一种用于确定钢桥面铺装表面防水材料用量的实验方法与流程

本发明涉及道路工程技术领域，尤其是一种用于确定钢桥面铺装表面防水材料用量的实验方法。

背景技术：

钢桥面铺装是铺筑在钢桥表面用于保护钢桥面板与提供车辆行驶服务的结构层，一般采用沥青铺装。钢桥面沥青铺装在施工或使用过程中会出现压实度不足或局部缺陷，导致局部区域的渗水性能不足。降雨等水分会通过这些区域进入钢板，一方面会引起钢板的锈蚀，另一方面游离水在车辆荷载作用下冲击周边铺装，加速铺装层的破坏，导致铺装层功能的快速失效。

目前，对于钢桥面铺装的渗水性能不足，多采用表面涂刷防水材料的处理方法，通过封闭沥青混合料的连通空隙提高铺装层表防水性能。在防水材料用量的确定上，一般是根据经验值，缺乏理论依据。防水材料的用量对防水效果有着很大影响，用量过小则防水效果无法满足要求；用量过大，则成本大幅提升，且防水材料会在表面造成堆积，造成泛油，影响行车安全。另一方面，实际路面渗水性能的影响因素较多，不同区域的渗水性能也不同，在现场选点进行用量试验的离散性大，确定的用量也不具备代表性。因此，需要一种用于确定钢桥面铺装表面防水材料用量的方法，为防水材料用量的选择提供依据。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于确定钢桥面铺装表面防水材料用量的实验方法，可以有效解决现有钢桥面铺装表面防水材料用量选择缺乏依据导致铺装效果不佳的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于确定钢桥面铺装表面防水材料用量的实验方法，包括如下步骤：

(1)根据钢桥面铺装材料设计时的目标配合比，采用轮碾法成型沥青混合料车辙板试件；通过改变碾压遍数模拟施工时不同碾压状态，成型不同空隙率的试件，测定不同空隙率试件的渗水系数，采用最小二乘法拟合渗水系数c与空隙率vv的关系曲线；

(2)对步骤(1)中相同空隙率vv1的车辙试件，将不同用量mi的防水沥青材料涂刷至车辙板试件表面，待养生完成后，测量涂刷防水材料后车辙试件的空隙率vv1i，并计算实际空隙率封闭比r1i；

(3)采用最小二乘法拟合空隙率vv1状态下，防水材料涂刷量mi对应空隙率封闭比r1i的关系曲线mi-vv1i，计算目标空隙率封闭比r1，并在mi-vv1i曲线中确定目标空隙率封闭比r1所对应的防水材料涂刷量ms1；

(4)更换空隙率，重复步骤(2)与步骤(3)，直至步骤(1)中所成型的不同空隙率vvi条件下，所对应的最佳防水材料涂刷量msi全部确定；根据步骤(1)中确定的c-vv曲线，采用最小二乘法进一步拟合出渗水系数c与最佳防水材料涂刷量ms的关系曲线，该曲线即为最佳防水材料涂刷量的选取依据；

(5)当钢桥面铺装出现缺陷时，测定缺陷区域的渗水系数，并根据步骤(4)中的c-ms曲线，确定最佳防水材料涂刷量ms。

优选的，步骤(2)中，计算实际空隙率封闭比r1i具体为：

其中，vv1为车辙试件的空隙率，vv1i为测量涂刷防水材料后车辙试件的空隙率。

优选的，步骤(3)中，计算目标空隙率封闭比r1具体为：

式中，smax为混凝土的最大粒径，h为测试试件的实际高度，单位均为mm。

一种用于确定钢桥面铺装表面防水材料用量的实验方法，采用空隙率封闭比对防水材料涂刷量提出要求，所述空隙率封闭比为涂刷防水材料后封闭空隙率与初始空隙率的比值；将封闭空隙率达到目标空隙率封闭比时防水材料的涂刷量作为待确定的防水材料用量，所述目标空隙率封闭比为沥青混凝土的最大粒径与测试试件的实际高度的比值。

