层；在C40钢纤维砼填平层与ACs-16Ⅰ改性沥青砼下面层间设置一道防水层。
2.对防水层的要求
龙岩市地处山区，高架桥所处常年多雾气候，且是内外交通咽喉，重车及超限车辆较多，以致路面上常年处于潮湿状态。由于路弯、坡长、坡陡、桥墩高、跨径大，车辆在其上面行驶，所形成的振动及剪切力特别大，要求防水层不仅能起防排水作用，而且能起到粘结等承上启下的作用。
对理想防水层的要求可以简单地概括为：施工后不透水和在设计年限内不透水，造价合理。把这些要求分为施工中的要求和设计年限内的要求。
尽管对防水膜提出了很多要求，但是桥面防水是一个整体系统，该防水系统包括防水膜与排水设施以及其上的路面结构所组成，防水膜的性能实际是取决于防水系统中各组成部分的互相作用。例如，因防水膜与其上层部分粘结力不足而造成两者剥离，那么即使防水膜的性能完好，这一防水系统也将失去作用。
正如很难确定影响防水层性能的因素一样，也很难对这些要求量化，而正是用这些具体的要求才能控制和保证防水层的质量。原则的要求如下：
防水层必须是不透水的（①施工中的渗水；②设计年限内的渗水）；
面层铺筑前、铺筑中、通车后，防水层应不能被破损；
防水膜应与面层和桥面有足够的粘结力；
防水膜应能抵抗桥面裂缝，包括在施工前和施工后所产生与发展的裂缝。
防水膜应具备良好的温度稳定性（桥面改性沥青砼标准采用PG76-22控制）：
沥青砼混合料的拌和温度多控制在170℃～180℃，其摊铺温度一般在170℃左右，要求防水膜在此高温下不溶化，并保持膜体完好，同时不因高温改变其材料的原有特性；
在夏季高温季节，路面温度往往高达65℃以上，要求防水膜在此高温下仍具有相当的粘结力和抗剪能力，能满足恶劣条件下的行车要求；
在夏季高温季节施工，要求防水膜在50℃左右仍具有相当的稳定性，施工车辆及沥青砼摊铺机在上面行驶不因粘轮破坏膜体；
龙岩地处闽西山区，要求防水膜在-15℃下不开裂。
抗老化性能好：防水材料必须具有良好的抗老化性能，不因受高温、辗压、低温、霜冻等作用而降低粘结能力，抗剪能力和防水能力。
3.对部分设计指标的意见
设计指标主要沿用了建筑上的防水指标，由于使用功能的区别，它并不完全适用于桥面防水。可以看出，桥面防水层的作用不同于建筑上的防水，也不同于地下工程的结构物防水。屋面防水涂膜不受荷载作用，它的功能就是防止雨水侵入屋面砼，腐蚀砼中的受力钢筋，降低结构的使用寿命；而地下结构物的防水涂膜则是在屋面防水的基础上，再加上一恒定的水压力（设计指标中考虑了0.3Mpa）；而桥面防水涂膜除了防水以外，施工早期必须承受施工设备的裸辗及粒料的穿剌，开通营运后还得承受行车的反复作用和动水压力（该动水压力远大于0.3Mpa），所以在设计与检测指标上，不能简单的用一个0.3 Mpa的水压力下不透水来衡量。
3.1路面施工期间，大量的施工机械及运输车辆必须在暴露的防水膜上行走，要求防水膜在常温下经裸辗后无破损，无剥落。所以应对其进行暴露轮辗试验，来判定其是否满足设施工要求。
3.2为保证防水涂膜经170℃～180℃高温的沥青下面层混合料摊铺、辗压成型后是否因高温溶化或粒料穿剌而导致涂膜的破坏。所以应对其进行抗剌破与不透水性试验，以确定其经施工辗压等工序后，是否仍满足设计要求。从工后取芯处观察，防水层与水泥砼表面粘结良好。
3.3耐酸、碱性
对于公路桥面防水涂料抵抗酸、碱性的指标，可不予检测。该层涂料下面是水泥砼，上面是沥青砼，酸性或碱性的物质对其污染的可能性很小，从施工的角度出发，对涂料进行与沥青的相融性及耐油性检测，并提出相应的指标，似乎更贴近其实际的使用情况。
3.4粘结强度
从施工的角度出发，要求防水涂料实干后经车轮辗压不因粘轮而破坏。所以要求涂料与砼间的粘结力大于涂料与轮胎间的粘结力。若不能满足要求，则应在防水膜的表面再设置隔离层来满足其使用要求。试验表明，涂料的粘结强度与砼桥面的粗糙度有关。砼表面不同的摩擦系数，则有不同的粘结强度，同时与试验温度有相当关系。
3.5抗剪强度
