沿海地区钢筋混凝土桥梁结构腐蚀实例及混凝土涂装方案探讨

1沿海地区钢筋混凝土桥梁结构腐蚀实例及混凝土涂装方案探讨李永鳞（江苏扬子大桥股份有限公司江苏靖江214500）摘要：对沿海地区钢筋混凝土结构锈蚀原因进行了分析，介绍了目前沿海地区提高钢筋混凝土耐久性的方法，并结合江阴大桥南接线山凹口大桥工程实例对混凝土涂装施工方法进行了探讨。关键词：钢筋混凝土腐蚀涂装探讨沿海地区多雨，空气湿度大，桥梁运营期间钢筋混凝土结构不可避免受到周围大气污染、水污染及硫酸根离子等的侵蚀，导致混凝土碳化、钢筋锈蚀等病害，复杂的运营环境下，对如何提高钢筋混凝土的耐久性、延长桥梁使用寿命，提出了新的要求。2006年交通部发布了《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/TB07-01-2006），作为行业推荐性标准，对近年来在提高公路桥梁混凝土结构耐久性方面的探索，进行了归纳、总结，必将对提高桥梁混凝土结构耐久性技术的推广起到极大作用。1.沿海地区环境问题环境保护监测数据表明，近年来，沿海地区环境污染局部呈恶化趋势。2002年，江苏江阴酸雨频率约全年1/3强，CO2SO2等排放符合国家标准；而2008年，江阴酸雨频率达90.9%，CO2SO2等排放均放超过国家标准，根据《大气环境腐蚀性分类》（GBT15957-1995），属强腐蚀类型。2.钢筋混凝土耐久性问题2.1钢筋混凝土的腐蚀问题混凝土的碳化是指空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气的侵袭下，会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。酸雨主要由SO2排放超标引起，酸雨中的硫酸根离子与易溶的CaCl2等发生化学反应，生成石膏，石膏体积膨胀，引发混凝土裂缝；酸雨中的硫酸根离子也会与钢筋中铁离子发生化学反应，生成Fe2（SO4）3，使钢筋失去作用。3.提高沿海地区钢筋混凝土结构耐久性的方法根据钢筋混凝土的腐蚀机理与现状，必须提高钢筋混凝土结构耐久性，目前方法包括发展密实混凝土，以保证混凝土具有良好的耐候性能，防止环境中有害物质渗入混凝土，及采用钢筋阻锈剂、环氧钢筋等。对于已建桥梁，常常采用混凝土涂装，以延缓混凝土碳化、钢筋锈蚀时间。3.1目前常用提高混凝土耐久性的的方法2（1）喷涂材料一般分为普通水泥砂浆及聚合物砂浆两类，多用喷涂方法施工。为普通水泥砂浆砂浆施工经济方便，但耐酸性不够，耐久性提高有限；聚合物砂浆效果较好，但价格较高。（2）渗透型涂料主要是有机硅类，其作用主要是渗透入混凝土，有效堵塞混凝土孔隙和在孔壁形成憎水膜。在结构建成早期效果较好，但混凝土碳化后对其效果影响较大。（3）包缠、粘贴一般使用玻璃纤维或碳纤维，混凝土基层处理后用树脂类材料粘贴，外表面刷涂树脂类面层材料。此方法效果较好（广东虎门大桥采用此法），但造价较高。（4）混凝土表面涂装目前常用于桥梁混凝土涂装的材料以树脂类居多，主要有环氧树脂、已烯树脂、聚胺酯、氟树脂（氟碳）、丙烯酸树脂等。混凝土表面涂装施工方便，可在混凝土表面形成高聚合物膜，有效阻止有害物质侵袭。（5）设置止水带在桥梁翼缘板两侧边缘用树脂类材料粘贴角铝，规格一般为3cm×3cm或4cm×4cm，并用膨胀螺栓固定，可减少雨水侵袭梁体混凝土。4.桥梁钢筋混凝土腐蚀实例山凹口大桥是江阴长江公路大桥南岸接线重要组成部分，为左右不等幅预应力连续箱梁桥（左幅13孔，右幅15孔），基本跨径40m，于江阴长江公路大桥同步建成通车。