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【摘要】目前，橋面防水混凝土铺装的使用基本普及，这对提高桥梁的使用品质和延长其寿命好处诸多。但实际中经常有效果不理想的现象发生，主要表现在仍有裂纹产生，未达到预期的效果，这与对防水混凝土认识不足有直接关系。本文将结合工程实例对上述问题进行论述。
【关键词】桥面铺装层；防水混凝土；防裂抗渗
Pavement of waterproofing concrete bridge
Wang Li-bing
(Xinxiang city Highway Survey and Design InstituteXinxiangHenan453000)
【Abstract】At present, the bridge deck waterproofing concrete pavement basically popularizing the use of this bridge to improve the quality and extend the use of the benefits of many of its life. However, the actual results in frequent occurrence of non-ideal, there are cracks in the main have not achieved the desired effect, which is insufficient understanding of the waterproof concrete is directly related. The article will combine engineering examples of issues discussed above.
【Key words】Deck; Waterproof concrete; Cracking impermeability
1. 引言
桥面铺装使用防水混凝土在以前并不普遍。近年来随着高等级公路的大量修建，桥面防水混凝土铺装的使用也迅速普及。目前，几乎大、中桥桥面铺装都使用防水混凝土铺装，这对提高桥梁的使用品质和延长其寿命是有诸多好处的。但实际中经常有效果不理想的现象发生，主要表现在仍有裂纹产生，未达到预期的效果，这与对防水混凝土认识不足有直接关系。本文将结合工程实例对上述问题进行论述。
2. 防水混凝土简介
防水混凝土分为普通型，掺外加剂型和膨胀防水混凝土三类。
2．1普通型防水混凝土。此类混凝土是通过提高砂浆的不透水性，增大石子的拨开系数，在粗骨料周围形成一定厚度的优质砂浆包裹层，将粗骨料彼此隔开，破坏沿粗骨料周边形成相互连通的渗水网络，达到抗渗的目的。但施工要求高，混凝土的流动性要适宜，振捣要适度，否则粗骨料很难在砂浆包裹下形成悬浮结构，且收缩率与普通混凝土无区别。
2．2掺外加剂型防水混凝土
2．2．1掺引气剂型防水混凝土。通过加引气剂提高混凝土拌和物的流动性，改善内部结构，使混凝土中自由水的蒸发线路变得分散、曲折、细小，从而防止水的渗入。但引气量的大小影响因素较多，施工控制难度大，收缩率与普通混凝土不相上下。
2．2．2掺减少混凝土的单位拌和用水量，使拌和物中的自由水量减少，进而减少由于自由水分蒸发而产生的孔隙体积，提高混凝土的密实性。但收缩率与普通混凝土接近。
2．2．3掺早强剂型防水混凝土。通过掺加早强剂促进水泥水化早期生成较多的含水结晶物，减少自由水，由此减少自由水蒸发产生的孔隙。目前多用三乙醇胺早强剂，但其收缩率较普通混凝土还要大。
