Kumibitumimastiksieristeen toimivuus ja pitkäaikaiskestävyys siltojen vedeneristeenä

Abstract

Kumibitumimastiksi on siltojen ja pihakansien vedeneristykseen käytettävä kuumana levitettävä valuasfalttityyppinen vedeneristysmassa. Kumibitumimastiksin sideaineena on käytetetty SBS-polymeerillä modifioitua bitumia 1980- luvun alusta alkaen. Sideaineen modifioinnilla kumibitumimastiksin kylmäominaisuuksiin, elastisuuteen ja deformaatiokestävyyteen on saatu huomattavia parannuksia. Siltojen vedeneristysten tehtävänä on suojata kansirakennetta veden ja liukkaudentorjuntasuolojen aiheuttamalta rapautumiselta. Vesieristysten vuotaminen tai kupliminen on yksi suurimmista siltojen ennenaikaisista korjausten syistä. Liikenneviraston mukaan sillan kansien vedeneristyksen käyttöiän tulisi olla vähintään 35 vuotta, mutta kumibitumimastiksin tarkkaa käyttöikää tai vanhenemisen aiheuttamaa ominaisuuksien muutosta ei ole vielä pystytty selvittämään.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli selvittää kumibitumimastiksin pitkäaikaiskestävyyttä sekä selvittää vanhentuneiden kumibitumimastiksieristysten ominaisuuksien säilymistä. Oletuksena oli, että kumibitumimastiksin käyttöikä on vähintään 35 vuotta ja sen ominaisuudet muutu siten, että eristys ei täyttäisi sille asetettua tehtävää. Diplomityössä tutkittiin viiden vuosina 1984 – 1991 valmistuneiden Uudellamaalla sijaitsevien siltojen vedeneristyksen kuntoa silloilta otetuista vedeneristenäytteistä. Tutkitut sillat olivat Luhtaanmäen risteyssilta, Naarkosken silta, Bembölen risteyssilta, Rauhalan risteyssilta ja Kraamin silta. Näytteiden oton lisäksi tutkittiin silmämääräisesti 15 sillan vedeneristyksen kuntoa. Silloilta otetuista näytteistä tutkittiin Siltojen vedeneristyksen SILKO -hyväksymisohjeen mukaiset ominaisuudet. Lisäksi tutkittiin sideaineiden kylmäominaisuuksia Lemminkäinen Infra Oy:n voima-venymä menetelmällä. Sideaineiden reologisia ominaisuuksia tutkittiin Neste Oil Oy:n DSR- laitteella. Vedeneristyksen vuotamisen selvittämiseksi tutkittiin sillan kannen betonin kloridipitoisuutta. Näytteiden oton yhteydessä paljastui, että usealla sillalla vedeneristyksen suoja-asfaltti oli todella huonossa kunnossa, joten asfalttinäytteistä pyrittiin tutkimaan mistä se johtuu.

Tutkimuksen perusteella voidaan todeta, että SBS-polymeeri parantaa huomattavasti kumibitumimastiksin ominaisuuksia, etenkin kylmäominaisuudet ja viskoelastiset ominaisuudet ovat huomattavasti paremmat kuin vanhan mastiksin. Mutta jos eristysmassan valmistus on epäonnistunut, eikä sideaineeseen ole syntynyt ehjää polymeeriverkkoa, kylmäominaisuudet vastaavat modifioimattoman massan ominaisuuksia. Tutkituista silloista Naarkosken sillan havaittiin vuotavan ja Kraamin sillan sideainetutkimuksissa paljastui, että sideaine on ominaisuuksiltaan modifioimattoman bitumin kaltaista. Bembölen sillan vedeneristeen sideaineen polymeeriverkko oli osittain hajonnut, mutta eristys ei silti ollut vuotanut. Rauhalan ja Luhtaanmäen siltojen vedeneristeen ominaisuudet olivat säilyneet tutkituista eristyksistä parhaiten, eikä kannessa havaittu vuodon merkkejä. Tutkimuksia on suositeltava jatkaa tutkimalla vuoden 1986 jälkeen tehtyjen kumibitumimastiksieristeiden sideaineiden reologisia ominaisuuksia, sekä tutkia liukkaudentorjunta suolojen vaikutusta vedeneristyksiin ja niiden suoja-asfaltteihin. Lisäksi olisi suositeltavaa tarkkailla ja dokumentoida kumibitumimastiksin valmistus- ja levityslämpötiloja paremmin kuin aikaisemmin, jotta vältyttäisiin PMB:n ylikuumentamiselta. Suositeltavaa olisi myös tutkia tarkemmin Naarkosken sillan kannen kunto, sekä tehdä sille tarvittavat korjaustoimenpiteet.

Polymer modified mastics is a hot applied waterproofing method that is used on bridge decks and yard decks. The binder in mastic waterproofing is SBS –polymermodified bitumen. The function of bridge deck waterproofing is to protect the deck from deteriation caused by water and road salts. One of the biggest reasons for premature bridge repairs are leaking waterproofings. According to the finnish Transport Agency, the minimum lifespan of waterproofings should be 35 years, but the lifespan, or the change in the properties caused by ageing of polymermodified masticwaterproofing is not known.

The use of SBS –polymer in the binder started in the early 1980´s. The goal of using Pmb´s in waterproofings was to enhance the cold properties and elasticity of the mastic waterproofing. The goal of this thesis was to investigate long term durability of Pmb masticwaterproofing and to find out how the properties of the Pmb mastic have lasted. Assumption was that the lifespan on Pmb mastic waterproofing is atleast 35 years and during that time the properties have not changed so much that waterproofing system does not fulfill its purpose.

In this thesis the waterproofing of five bridges, that were made during 1984 – 1991, were studied by taking samples from the waterproofings. The bridges chosen for sample taking were Luhtaanmäen crossroad bridge, Bemböle crossroad bridge, Naarkoski bridge, Kraami bridge and Rauhala´s crossroad bridge. In addition 15 bridgedeck waterproofings were investigated without taking samples according to the Finnish bridge inspection norms. The properties of Pmb masticwaterproofings and their binder were studied according to finnish waterproofing approval SILKO –guideline. In addition the cold properties of the Pmb was studied with Lemminkäinen Infra´s tensile strength method that is based on SFS-EN 13398. The rheological properties of the binders were studied with DSR. To find out if the waterproofings had leaked, the chloride content of concrete deck was determined. During the sample taking, we discovered that the protective AC layer of the waterproofing was in really bad shape, so it was decided to investigate if the deteriation was caused by road salts or something else.

The results showed that adding SBS –polymer in the binder improves the cold resistant properties and elasticity of mastic waterproofings. But if the production of the waterproofing has failed and the polymernetwork in the binder has not fully formed, the waterproofing has inferior cold resistant and elastic properties. The results of Naarkoski bridge indicate the the deck waterproofing is leaking and the concrete needs to be repaired and waterproofing renewed. The binder examination of Kraami bridge indicated that there was not a polymernetwork in the binder, so the binder properties were similar to unmodified bitumien, thus it had inferior cold durability and elasticity. Bemböle´s bridgedeck waterproofing had some Pmb proberties still left and hadn´t leaked. Rauhala´s and Luhtaanmäentien bridgedeck waterproofings still showed the improvement in their properties and they haven´t leaked. It is recommended to study the properties of Pmb mastic waterproofings that are made after 1986, especially the rheological properties of the binder. It is also important to study the affect of road salts on the waterproofing and AC layers. In addition it is recommendable to supervise and document the production temperatures of the mastic waterproofing to avoid overheating of the Pmb thus resulting into breaking the polymernetwork.