在桥梁检查中，发现该桥梁体、墩台混凝土出现裂缝，局部混凝土蜂窝、空洞甚至剥落、钢筋锈蚀等病害，随即委托东南大学交通学院进行了检测。桥梁检测主要进行了混凝土碳化深度检测、钢筋锈蚀检测、混凝土缺陷调查、混凝土无损强度检测等。4.1混凝土碳化深度采用化学试剂法，在混凝土表面钻洞（15mm），使其露出内部新鲜的层面，将1％浓度的酚酞指示液喷于断裂面，从试件表明到变色边界，测量多处的距离，读数精确至0.5mm，求其算术平均值作为碳化深度。混凝土平均碳化深度为3.5mm，部分区域混凝土碳化深度超过6mm。腹板受雨水影响，碳化深度相对较大。4.2混凝土缺陷4.2.1蜂窝、麻面和空洞检测发现该桥主梁混凝土蜂窝、麻面和空洞较多，混凝土空洞最大深度达12cm。造成的原因主要是施工期间混凝土局部漏振，造成混凝土局部蜂窝、麻面或空洞。4.2.2混凝土裂缝混凝土裂缝，梁体、墩台均有，宽度在0.1mm至0.3mm之间，但未发现横贯混凝土构件的裂缝。混凝土裂缝产生的原因主要是钢筋锈蚀膨胀所至，非承载不足。4.3混凝土保护层厚度桥梁检测时测试了梁的混凝土保护层厚度，每片梁测试4个断面，即支点截面、1/4截面、1/2截面、3/4截面，每个断面测试2个点。总体上混凝土保护层厚度普遍不足，在1.0cm左右，局部混凝土保护层厚度严重不足，钢筋外露。混凝土保护层厚度不足给桥梁结构的耐久性带来严峻考验。4.4钢筋锈蚀由于存在较严重的混凝土碳化、混凝土保护层厚度普遍不足等问题，该桥钢筋锈蚀问题3较严重。（参见图1）图1混凝土空洞、钢筋锈蚀5.桥梁混凝土涂装5.1桥梁混凝土涂装方案比选根据山凹口大桥混凝土病害情况，考虑对混凝土进行补强和防腐，增强混凝土结构的耐久性，并增加桥梁结构的美观，综合比较了渗透型涂料、包缠与粘贴、混凝土表面涂装等诸方案。因混凝土碳化情况较严重，否定渗透型涂料方案；因未发现混凝土裂缝裂穿构件或横贯构件，否定包缠与粘贴方案；综合技术经济考虑，最终选择混凝土表面涂装方案，同时对混凝土裂缝，缝宽≥0.15mm的化学灌浆处理，缝宽≤0.15mm的，封闭处理；混凝土空洞修补采用聚合物砂浆，在桥梁翼缘板两侧边缘设置4cm×4cm的角铝止水带。考虑到丙烯酸类涂料价格仅为聚胺酯、氟树脂（氟碳）等涂料的几分之一，性能并不比聚胺酯、氟树脂（氟碳）等逊色多少，最终选择以丙烯酸乳液为主要原料制造的“水泥漆”，本工程选用“丰采”水泥漆，底漆、中间漆、面漆均单组分溶剂型。5.1.1涂层配套体系设计根据桥梁混凝土结构的使用要求，本桥塔涂层配套体系方案见图1.2。4图2涂层配套体系5.2丙烯酸涂料材料特性丙烯酸涂料与混凝土粘结性强、耐候性能良好（经长期日晒雨淋，不褪色、不粉化、不剥落）、耐水性、耐酸缄性良好等特点，且易施工。补强层采用水性环氧树脂等组成的高强粘结剂，该粘结剂耐水、抗碱，与水泥、混凝土的粘结力非常强。腻子采用纯丙烯酸树脂与水泥、石英粉混合的高强防水腻子，强度高，不开裂、不剥落，且防水性能极佳。底漆具有极强的渗透力，能渗入混凝土的毛细孔中，与基层牢固地结合在一起，形成致密的防水保护膜，阻止外界水分渗入基层，能有效地防止基层吐碱、泛花，与面层涂料有极好的相容结合性。面漆耐水、抗酸碱、抗静电、防尘、防霉、耐久性极强、不剥落。优质丙烯酸类涂料耐久性良好，可达到10年不褪色、不剥落，耐洗刷1万次以上。5.3桥梁涂装施工工艺（1）基层处理混凝土表面须全面打磨处理，清除碳化层。用角磨机打磨混凝土表面，清除旧混凝土，直至露出新面，然后用1％浓度的酚酞指示液喷于混凝土表面，试剂变色表明碳化层已清除。对混凝土裂缝，缝宽≥0.15mm的采用高分子树脂化学灌浆处理，缝宽≤0.15mm的，用环氧胶泥封闭处理。