2．3膨胀型防水混凝土。使用膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土在凝结硬化过程中产生一定的膨胀。一方面改善硬化混凝土的孔结构，减少毛细孔孔径，降低孔隙率，达到抗渗目的；另一方面改善混凝土的应力状态，即在有约束（钢筋）的条件下，由于混凝土的膨胀拉钢筋，而钢筋反过来又对混凝土产生的拉应力。当这一应力仅抵消由于混凝土干缩和徐变所产生的拉应力时，称之为补偿收缩混凝土。当这一应力除了克服干缩和徐变产生的拉应力外，还在混凝土中储备一部分压应力时，称之为自应力混凝土。补偿收缩混凝土和自应力混凝土都具有良好的抗裂性能。
3． 桥面防水混凝土的技术要求
桥面铺装混凝土的特点是厚度小，平面面积大，设计强度等级高，水泥用量大，极易产生收缩裂缝。因此，高抗渗低收缩是桥面铺装使用防水混凝土的目的所在，旨在提高混凝土的耐久性。其含义一是要求混凝土要具备一定的抗渗性能；二是要求混凝土在凝结硬化过程中少收缩，增强混凝土的抗拉性能，保证桥面积水不下渗危及大梁。若混凝土抗渗性很高，但仍然存在着收缩裂缝的危险，实际已失去了抗渗的能力，因为水从裂缝中渗入对结构物的危害作用远比从结构孔隙渗入要大，从这个意义上讲，只有提高混凝土的防裂性，抗渗性才能真正得到保证，对桥面铺装混凝土尤其如此。
桥面防水混凝土与普通意义上的防水混凝土（如水池）是有区别的。桥面防水混凝土是在增大伸缩缝间长度，减少伸缩缝的道数的背景下逐渐流行起来的。伸缩缝的处理一直是一个技术难题。除其施工麻烦、填充材料易老化、养护费用高外，还影响行车舒适（跳车），梁端混凝土也易产生疲劳破坏。尽管有新材料、新技术的改进提高，但上述问题依然存在。近年来，一些桥梁在梁端采用湿接头来扩大伸缩间长度，减少伸缩缝的个数，以降低维护费用和改善行车条件。但因桥面铺装连续，面积数倍的增加，相应也增加了收缩裂缝的危险。于是，使用防水混凝土以使其得到一定程度的制约。显然桥面防水混凝土与普通意义上的防水混凝土是有区别的，它不但要具有防渗透的性能，更应具有防裂缝的性能，这就是桥面防水混凝土应具有的技术性质。
前述的普通型及掺外加剂型防水混凝土显然不适宜用作桥面防水混凝土。因其收缩率均与普通混凝土相近，个别甚至还要大些。二者的共同点都是通过改善混凝土的内部结构来达到防渗透的目的，对混凝土的收缩性能并无改善。而膨胀型防水混凝土不仅其孔结构，而且其应力状态都相应得到改善，防渗性和防裂性也得到了提高。
4． 桥面防水混凝土设计
为了使设计意图在施工中能得到充分体现，设计文件除对设计强度有明确要求外，还应对膨胀率、抗渗标号等要有明确的要求。施工时配合比设计可参考下列步骤进行。
4．1实测基准配合比混凝土的收缩率，作为确定设计膨胀率的依据。也可采用公认收缩率值，一般普通混凝土的收缩率在4/万~6/万之间。若设计文件对膨胀率有明确要求时可不测。
4．2在基准配合比的基础上，掺加不同剂量的膨胀水泥（或膨胀剂）及其它外加剂，实测抗压强度及膨胀率。根据强度及膨胀要求值确定实验室配合比例，膨胀率的测试方法如下。
4．2．1当对膨胀应力无要求时，测自由膨胀率即可，即不考虑钢筋的约束条件，用素混凝土试件进行量测。试件采用7.07×7.07×25(cm)的小梁,成型后12h(达终凝时)测量基长，之后分别测量各龄期的膨胀值。自由膨胀率一般不宜小于4/万，因为即使是膨胀混凝土，在湿养结束后也有1/万~2/万的收缩率。
4．2．2当对膨胀应力有要求时，可通过约束膨胀试验来选择混凝土的配合比例。约束膨胀试验采用7.07×7.07×25(cm)的试件，其中心埋置两端焊有钢板的高强钢筋（如图1）。混凝土成型12h脱模，测量试件基长，在标准养生条件，用混凝土收缩、膨胀仪测各龄期钢筋长度的增加值（即试件膨胀值），计算试件的约束膨胀率ε，再由下式计算混凝土自应力值。
σ=μ×E×ε
式中σ——膨胀混凝土产生的自应力值（MPa）；
