國內(nèi)自20世紀(jì)80年代就注意到鋼筋混凝土公路橋梁易遭受雨水侵蝕的問題，雨水的腐蝕作用表現(xiàn)在雨水滲透導(dǎo)致混凝土內(nèi)堿環(huán)境破壞、鈣質(zhì)流失造成的混凝土溶蝕、鋼筋生銹、強(qiáng)度降低，這是橋梁最終破壞的原因。北方地區(qū)冬季氣溫在0℃以下時(shí)，凍融對混凝土表面的破壞作用非常大，溶雪劑則能加劇鋼筋的腐蝕速度。
90年代初，國內(nèi)在新建或改造的公路橋梁工程中開始采用防水層，橋梁面層多采用瀝青混凝土做行車路面層，當(dāng)時(shí)就注意到防水材料必須與水泥混凝土、瀝青混凝土有良好的結(jié)合性能，以及防水層必須能夠承受熱瀝青混凝土攤鋪碾壓施工過程中的施工損傷以及夏季高溫下防水層的傳載性能。根據(jù)當(dāng)時(shí)國內(nèi)防水材料的生產(chǎn)情況，選擇的防水材料是APP改性瀝青防水卷材，設(shè)計(jì)單位、防水材料生產(chǎn)單位也開展了必要的實(shí)驗(yàn)研究，提出了一系列的材性指標(biāo)，如防水卷材的耐高溫指標(biāo)（150℃）、抗硌破指標(biāo)、低溫抗裂指標(biāo)等。APP防水卷材先后應(yīng)用于北京機(jī)場高速、四元橋、京通快速等工程，均取得了良好的效果，所鋪筑的橋面至今仍在使用中，橋面防水的工程效果也逐步得到廣泛的認(rèn)可，高等級公路上的橋梁橋面采取防水措施也逐漸成為一項(xiàng)必須的措施。
然而，同樣的防水卷材在近’ 年的橋面工程中卻頻繁地出現(xiàn)問題，主要是橋面系統(tǒng)在投入使用幾年內(nèi)、某些工程甚至投入使用不到! 年即出現(xiàn)橋面遭到破壞，瀝青混凝土面層出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫并很快脫落，破壞面多在卷材防水層與水泥混凝土之間。問題的癥結(jié)明確地指向防水層的傳載能力不足，即卷材防水層與水泥混凝土結(jié)合面的抗剪切強(qiáng)度不足。APP防水卷材在橋面防水中是否合適受到質(zhì)疑，有人質(zhì)疑是APP卷材的質(zhì)量有問題或施工質(zhì)量有問題。公路橋面的防水明顯轉(zhuǎn)向探索使用其它防水材料，各種防水涂料（聚氨酯防水涂料、改性瀝青防水涂料、水泥基剛性防水涂料等等）的涂膜防水開始在各種等級的公路橋面中被采用。公路橋面防水材料的選用出現(xiàn)了讓設(shè)計(jì)師、建設(shè)單位難以選擇的局面。
1 公路橋面防水系統(tǒng)作用原理分析
設(shè)置防水層的鋼筋混凝土橋梁路面的構(gòu)造一般如圖!所示，橋面的構(gòu)造分為3部分：瀝青混凝土面層、防水層、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
首先，瀝青混凝土是高等級公路最佳的路面鋪裝材料，對于鋪裝瀝青混凝土的橋面，由于瀝青混凝土的配比并非密實(shí)配比，即經(jīng)過壓實(shí)的瀝青混凝土內(nèi)仍然存在孔隙，特別是中粒式配比的瀝青混凝土，降雨時(shí)孔隙會長久存水，孔隙水在行車動載作用下會產(chǎn)生瞬間“唧筒”壓力水，這種往復(fù)產(chǎn)生、消失的“唧筒”壓力水對底層混凝土具有更強(qiáng)的滲透腐蝕作用。
另外，公路橋梁的使用特點(diǎn)是高頻率地承受交通車輛動載，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)處于頻繁的往復(fù)受力變形中，承受拉應(yīng)力的區(qū)域必然產(chǎn)生微細(xì)裂縫，這是選擇防水材料必須注意的。防水層需要能夠徹底隔離環(huán)境水又能抵御橋面往復(fù)結(jié)構(gòu)變形，柔性防水層因其能夠形成密閉防水系統(tǒng)、防水材料抗?jié)B透性能好、力學(xué)強(qiáng)度高、具有一定的延伸變形性能，更適合于橋梁防水要求，因此以下僅討論柔性防水層。
