新型橋面防水材料在高速公路橋梁工程中的分析與應用

摘要 橋面防水作為高速公路橋梁建設中不可或缺的重要組成部分，防水材料性能直接決定橋面防水效果，對保證橋梁結構安全性、耐久性具有重要作用。文章結合九綿高速公路橋梁施工實踐，針對聚氨酯防水涂料的應用展開綜合分析研究，介紹了當前常用的橋面防水材料及聚氨酯防水涂料的優(yōu)勢，總結聚氨酯防水涂料施工工藝要點，提出了施工注意事項。根據橋梁工程質量檢測結果表明：聚氨酯防水涂料具有優(yōu)良的防水性能、黏結性能及抗剪切能力，橋面表層質量、外觀質量、不透水性、抗?jié)B性能等各項指標均滿足要求，取得了顯著成效，具有重要的應用價值。

關鍵詞 高速公路；橋梁工程；橋面防水；聚氨酯防水涂料

中圖分類號 U444文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）23-0148-03

0 引言

公路橋梁工程作為重要的交通基礎設施，在經濟發(fā)展中占據十分重要的地位。橋面防水施工是橋梁工程建設最關鍵的環(huán)節(jié)，其施工質量高低直接影響橋梁使用壽命，對保證橋梁運營安全具有重要作用。但由于早期橋梁工程建設對橋面防水不夠重視，導致現役橋梁橋面鋪裝產生了嚴重的水損破壞，嚴重影響行車安全，縮短運營年限^[1]。為此，該文結合實際工程案例，系統(tǒng)分析了新型防水材料的應用效果，總結了施工工藝要點，對提升橋梁防水性能、橋梁耐久性、安全性具有重要意義。

1 橋面防水材料

橋面防水的不同類型材料，有其各自優(yōu)缺點。同步封層技術是指通過專用設備在路面上鋪灑改性瀝青、橡膠瀝青等，同步封層防水能力較高，能夠有效控制瀝青路面車轍、裂縫等病害，但耐久性、抗?jié)B性較差，隨著使用年限的延長極易產生破壞^[2]。

噴涂類防水材料包含普通類與二階反應類。其中普通類由天然瀝青、石油瀝青、石油活性物質、外加劑等材料構成，該種類型的防水材料是經特殊處理制備而成，具有較強抗剪、黏結性能的材料，常用作水泥混凝土橋面防水層。二階反應型防水材料防水性能形成包括兩個階段，其中第一階段是防水材料與空氣中的O₂、SO₂等氣體反應生成彈性膠質防水層；第二階段主要是在熱拌瀝青攤鋪時，膠質防水層受熱熔化，使粒徑較大的骨料進入其中，組成剪力鍵，提升黏附及抗剪能力^[3]。待反應徹底后，形成性能穩(wěn)定的防水黏結層，因此二階反應型防水材料效果更為顯著。

2 聚氨酯防水涂料簡介

聚氨酯防水涂料是基于二階反應黏結料研發(fā)的一種新型防水材料，相較于普通防水材料，主要優(yōu)勢如下：

（1）滲透性強：聚氨酯防水涂料噴灑后能迅速滲透至橋面混凝土內3～5 mm處，能有效密封毛細孔，修復細微混凝土缺陷，達到了良好的防水效果；瀝青混凝土攤鋪過程中，聚氨酯防水涂料受熱形成彈塑性防水黏結層，能有效防止瀝青混合料攤鋪對防水層造成破壞，保證防水效果^[4]。

（2）黏結性強：聚氨酯防水涂料噴灑后，生成的黏結層能顯著提升橋面鋪裝層黏結能力，黏結力高達1 MPa以上，能有效防止不同結構層間推移破壞。

（3）抗刺破能力強：聚氨酯防水涂料抗拉伸、抗刺破能力較強，相較于其他防水材料，優(yōu)勢較為顯著。

3 新型防水材料應用

3.1 工程簡介

高速公路橋梁工程為連接干線的主要交通設施，設計橋面寬度為25 m，設計時速100 km/h，鋪裝層采用瀝青混凝土結構^[5]。該區(qū)段范圍橋梁修建好后運營環(huán)境較為濕潤，夏季氣溫較高、降雨充沛；冬季寒冷干燥，橋梁對外界氣溫變化較為敏感。對橋梁防水材料耐候性、防水能力提出了更高的要求。此外，在荷載影響方面，除承受車輛荷載豎直與水平作用力外，還承受混合料攤鋪、碾壓施工荷載及橋梁結構裂縫產生的張拉力作用等，對材料要求較高。根據聚氨酯防水涂料特性，并結合該工程防水具體要求，選用0.35 kg/m2聚氨酯防水涂料進行防水層施工。橋面防水層做法如圖1所示。