μ——配筋率（%）；
E——钢筋弹性模量（MPa）；
ε——约束膨胀率（%）。
在μ和E已知的条件下，σ取决于ε。一般地，当σ大于0.2MPa时，就可以达到防止混凝土裂缝的目的。
4．2．3必要时进行抗渗性验证。
5. 工程实例
某立交桥主桥为4孔钢梁桥，南北引桥分别为4孔和5孔现浇钢筋混凝土梁桥，全桥长280m，设4道伸缩缝，主桥为一幅，缝间长度为100m，桥面铺装为C40微膨胀防水混凝土，要求自由膨胀率为4/万。
混凝土用525#水泥配制，使用UEA膨胀剂。因施工气温偏低，分别掺加SX-1型防冻剂和SX-1型早强减水剂。配合比设计先在基准配合比上用UEA取代12%、14%和16%的水泥进行比较试验，结果见表1。从表1中可看出，UEA的掺量只能取代12%的水泥，否则膨胀率虽高，但强度降低过多。取代12%的水泥虽强度高，膨胀率又不及设计要求。第二阶段试验中保持12%的UEA取代量不变，增加了水泥和UEA的用量，并加大了防冻剂及减水剂的剂量，试验结果如表2。表2的结果说明，膨胀剂与减水剂共同使用效果更好，既可提高膨胀率，又可保证强度。因受时间限制，未量测湿养结束后的干缩率，所以资料欠完整。
施工中掺SX-1型早强防冻剂的配合比用于钢梁桥面铺装，掺SX-1型早强减水剂的配合比用于钢筋混凝土梁桥面铺装。桥梁竣工后经过两年多的使用，外观质量较好，无收缩裂缝产生，效果明显优于普通防水混凝土。
图1
6. 结论
6．1桥面铺装使用普通型或掺外加剂型防水混凝土对防止收缩裂缝，不如使用膨胀型防水混凝土。
6．2膨胀型防水混凝土设计的主要指标是强度等级和膨胀率。由实测强度和膨胀率按设计要求确定各材料的配合比例。
6．3工程实例证明，膨胀型防水混凝土能起到防裂抗渗的作用。
参考文献
［1］冶金建筑研究院主编.防水混凝土及其应用.北京:中国建筑工业出版社,1979,8
［2］张冠伦等.混凝土外加剂原理与应用.北京:中国建筑工业出版社,1996,6
［文章编号］1006-7619（2009）03-17-140
［作者简介］王力兵（1961-），男，工程师。
【关键词】桥面铺装层；防水混凝土；防裂抗渗
Pavement of waterproofing concrete bridge
Wang Li-bing
(Xinxiang city Highway Survey and Design InstituteXinxiangHenan453000)
【Abstract】At present, the bridge deck waterproofing concrete pavement basically popularizing the use of this bridge to improve the quality and extend the use of the benefits of many of its life. However, the actual results in frequent occurrence of non-ideal, there are cracks in the main have not achieved the desired effect, which is insufficient understanding of the waterproof concrete is directly related. The article will combine engineering examples of issues discussed above.
【Key words】Deck; Waterproof concrete; Cracking impermeability
1. 引言