探討分析路橋防水系統(tǒng)可從 3個(gè)方面入手：路橋防水功能要求、施工特點(diǎn)、系統(tǒng)運(yùn)行力學(xué)原理。
2 路橋柔性防水的應(yīng)用研究簡介
柔性防水材料包括防水卷材和防水涂膜2類，從橋面構(gòu)造中我們看到防水層在水泥混凝土與瀝青混凝土之間形成一道隔離層，如果這道防水層是柔性材料，這應(yīng)該是所有問題的起源。
橋面防水層需要能夠有效傳遞交通荷載，因此理想狀態(tài)下希望防水材料力學(xué)模量介于瀝青混凝土（150MPa）和水泥混凝土（32000 MPa）之間。但是，目前所用的柔性防水材料其力學(xué)模量比上述數(shù)值低得多，一般在50-800 MPa。這就意味著防水層是一道軟弱夾層，必然在一定程度上降低瀝青混凝土路面層的承載能力。
不同的防水材料及其施工質(zhì)量可造成瀝青混凝土路面層承載能力不同程度的損失，這歸因于防水層與水泥混凝土的粘結(jié)結(jié)合性能、與瀝青混凝土的結(jié)合性能以及防水材料自身的材料性能某方面的不足。
2.1 涂膜防水材料
涂膜防水材料一般具有與水泥混凝土良好的結(jié)合性能，目前有多種涂膜材料被實(shí)驗(yàn)性地應(yīng)用到橋梁防水工程中，涂膜的厚度一般較薄，多數(shù)在1.0mm 以下。室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)及工程現(xiàn)場取樣發(fā)現(xiàn)，涂膜防水層的結(jié)合弱點(diǎn)在涂膜與瀝青混凝土之間。高分子聚合物類涂膜界面分層明顯，瀝青類涂膜材料則能夠形成一定的熔合面，涂膜厚度在1.0mm以下時(shí)，多數(shù)試樣涂膜層在瀝青混凝土的碾壓施工下遭到不同程度的擊穿，瀝青混凝土在層間結(jié)合處的抗剪強(qiáng)度來自粘結(jié)、層間磨擦和瀝青混凝土與水泥混凝土間擊穿處的直接摩擦力。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，多數(shù)對比試件表現(xiàn)出設(shè)置涂膜防水后，抗剪強(qiáng)度降低，只有個(gè)別的瀝青試樣，在涂膜厚度低于0.6mm后，則抗剪強(qiáng)度有所提高。隨著涂膜厚度的增加和網(wǎng)格增強(qiáng)層的采用，抗剪強(qiáng)度均呈快速降低的趨勢。
2.2 卷材防水材料
室內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)改性瀝青類防水卷材與瀝青混凝土的粘結(jié)結(jié)合性能最好，而其它的高分子卷材明顯表現(xiàn)出很容易與瀝青混凝土脫落分離。
3mm厚以上的APP改性瀝青聚酯胎卷材防水層在模擬碾壓、實(shí)際試驗(yàn)路段碾壓取樣以及出現(xiàn)提早破壞的路段現(xiàn)場取樣，均表現(xiàn)出維持了防水層未被擊穿。剪切破壞面在水泥混凝土與卷材防水層間，對比實(shí)驗(yàn)均表現(xiàn)出較在水泥混凝土上直接鋪筑瀝青混凝土的抗剪強(qiáng)度有較大的降低。
防水卷材與水泥混凝土、瀝青混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度受材料性能極限約束。
實(shí)際路段提早破壞案例中多數(shù)表現(xiàn)為防水卷材與水泥混凝土層間粘結(jié)脫落，而無一例發(fā)生在瀝青混凝土與防水卷材之間。
2.3 橋面的傳力特點(diǎn)
交通車輛的荷載作用在橋面上是局部荷載，剪切應(yīng)力具有沿瀝青混凝土厚度快速遞減的特點(diǎn)，增加瀝青混凝土面層的厚度是降低結(jié)合面剪切應(yīng)力最有效的措施。
