橋梁是承受車輛的承載體系，交通荷載的最先受體就是路面鋪裝層，其次是防水層，最后才是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于這三層組合體系各構(gòu)成體系的荷載傳遞規(guī)律，應(yīng)力變化狀態(tài)差異較大，稍有不慎就會出現(xiàn)橋面表面開裂等質(zhì)量通病。
而橋面開裂的主要原因就是柔性防水層與路面鋪裝層的模量相差太大。因此，橋面防水層材料的選擇非常重要。
這里可以借鑒長安大學(xué)張占軍博士采用有限元分析，計算的部分?jǐn)?shù)據(jù),看一座公路橋各構(gòu)成體系的應(yīng)力情況（見表1）：
表1 汽超20載荷下瀝青混凝土厚度（h2）對剪切應(yīng)力（Tmax）的影響
層間剪應(yīng)力 h/cm
1 3 5 7 9 11 13 15
瀝青混凝土面層Tmax/Mpa
Em=10 1.061 0.7064 0.5390 0.4723 0.3912 0.3143 0.2945 0.2870
Em=50 0.7205 0.5602 0.4565 0.3837 0.3249 .02778 0.2395 0.2080
Em=100 0.6735 0.5505 0.4560 0.3847 0.3266 0.2787 0.2392 0.2066
Em=200 0.6639 0.5567 0.4622 0.3893 0.3302 0.2805 0.2399 0.2061
Em=300 .06663 0.5625 0.4621 0.3930 0.3322 0.2818 0.2401 0.2059
防水層與橋面層間Tmax/Mpa
Em=10 0.3714 0.2578 0.1934 0.1585 0.1318 0.1125 0.0971 0.0835
Em=50 0.4981 0.3805 0.3031 0.2541 0.2125 0.1798 0.1540 0.1332
Em=100 0.5442 0.4277 0.3503 0.2907 0.2438 0.2054 0.1750 0.1505
Em=200 0.5796 0.4660 0.3833 0.3185 0.2663 0.2243 0.1903 0.1629
Em=300 0.595 0.4834 0.3979 0.3303 0.2760 0.2320 0.1961 0.1679
表1中的數(shù)據(jù)是假定防水層與水泥混凝土、瀝青混凝土具有足夠的粘結(jié)強度,瀝青混凝土為均質(zhì)材料的情況下計算而得的.我們只從該結(jié)果中就可以清楚地看到橋梁體系力學(xué)變化規(guī)律:
1）水層是承力體系的組成部分,防水材料的變形模量(通俗地說就是防水材料的硬度)是一個重要的因素,模量越大承載能力越強,當(dāng)防水材料 的模量接近瀝青混凝土(瀝青混凝土的模量約為1500MPa)時就接近了在水泥混凝土上直接鋪設(shè)瀝青混凝土的情況.
但是從防水層需要抵抗橋梁受力變形方面看,柔性材料才能具備這種特殊要求,而柔性材料是不太可能達到瀝青混凝土的硬度的.由此可以肯定,如果設(shè)計仍然按照未設(shè)置防水層的標(biāo)準(zhǔn)考慮瀝青混凝土的厚度,橋面體系的傳載能力必達不到預(yù)設(shè)要求.這就是為什么鋪設(shè)防水層的橋面反而會出現(xiàn)提前破壞的原因.
2）表1中我們還清楚地看到,瀝青混凝土的厚度是影響抗剪強度指標(biāo)最敏感的因素,增加瀝青混凝土的厚度可以有效地大幅度地減小傳遞至防水層上的剪切荷載.
3）汽車荷載影響因素.表1是基于汽超20情況下分析計算的結(jié)果,層間剪切應(yīng)力隨著汽車噸位增加基本上呈線形增長,有關(guān)模擬研究還揭示層間剪切應(yīng)力隨行車速度的增加而增長.
基于上述分析,我們確定主讀高度重視橋面體系的力學(xué)因素.因為無論我們?nèi)绾闻?也很難將防水材料做到具有與橋面鋪裝層相近的模量,只要這方面存在差距,依據(jù)現(xiàn)收橋面體系的設(shè)計原則設(shè)計橋面,就必然存在抗剪性能不足的問題.
要想彌補橋面這方面的不足,有關(guān)專家結(jié)合國外橋面防水選材做法的經(jīng)驗,提出以下觀點:
1.防水層必須具有較高的抗拉強度,結(jié)構(gòu)層和鋪裝層出現(xiàn)裂縫時,防水層不被拉斷;
2.防水層與結(jié)構(gòu)層有較高的粘結(jié)強度,防止防水層與結(jié)構(gòu)層剪性能降低,破壞橋面整體性
3.防水層表面應(yīng)為利于“潤濕”的粗糙面,以保證鋪裝層與防水層的粘結(jié);
4.根據(jù)地鐵高架橋面的不便翻修性,防水層材料應(yīng)有較好的耐久性.
鑒于上述,從道橋特點要求出發(fā),防水材料選擇必須具備包括:抗剪、粘結(jié)性、抗碾壓穿剌、抗裂縫反復(fù)變形能力等。
在此之前，我們也廣泛收集了有關(guān)道橋防水方面的資料，總的看來：防水涂料強度低，抗拉抗壓、抗裂縫反復(fù)作用能力差，使用壽命短；合成樹脂（ＥＶＡ）高分子復(fù)合自粘防水卷材，抗拉強度高。與基面粘結(jié)性能好（剪切力４.0N/mm），耐久性可為３５年以上。
因此，本設(shè)計推薦選擇ＥＶＡ高分子復(fù)合自粘防水卷材。
ＥＶＡ高分子復(fù)合自粘防水卷材，是以ＥＶＡ復(fù)合片材為主體材料，底表面涂蓋一層橡膠自粘膠層，制造而成的合成高分子防水卷材。具有抗拉、抗撕裂強度高、粘結(jié)力強、延伸率大、耐老化性能優(yōu)良。
其主要技術(shù)性能指標(biāo)：
不透水性，０.3Mpa保持30min不透水
斷裂拉伸強度, Mpa≥5
撕裂強度,KN/m ≥20
斷裂伸長率,%≥100
剪切性能,N/ mm≥5.0或粘結(jié)面外斷裂抗穿孔性
推薦選擇EVA高分子復(fù)合自粘防水卷材的理由:
1.該產(chǎn)品有較高的剪切性,不易被結(jié)構(gòu)和鋪裝層破壞;
2.該產(chǎn)品表面有一層PET無紡布,易于與鋪裝層粘結(jié)為一體;
3.該產(chǎn)品的粘結(jié)層在壓力下與基面100%的粘結(jié),且粘結(jié)力很強;
4.該產(chǎn)品有橋面鋪裝層保護,老化非常緩慢使用壽命長;
5.該產(chǎn)品為自粘材料,施工方便,安全無施工環(huán)境污染.
因為該類產(chǎn)品已被大多數(shù)工業(yè)發(fā)達國家所采用,我們借前車之鑒,做地鐵高架橋面防水是在我們所識范圍內(nèi)的最佳選擇.
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