桥面铺装使用防水混凝土在以前并不普遍。近年来随着高等级公路的大量修建，桥面防水混凝土铺装的使用也迅速普及。目前，几乎大、中桥桥面铺装都使用防水混凝土铺装，这对提高桥梁的使用品质和延长其寿命是有诸多好处的。但实际中经常有效果不理想的现象发生，主要表现在仍有裂纹产生，未达到预期的效果，这与对防水混凝土认识不足有直接关系。本文将结合工程实例对上述问题进行论述。
2. 防水混凝土简介
防水混凝土分为普通型，掺外加剂型和膨胀防水混凝土三类。
2．1普通型防水混凝土。此类混凝土是通过提高砂浆的不透水性，增大石子的拨开系数，在粗骨料周围形成一定厚度的优质砂浆包裹层，将粗骨料彼此隔开，破坏沿粗骨料周边形成相互连通的渗水网络，达到抗渗的目的。但施工要求高，混凝土的流动性要适宜，振捣要适度，否则粗骨料很难在砂浆包裹下形成悬浮结构，且收缩率与普通混凝土无区别。
2．2掺外加剂型防水混凝土
2．2．1掺引气剂型防水混凝土。通过加引气剂提高混凝土拌和物的流动性，改善内部结构，使混凝土中自由水的蒸发线路变得分散、曲折、细小，从而防止水的渗入。但引气量的大小影响因素较多，施工控制难度大，收缩率与普通混凝土不相上下。
2．2．2掺减少混凝土的单位拌和用水量，使拌和物中的自由水量减少，进而减少由于自由水分蒸发而产生的孔隙体积，提高混凝土的密实性。但收缩率与普通混凝土接近。
2．2．3掺早强剂型防水混凝土。通过掺加早强剂促进水泥水化早期生成较多的含水结晶物，减少自由水，由此减少自由水蒸发产生的孔隙。目前多用三乙醇胺早强剂，但其收缩率较普通混凝土还要大。
2．3膨胀型防水混凝土。使用膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土在凝结硬化过程中产生一定的膨胀。一方面改善硬化混凝土的孔结构，减少毛细孔孔径，降低孔隙率，达到抗渗目的；另一方面改善混凝土的应力状态，即在有约束（钢筋）的条件下，由于混凝土的膨胀拉钢筋，而钢筋反过来又对混凝土产生的拉应力。当这一应力仅抵消由于混凝土干缩和徐变所产生的拉应力时，称之为补偿收缩混凝土。当这一应力除了克服干缩和徐变产生的拉应力外，还在混凝土中储备一部分压应力时，称之为自应力混凝土。补偿收缩混凝土和自应力混凝土都具有良好的抗裂性能。
3． 桥面防水混凝土的技术要求
桥面铺装混凝土的特点是厚度小，平面面积大，设计强度等级高，水泥用量大，极易产生收缩裂缝。因此，高抗渗低收缩是桥面铺装使用防水混凝土的目的所在，旨在提高混凝土的耐久性。其含义一是要求混凝土要具备一定的抗渗性能；二是要求混凝土在凝结硬化过程中少收缩，增强混凝土的抗拉性能，保证桥面积水不下渗危及大梁。若混凝土抗渗性很高，但仍然存在着收缩裂缝的危险，实际已失去了抗渗的能力，因为水从裂缝中渗入对结构物的危害作用远比从结构孔隙渗入要大，从这个意义上讲，只有提高混凝土的防裂性，抗渗性才能真正得到保证，对桥面铺装混凝土尤其如此。
桥面防水混凝土与普通意义上的防水混凝土（如水池）是有区别的。桥面防水混凝土是在增大伸缩缝间长度，减少伸缩缝的道数的背景下逐渐流行起来的。伸缩缝的处理一直是一个技术难题。除其施工麻烦、填充材料易老化、养护费用高外，还影响行车舒适（跳车），梁端混凝土也易产生疲劳破坏。尽管有新材料、新技术的改进提高，但上述问题依然存在。近年来，一些桥梁在梁端采用湿接头来扩大伸缩间长度，减少伸缩缝的个数，以降低维护费用和改善行车条件。但因桥面铺装连续，面积数倍的增加，相应也增加了收缩裂缝的危险。于是，使用防水混凝土以使其得到一定程度的制约。显然桥面防水混凝土与普通意义上的防水混凝土是有区别的，它不但要具有防渗透的性能，更应具有防裂缝的性能，这就是桥面防水混凝土应具有的技术性质。