3.2 材料技術標準

根據行業(yè)標準、規(guī)范基本規(guī)定，對該工程使用的聚氨酯防水涂料技術指標實施檢測，聚氨酯防水涂料的技術指標檢測結果如表1所示^[6]，各項技術指標均符合要求。

3.3 施工工藝及要求

聚氨酯防水涂料工藝簡單，具體為：混凝土面板處理→底涂封閉層施工→找平層施工→中層漆施工→面漆施工，施工環(huán)節(jié)應加強施工過程管控，選擇具有專業(yè)資質的施工隊伍進行施工。

3.3.1 混凝土面板處理

防水黏結層抗剪切性能與瀝青面層和橋面混凝土之間的結合效果密切相關，因此，為有效提升二者之間的結合能力，必須對混凝土橋面實施處理?，F階段常用的橋面板處理技術包括銑刨處理、拋丸噴砂、人工打磨等^[7]。具體內容如下：

（1）銑刨處理主要是利用銑刨設備將橋面混凝土表面浮渣、松散部位全面清除，提升與瀝青混合料黏結能力，特別對于高溫環(huán)境下能有效增強各結構層之間的抗剪切性能。而在工程實踐中經常出現浮渣清理不徹底、容易產生結構松散等狀況，導致整體質量低下。

（2）拋丸噴砂主要是采用專用設備將丸料按照特定角度、速度拋射至結構表面，達到清理基層的目的。拋丸完成后可對丸料及雜質實施回收再利用。

（3）人工打磨常用于對橋面板局部位置進行清理，難以實施全橋處治，并且打磨完成后表面浮渣、松散區(qū)域易形成薄弱部位，嚴重降低層間結合效果^[8]。

通過對上述三種混凝土面板處理方式的綜合比選，全面結合該工程具體情況及基本要求，確定該工程選用拋丸噴砂法對橋面進行處治。

3.3.2 底涂封閉層施工

底涂封閉層主要材料為環(huán)氧封閉底漆，由主劑、固化劑混合而成，其規(guī)格分別為15 kg/桶和3 kg/桶，施工配合比為主劑∶固化劑=5∶1。施工時，將主劑、固化劑按照配合比混合，持續(xù)拌和4～6 min后方可進行使用，主要施工方式包括噴涂、輥涂、刷涂等。涂料制備完成后應在40 min內用完，防止拌制時間過長影響使用效果；當涂料出現固結時，應禁止使用^[9]。

底涂封閉層應分兩遍進行施工。第1遍涂刷完成后自然晾干，涂刷量控制在0.2～0.25 kg/m²范圍內，確保涂料完全進入混凝土內部，間隔4 h后（20 ℃）開始進行第二遍涂刷，涂刷量控制在0.15～0.2 kg/m²范圍內，保證在混凝土結構上方形成致密薄層，間隔24 h后（20 ℃），方可進行后續(xù)底漆施工。

3.3.3 找平層施工

找平層主要材料為環(huán)氧膩子，由環(huán)氧樹脂聚合物、固化劑、砂、外加劑等材料混合而成。底涂封閉層施工完成并養(yǎng)護24 h后，在專用容器內加入一定比例的環(huán)氧樹脂聚合物、固化劑，采用手持式電動攪拌器持續(xù)拌和3 min，然后加入適量砂、外加劑繼續(xù)拌和5 min，拌和均勻后方可進行施工。環(huán)氧砂漿型膩子通常采用刮涂、噴涂方式進行施工^[10]。膩子制備完成后應在40 min內用盡。此外，當基層較為平整時，無須刮涂膩子，可直接在底涂封閉層上施工底面漆。

3.3.4 中層漆施工

中層漆主要包括主劑、固化劑兩種成分，配比為1∶1。充分拌和后，應放置5 min，待內部氣泡溢出后方能進行使用。中層漆通過刮涂方式進行施工，其厚度應均勻，刮涂量為1～1.5 kg/m²，厚度控制在1 mm左右。對于管道周邊、陰陽角等刮涂難度較大部位應采用刷涂，至少刷涂3～5遍，涂層厚度應大于1 mm。涂刷完成并間隔24 h后，待表面完全干燥時，便可開始下道工序施工。