水在沥青混凝土中的传输路径主要是通过连通孔隙，连通孔隙存在于混合料骨架之间、沥青与集料之间以及大粒径集料内部。以往在进行沥青混凝土防渗处理时，多是封闭了沥青混凝土表面，但是一旦表面出现局部失效，整体防渗则失效。对于钢桥面铺装来说，这种失效会造成脱层、钢板锈蚀等严重病害。多次室内试验结果表明，当防水材料封闭深度达到沥青混凝土最大粒径时，表层的骨架间、沥青与集料间以及集料内部传输路径将会全部封闭，即使表面防水失效，水分也无法下渗。因此，本方案以上述目标空隙封闭比作为确定粘度要求的阈值，要求防水材料用量大于所确定的用量。

本发明的有益效果为：本发明只需在施工后进行一次性试验确定最佳用量曲线，在表面防水出现问题后可直接利用该曲线来确定防水材料用量，可以有效解决现有钢桥面铺装表面防水材料用量选择缺乏依据导致处理流程繁琐及效果不佳的问题；采用本发明所述方法后，钢桥面铺装的表面防水效果及耐久性明显提高，避免了水损害的发生。

附图说明

图1为本发明中渗水系数c与空隙率vv的关系曲线示意图。

图2为本发明中防水材料涂刷量mi对应空隙率封闭比r1i的关系曲线示意图。

图3为本发明中渗水系数c与最佳防水材料涂刷量ms的关系曲线示意图。

具体实施方式

某钢桥面桥面铺装，上面层采用sma13，在施工完成后存在局部区域渗水性能不足，水渗入铺装层内部，给粘结层和钢板的正常使用带来极大危害。现拟采用某材料对该铺装层进行表面防水，由于各渗水区域的渗水率均不一致，难以确定防水材料用量。采用本方法解决该问题，确定防水材料用量的过程如下：

步骤一、根据钢桥面铺装材料设计时的sma13目标配合比，采用轮碾法在实验室内成型尺寸为长×宽×高为300mm×300mm×50mm的沥青混合料车辙板试件；通过改变碾压遍数模拟施工时不同碾压状态，成型不同空隙率的试件。测定不同空隙率试件的渗水系数，采用最小二乘法拟合渗水系数c与空隙率vv的关系曲线，如图1所示。

步骤二、选取空隙率为4.0％的车辙试件，分别将用量mi为0.2kg/m²、0.4kg/m²、0.6kg/m²、0.8kg/m²、1.0kg/m²、1.2kg/m²、1.4kg/m²的防水沥青材料涂刷至车辙板试件表面。待养生完成后，分别测量涂刷防水材料后车辙试件的空隙率vv1i，并计算实际空隙率封闭比r1i，数据见表1。

表1不同防水材料用量下试件空隙率及实际空隙率封闭比

步骤三、采用最小二乘法拟合空隙率4.0％状态下，防水材料涂刷量mi对应空隙率封闭比r1i的关系曲线mi-r1i，如图2所示。根据式(2)，sma13的最大粒径smax取16mm，试件高度为50mm，计算出目标空隙率封闭比r1＝32％，在mi-r1i曲线中确定目标空隙率封闭比r1＝32％所对应的防水材料涂刷量ms1＝0.62kg/m²。

步骤四、更换空隙率，重复步骤二与步骤三，直至步骤一中所成型的不同空隙率vvi条件下，所对应的最佳防水材料涂刷量msi全部确定。结合步骤一中确定的c-vv曲线，采用最小二乘法拟合出渗水系数c与最佳防水材料涂刷量ms的关系曲线，如图3所示。该曲线即为最佳防水材料涂刷量的选取依据。

步骤五、在钢桥面铺装整个运营期，当钢桥面铺装后续出现渗水问题时，可直接测定缺陷区域的渗水系数c，并在步骤四的c-ms曲线中确定最佳防水材料涂刷量ms。