前述的普通型及掺外加剂型防水混凝土显然不适宜用作桥面防水混凝土。因其收缩率均与普通混凝土相近，个别甚至还要大些。二者的共同点都是通过改善混凝土的内部结构来达到防渗透的目的，对混凝土的收缩性能并无改善。而膨胀型防水混凝土不仅其孔结构，而且其应力状态都相应得到改善，防渗性和防裂性也得到了提高。
4． 桥面防水混凝土设计
为了使设计意图在施工中能得到充分体现，设计文件除对设计强度有明确要求外，还应对膨胀率、抗渗标号等要有明确的要求。施工时配合比设计可参考下列步骤进行。
4．1实测基准配合比混凝土的收缩率，作为确定设计膨胀率的依据。也可采用公认收缩率值，一般普通混凝土的收缩率在4/万~6/万之间。若设计文件对膨胀率有明确要求时可不测。
4．2在基准配合比的基础上，掺加不同剂量的膨胀水泥（或膨胀剂）及其它外加剂，实测抗压强度及膨胀率。根据强度及膨胀要求值确定实验室配合比例，膨胀率的测试方法如下。
4．2．1当对膨胀应力无要求时，测自由膨胀率即可，即不考虑钢筋的约束条件，用素混凝土试件进行量测。试件采用7.07×7.07×25(cm)的小梁,成型后12h(达终凝时)测量基长，之后分别测量各龄期的膨胀值。自由膨胀率一般不宜小于4/万，因为即使是膨胀混凝土，在湿养结束后也有1/万~2/万的收缩率。
4．2．2当对膨胀应力有要求时，可通过约束膨胀试验来选择混凝土的配合比例。约束膨胀试验采用7.07×7.07×25(cm)的试件，其中心埋置两端焊有钢板的高强钢筋（如图1）。混凝土成型12h脱模，测量试件基长，在标准养生条件，用混凝土收缩、膨胀仪测各龄期钢筋长度的增加值（即试件膨胀值），计算试件的约束膨胀率ε，再由下式计算混凝土自应力值。
σ=μ×E×ε
式中σ——膨胀混凝土产生的自应力值（MPa）；
μ——配筋率（%）；
E——钢筋弹性模量（MPa）；
ε——约束膨胀率（%）。
在μ和E已知的条件下，σ取决于ε。一般地，当σ大于0.2MPa时，就可以达到防止混凝土裂缝的目的。
4．2．3必要时进行抗渗性验证。
5. 工程实例
某立交桥主桥为4孔钢梁桥，南北引桥分别为4孔和5孔现浇钢筋混凝土梁桥，全桥长280m，设4道伸缩缝，主桥为一幅，缝间长度为100m，桥面铺装为C40微膨胀防水混凝土，要求自由膨胀率为4/万。
混凝土用525#水泥配制，使用UEA膨胀剂。因施工气温偏低，分别掺加SX-1型防冻剂和SX-1型早强减水剂。配合比设计先在基准配合比上用UEA取代12%、14%和16%的水泥进行比较试验，结果见表1。从表1中可看出，UEA的掺量只能取代12%的水泥，否则膨胀率虽高，但强度降低过多。取代12%的水泥虽强度高，膨胀率又不及设计要求。第二阶段试验中保持12%的UEA取代量不变，增加了水泥和UEA的用量，并加大了防冻剂及减水剂的剂量，试验结果如表2。表2的结果说明，膨胀剂与减水剂共同使用效果更好，既可提高膨胀率，又可保证强度。因受时间限制，未量测湿养结束后的干缩率，所以资料欠完整。
施工中掺SX-1型早强防冻剂的配合比用于钢梁桥面铺装，掺SX-1型早强减水剂的配合比用于钢筋混凝土梁桥面铺装。桥梁竣工后经过两年多的使用，外观质量较好，无收缩裂缝产生，效果明显优于普通防水混凝土。
图1
6. 结论
6．1桥面铺装使用普通型或掺外加剂型防水混凝土对防止收缩裂缝，不如使用膨胀型防水混凝土。
6．2膨胀型防水混凝土设计的主要指标是强度等级和膨胀率。由实测强度和膨胀率按设计要求确定各材料的配合比例。
6．3工程实例证明，膨胀型防水混凝土能起到防裂抗渗的作用。
参考文献
［1］冶金建筑研究院主编.防水混凝土及其应用.北京:中国建筑工业出版社,1979,8
［2］张冠伦等.混凝土外加剂原理与应用.北京:中国建筑工业出版社,1996,6
［文章编号］1006-7619（2009）03-17-140
［作者简介］王力兵（1961-），男，工程师。