3.3.5 面漆施工

面漆涂刷時必須保持基面潔凈、干燥、無雜質，在天氣晴朗、溫度為10～35 ℃、濕度不超過80%的環(huán)境下進行。面漆主要由主劑、固化劑混合而成，配比為5∶3。攪拌均勻后，通過噴涂、刷涂、輥涂等方式進行施工，可一次性施工完成，整體用量控制在0.3 kg/m²，制備完成后應在40 min內用盡。在油漆完全凝固前應在其表面均勻灑布金剛砂材料，粒徑控制在2～4 mm范圍內，灑布量為1 kg/m²。

面層施工完畢，應封閉交通，并由專人進行看護，通常4 h以內禁止表面負載，12 h內禁止車輛通行。養(yǎng)護結束后，嚴格控制車速，不得超過5 km/h，并禁止車輛掉頭、急走急停等，避免對結構層造成破壞。此外，禁止在防水層表面堆載，并防止尖銳物體損壞防水層。鋪裝層施工前，施工管理人員應對防水層實施全面檢查，出現損壞及時進行修復處理，保證防護層質量。

3.3.6 注意事項

橋梁工程防水層施工時，應建立科學完善的質量保證體系，施工前對施工圖紙進行全面審查，編制完善的施工方案，同時對施工人員進行技術交底，明確施工重點，保證施工質量。同時，應注意以下幾個方面：

（1）加強施工材料質量控制，根據工程實際情況，開展市場調研工作，通過多方面比較，選取質量好、實力強等供貨商，建立長期合作關系。

（2）原材料入場前，應對材料合格證、試驗檢測報告等相關證明文件進行全面檢查，并仔細核對材料種類、數量、規(guī)格、生產廠家等，保證符合設計要求，同時按照原材料試驗檢測標準進行抽樣檢測，檢測合格后方能允許入場。

（3）合理選擇施工隊伍，保證施工人員具有較強的專業(yè)能力和豐富的施工經驗，加強施工過程監(jiān)督，提高施工人員施工規(guī)范性，保證工程質量。

（4）防水層施工時禁止煙火，當風力超過5級、降雨天氣、溫度低于5 ℃或高于35 ℃時，禁止施工。施工時應加強通風，并配備足夠的滅火器，防止發(fā)生火災。

3.4 工程質量檢測

3.4.1 防水性能檢測

為準確了解防水材料防水性能，橋面防水層施工完成后，利用專用滲水檢測設備實施測試，各車道按照1處/100 m進行測試，共設置32個測點。將聚氨酯防水涂料均勻噴涂至橋梁表面，設備容器內液面將至特定位置后保持穩(wěn)定狀態(tài)，監(jiān)測30 min，結果顯示滲水系數均為0，證明橋面無滲水，充分說明聚氨酯防水涂料防水效果顯著。

3.4.2 黏結性能檢測

利用拉拔試驗對防水層黏結性能實施檢測，如表2所示，結果滿足規(guī)范要求。

3.4.3 結構層抗剪性能檢測

借助斜面剪切試驗對結構層抗剪能力實施檢測，以水泥混凝土+聚氨酯防水涂料層+改性乳化瀝青+瀝青混合料作為檢測界面，保持溫度、壓力、剪切速度相同的條件下對各結構層抗剪性能實施檢測，防水層剪切試驗結果如表3所示，滿足規(guī)范要求。

3.4.4 施工質量檢測

橋梁工程建設完成后，對施工質量實施檢測，如表4所示，各項指標均滿足標準要求。

4 結論

綜上所述，聚氨酯防水涂料作為一種新型防水材料，具有黏結性好、滲透性強、抗剪切性能優(yōu)良、防水效果好等優(yōu)點。實際施工時，應根據工程實際需要和環(huán)境氣候條件，結合相關規(guī)范、標準，合理選擇聚氨酯防水材料，確保其技術指標滿足標準要求，并嚴格按照施工工藝流程進行施工，科學做好混凝土面板處理、底涂封閉層、找平層、中層漆、面漆等各環(huán)節(jié)施工質量控制，注意細節(jié)把控，全面提升橋面防水施工質量。通過實際工程應用，充分表明聚氨酯防水涂料性能優(yōu)良，取得了顯著的防水效果，值得積極推廣應用。

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收稿日期：2023-09-01

作者簡介：虞榮彬（1989—），男，本科，工程師，從事土建工程項目管理工作。