混凝土缺陷用聚合物砂浆修补。钢筋锈蚀的，先除锈，再刷涂阻锈剂。最后用清水全面清洗混凝土表面。基层处理后须测试基层含水率，含水率小于10%方可继续施工。（2）刷涂补强剂基层处理完成后，满涂复合补强剂。补强剂刷涂应均匀，无漏涂。（3）刮涂腻子腻子由丙烯酸树脂与水泥、石英粉按1∶2∶4（重量比）比例配置而成，应现配现用，而且必须在2h内用完。因此，应根据用量和施工速度配料。腻子施工平整度应控制于2.5mm以内，且厚度不得超过设计，以防腻子干裂。（4）底漆、中间漆施工腻子干燥后用砂纸进行打磨至无明显搓印，然后刷涂底漆、中间漆。用滚筒涂刷，要求刷纹通顺，色泽一致，无流挂、漏涂、透底等现象，厚薄均匀。中间漆施工须待底漆漆膜实干后进行。（5）面漆施工中间漆漆膜实干后开始面漆施工，其施工方法与底漆、中间漆相似。面漆施工要求无脱皮、漏涂、流挂、针孔、邹皮、分色裹棱等现象。5.4质量控制重点措施及施工环境5.4.1基层处理基层处理工作是影响涂装质量的关键。一方面，混凝土碳化层必须清除干净，施工中采用1％浓度的酚酞指示液喷于混凝土表面，以试剂是否变色进行判定；另一方面，基层含水率必须小于10%，测试方法为：用边长30cm的塑料薄膜在中午时分将四边粘贴在基层上，5数小时后查看，当薄膜内侧无水雾出现时为合格，否则表面应继续养护和处理。5.4.2涂层附着性能评定为确保涂层附着性能，提出了施工中涂层附着性能简便评定标准，见表1.1涂层附着性能评定表表1.1评定等级脱粉状况复合涂层附着状况0用力擦拭表面，手指不沾有涂料粒子表涂层与底层无起皮/无脱落1用力擦拭表面，手指沾有少量涂料粒子表涂层与底层有1mm长度起皮、松脱2用力擦拭表面，手指沾有较多涂料粒子表涂层与底层有10mm长度起皮、松脱3用手较轻擦拭表面，手指沾有较多涂料粒子表涂层与底层有20mm长度起皮、松脱附：油漆膜干后用无水酒精擦拭食指，用力在油漆表面来回擦5cm至7cm。施工现场多次对涂层进行了简便测试，均未发现起皮、脱落现象，评定等级达到0级。5.4.3施工环境控制混凝土涂装环境要求为：相对湿度小于80%，温度10℃～35℃，雨天、大风天气严禁施工，施工结束8小时内遇雨应对已涂装部位进行遮雨处理，雨后1～2天基材干燥后方可继续施工。涂装作业应做好防尘措施，以确保油漆附着力符合要求。6.结语目前我国公路桥梁建设方兴未艾，钢筋混凝土结构仍是主体，为避免桥梁运营期对混凝土结构进行大量维修加固，在设计、施工阶段，应充分考虑混凝土结构的耐久性问题。对已发生病害的桥梁混凝土结构，应根据具体情况，综合比较各种处置方案，采用合适措施，延长桥梁使用寿命。沿海地区因粗放型经济发展模式未根本改变，工业化污染任相当严重，桥梁混凝土结构腐蚀情况也相当严重，进一步探索沿海地区桥梁混凝土结构防腐做法，并进行总结、归纳，对规范进一步完善，具有重要意义。采用丙烯酸类涂料对混凝土进行涂装保护，施工方便，耐久性好，技术经济方面都具有相当优势，应大力推广。参考文献［1］.JTG/TB07-01-2006，公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范［S］.［2］.GBT9755-1995，合成树脂乳液外墙涂料［S］.［3］.庞启财.桥梁防腐蚀涂装和维修保养［M］.化学工业出版社，2003年［4］.刘其伟，许崇法.江阴大桥南接线山凹口大桥检测与缺陷维修设计［R］.东南大学交通学院.2007.《2010大跨径桥梁创新技术论坛论文集》（人民交通出版社）ISBN978-7-114-08746-22010.11