作为粘结层，要求沥青砼路面在夏季高温时，在不同的行车荷载和不同的行车速度下不破坏沥青砼路面，简单地用一个25℃和45℃下的抗剪切强度来衡量是不够的。相同的防水涂料在不同的垂直压力和不同的剪切速率下，其层间的抗剪强度亦不同：
4.还需要特别指出的是，水泥砼填平层的好坏对桥面防水层的影响很大，填平层的平整度、强度以及浮渣处理情况，都将直接影响防水层的粘结效果。因填平层砼浇筑时混合料含水量较大致砼表面形成软弱层，清理时表面粉尘无法清除干净，致使防水膜被粘走的情形。
结论：
1、桥面防水涂料的设计指标应满足施工要求；
2、采用以改性沥青为基料生产的高级桥面防水涂料基本上能满足桥面沥青砼施工对其提出的要求。
水泥基渗透结晶型防水材料的应用与施工要点
水泥基渗透结晶型防水材料（GB18445-2001），从2002年3月1日起执行国家标准以来，近两年时间里，逐渐为全国各地设计院、建设单位、施工单位和质量监督部门所认可，其中不仅体现了国标在产品推广上的作用，也体现了产品生产单位的不懈努力，和设计、施工、监理单位对新产品的认同作用。本文谨从对水泥基渗透结晶型防水材料应用的广泛性和施工建议。
一、关于产品应用的广泛性和施工建议
水泥基渗透结晶型防水材料，在国内正式投入使用其实也有十多年的历史了。由于产品母料进口渠道的繁杂和产品市场价格的昂贵，生产厂家往往有意识地将产品市场开拓的重点目标，聚焦在大型市政工程，如地铁、隧道、涵洞、水库等，以保证资金能及时回笼，相对民建工程而言，产品或施工价格也有上浮的余地，久而久之，给产品使用者形成了一个误区，似乎水泥基渗透结晶型防水材料只能应用于地铁等大型项目的地下工程，而不适宜于民用建筑。其实，随着此类产品进口原料价格的逐年下降，随着生产厂家对产品利润追逐的心态平衡，随着国标的实施和设计部门的理解支持，水泥基渗透结晶型防水材料应用范围已越来越广泛。
1、在路桥工程上的应用：
路桥工程大部分还是市政工程，但绝大部分路面、桥段不属于地下工程，以往几乎就不使用水泥基渗透结晶型防水材料，但近年来，随着人们对产品认识的不断加深，已开始逐步将产品应用到这个领域，如北京、河南、浙江等地。
路桥工程应用此类材料施工，我们建议主要应用于路面施工缝的衔接补强，桥墩混凝土基面的防水防腐涂层，焊接处的防腐防水处理。不主张作为唯一材料使用于路面和桥面。
2、在建筑外墙上的应用：
目前，建筑外墙使用的防水涂料比较多，但确实存在不少问题。先要刮腻子找平，如果不均匀细致，就会影响涂料的粉刷，起壳开裂现象较多，防水效果当然也会受影响。如果遇上阴雨天气不能施工，还会影响整体施工工期。
如果在工程价格方面能够接受的前提下（事实上水泥基渗透结晶型防水材料的价格在市场上的变数是很大的），我们建议建筑外墙的防水工程可以用水泥基渗透结晶型防水材料。施工时，首先将建筑外墙混凝土基面充分湿润，再将此类材料拌水稀释，用刷子涂刷即可，料水比相对地下防水施工减少25%左右，如一般料水比为4：1（或3.5：1），则用于建筑外墙的料水比可为3：1（或2.5：1），根据不同的基面和施工现场情况，料水比可略作调整，一般不影响防水效果。已完成施工的基面，应保持喷水保养，时间1~2天即可。随后，就可以根据设计或建设方的意见，在缤纷灿烂的建筑涂料品种中，选择最喜欢的刷上就成。
和常用外墙涂料相比，使用水泥基渗透结晶型防水材料有几个好处：一是涂层和基面的相融性强，不起壳开裂，防水效果就好；二是涂层本身有防水性能，又有渗透结晶原理，防水效果更好，而涂层外的彩色涂料只起一个装饰作用，不同涂层作用明显。但常规施工时，腻子只起找平作用，防水涂层既要承担防水的责任，又要承担装饰的义务，往往就很难两全其美。短期内或许还可以接受，长期效果就不好评价了。
3、在厨卫防水工程上的应用：
在厨房、卫生间等建筑内部的防水施工中，目前使用比较多的还是JS复合防水涂料和聚氨酯防水涂料，改性沥青基防水涂料等等。随着人们对渗透结晶型防水材料的认识不断深入，人们会感受和体会到此类材料在厨卫防水工程上的优势。至今，各大中城市的民用建筑厨卫工程已经使用此类材料的不在少数，如北京、上海、浙江等地。