上述情況是建立在不完整的、有限的實(shí)驗(yàn)規(guī)模的基礎(chǔ)上，尚不足以提供確切的應(yīng)用參考參數(shù)，故在此僅做定性分析介紹，以期能夠引起業(yè)界對路橋工程質(zhì)量的關(guān)注，從根本上解決問題。
3 橋面問題分析
實(shí)驗(yàn)研究所揭示的問題，越來越偏離初期研究時(shí)的設(shè)想，防水材料有其難以突破的局限性，我們應(yīng)該重新審視路橋橋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。
目前橋梁設(shè)計(jì)中，瀝青混凝土厚度選擇設(shè)計(jì)參數(shù)是基于在鋼筋混凝土上直接鋪筑瀝青混凝土面層，所有的設(shè)計(jì)參數(shù)均是在這種模型下通過實(shí)驗(yàn)、理論分析建立的；當(dāng)設(shè)置柔性防水層后仍然按照上述原則選定瀝青混凝土面層的厚度，橋面的安全系數(shù)必然要降低，這是當(dāng)前新建橋面設(shè)置防水層后時(shí)有破壞案例發(fā)生的根本原因。也是設(shè)計(jì)師、建設(shè)單位所忽略的事實(shí)，忽視了防水層對瀝青混凝土承載能力的影響，或?qū)⑦@種影響不切實(shí)際地讓防水材料、防水系統(tǒng)承包商去克服，而不從瀝青混凝土面層設(shè)計(jì)上去考慮。
另外，在一定的交通荷載標(biāo)準(zhǔn)下，所采用的設(shè)計(jì)參數(shù)均含有相當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，是這種安全儲備掩蓋了實(shí)際問題，當(dāng)交通荷載不超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，設(shè)置防水層后其整體安全系數(shù)仍然能夠滿足使用或接近極限狀態(tài)。如市內(nèi)不允許貨運(yùn)等大型車輛通行的路段，設(shè)置防水層后，橋面運(yùn)行良好、橋梁得到很好的保護(hù)。
當(dāng)?shù)缆方煌看?、超重車輛頻繁時(shí)，傳遞至防水層的剪切應(yīng)力超過防水層結(jié)合處的承載極限，位移和疲勞導(dǎo)致瀝青混凝土面層破壞的快速發(fā)生。如郊區(qū)交通干路，超載大型貨運(yùn)車輛往往達(dá)到上百噸，且頻繁通行，這種情況是目前橋梁瀝青混凝土面層設(shè)計(jì)中未加考慮的。
4 建議
柔性防水系統(tǒng)具有良好的防水效果，但會降低瀝青混凝柔性防水系統(tǒng)具有良好的防水效果，但會降低瀝青混凝土面層的承載能力；防水層越厚這種不利影響也越大，但防水層太薄則很容易被碾壓擊穿，即產(chǎn)生施工損傷，這與設(shè)置防水層的目的相違背。設(shè)置防水層必須取得良好的防水效果，增加面層瀝青混凝土的厚度是最有效的措施。目前國內(nèi)尚未建立起這方面的系統(tǒng)理論，瀝青混凝土面層厚度的確定也就缺乏可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。目前國內(nèi)橋面瀝青混凝土面層厚度的設(shè)計(jì)普遍偏小，這為橋面防水帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。
鑒于橋梁防水的特殊性，防水材料具有材料性能極限限制，因此橋面工程應(yīng)該從系統(tǒng)設(shè)計(jì)上加以深入研究，為各類適合于橋梁防水的材料制定出切合實(shí)際的材料技術(shù)指標(biāo)及技術(shù)規(guī)范，并將交通荷載標(biāo)準(zhǔn)及道路面層設(shè)計(jì)納入其中。這是一項(xiàng)耗資巨大的研究課題，國家、歸口行業(yè)應(yīng)該及早組織開展深入的研究。