厨卫防水工程在施工过程中，重点应注意于预埋管和混凝土基面接触缝的合理处理。我们有三个建议：一是管缝处理按堵漏施工方法操作，凿出V型槽进行封堵，然后再涂刷防水涂层；二是沿侧墙上延20~30CM也做防水涂层，以确保不会从墙角处渗漏；三是有条件的话，顶板也做防水涂层，以避免上层的渗漏水下滴。
4、在屋面维修上的应用；
水泥基渗透结晶型防水材料，长期以来，被拒绝于大面积的屋面防水工程上的运用，理由只有一个，它是刚性防水材料，一旦结构开裂，防水涂层就会失去效果。这种拒绝，应该说是有道理的，但如果深入探讨一下，人们就会怀疑所有的防水材料，因为防水材料是用来防水的，不是用于防止结构开裂的，即便是柔性防水材料，一旦受到牵拉变形，谁也不能保证其是否还有防水效果。所以，我们在理智地拒绝水泥基渗透结晶型防水材料用于大面积屋面防水工程的同时，也应该可以考虑其在屋面工程的其他作用。
在屋面防水工程方面，我们建议三点：一是小型建筑的平、斜屋面，均可使用此类材料，有条件的话，可以在做彩色沥青油毡瓦铺设之前，先涂刷防水涂层，做成两道防水，以确保万无一失。二是屋面维修工程可采用此类材料，诸如施工缝、沉降缝的维修，小面积顶板的渗漏等等，见效快，效果好，不妨一试。三是大面积屋顶工程在做刚、柔、保温三道，甚至更多道防水工程时，可用水泥基渗透结晶型防水材料做第一道刚性防水，设计方案可参照相关的板块分格、刚柔相济的多道防水工程的设计图集。
水泥基渗透结晶型防水材料的应用，当然远不局限于上述方面，其他如国家粮库、军用坑道、污水处理、大坝维修、城市水管抢修等，均有其用武之地。相信若干年后，随着产品市场价格的平稳合理，其应用的广泛性会更加显著。
二、对水泥基渗透结晶型防水材料不同评论的看法
近年来，有多位防水材料专家、做建材研究的老师，都撰文对水泥基渗透结晶型防水材料的“神秘”功能提出了疑义，但无论如何，他们基本上还是在肯定“水泥基渗透结晶型防水材料能形成渗透结晶，是一种良好的防水材料”的基础上提出的不同意见。
其实，此类材料形成渗透结晶的原理并不复杂。记得小时候，每逢年前，父亲会买来熟石灰〖氢氧化钙、Ca（OH）2〗，放在铁桶里，加上水就沸腾，有时还加上一个黑煤球，待稀释后刷墙，呵，好白。父亲并不懂什么化学反映，只是一种生活常识。但我们知道，熟石灰在水的作用下，已经为墙体所吸收，而煤球里粉煤灰的活性特征又巧妙地起到了催化和渗透作用。水泥基渗透结晶型防水材料的防水原理，其实也差不多，只是其活性化学物质的渗透性更强，并且能在水的作用下，不断地被激化、渗透、结晶，再激化、再渗透、再结晶……起到良好的防水作用。
至今为止，对水泥基渗透结晶型防水材料的评论尚属褒贬不一，话题主要集中在如下几个方面。
1、材料推广上，还需有令人信服的检测手段。
这是一部分防水专家的看法，他们并不否认此类材料在施工实践过程中所体现出来的优越性和实效性，他们只是为产品在市场上的成熟开拓而担心。国标上对第二次抗渗的检测方法并不能排除他们的疑虑，其中有个别专家自己就是国标制订过程中的参与者。在“认识不完全一致”的情况下，对检测手段是否能令人信服的想法也就油然而生了。（见参考文献①）
事实上，按GB18445-2001中第6.2.8条款内容去检测产品的抗渗性能还是很能说明问题的。在上海，我们曾经以6.2.8条款为检测依据，在做抗渗试件涂层时，是在混凝土未完全凝固时干撒压入的，其检验结果与“浆料分两次涂刷”的检验结果十分近似，为产品的干撒施工法寻得了理论和工程设计的基本依据。
当然，在施工过程中，有些检验的土办法也是很能说明问题的。我们在南京地铁参与施工时，曾根据建设方的要求，将试验段已施工七天的防水涂层全部凿去，再过七天后检验，凿去涂层的基面状况良好，无丝毫渗水现象，且基面干燥。虽然这种形式的检测只部分说明问题，还是不能令人信服，但我们认为，产品质量好坏的关键看实际效果，检测数据只是辅助手段，是帮助我们作判断的一个重要依据。
2、对厂商的商业宣传，片面夸大解释产品含义提出质疑。