硅烷浸漬技術(shù)在高寒地區(qū)路橋保護(hù)中的應(yīng)用研究

高立軍

（黑龍江道弘路橋養(yǎng)護(hù)工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

由于氣候條件影響，中國(guó)北方公路有5個(gè)月左右積雪期，秋冬、冬春交替時(shí)間長(zhǎng)，凍融頻繁，對(duì)公路工程耐久性造成很大影響，出現(xiàn)了大量的路橋病害，橋梁主要病害表現(xiàn)在混凝土裂縫、表面開(kāi)裂與剝蝕、骨料與鋼筋裸露、鋼筋銹蝕、混凝土碳化等。橋梁病害中多發(fā)且危害最大的是橋墩水位變化區(qū)域混凝土剝落和鋼筋銹蝕?；炷谅访娌『χ饕憩F(xiàn)在大面積剝蝕、縱橫向裂縫、交叉裂縫和板角裂縫等，破壞了面層結(jié)構(gòu)完整性，有的面層局部發(fā)生裂紋、起皮、麻面、坑洞等現(xiàn)象，甚至發(fā)生錯(cuò)臺(tái)、沉陷、隆起和拱起等變形，極大地縮短了公路使用壽命。

1 病害原因分析及解決途徑

主要是混凝土本身的多孔結(jié)構(gòu)具有吸水性能，使其防水、抗?jié)B、抗鹽腐蝕、抗凍融能力先天不足。首先、砼本身的多孔結(jié)構(gòu)致使其具有一定的吸水能力，而水又能通過(guò)凍融循環(huán)的應(yīng)力作用，對(duì)砼結(jié)構(gòu)造成持續(xù)性的破壞。其次，在寒冷地區(qū)經(jīng)常使用除冰鹽、融雪劑等用以除去公路表面積雪、積冰，在除冰雪的同時(shí)也促使了CI-、SO4、Mg2+等向混凝土中遷移和滲透，與水共同作用產(chǎn)生鹽凍、鹽蝕，破壞砼路面，結(jié)果造成砼路面大面積嚴(yán)重剝蝕。

到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有任何能夠解決此問(wèn)題的經(jīng)濟(jì)適用的修復(fù)方法，致使有的公路使用不到設(shè)計(jì)年限的一半就需大修，既嚴(yán)重影響了路面通車(chē)質(zhì)量又給國(guó)家造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失?？梢?jiàn)，做好混凝土路面和橋梁的防水和防止氯離子向混凝土中遷移和滲透，是目前唯一能減少混凝土路面和橋梁凍融、鹽凍、鹽蝕損害，提高混凝土路面和橋梁結(jié)構(gòu)耐久性的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的根本途徑。

為此交通部《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F30-2003中對(duì)防止鹽凍剝落破損設(shè)置了一些方法，如使用引氣劑、減小氣泡間距、控制水灰比等。這些方法雖然能減少冰凍損害，但對(duì)鹽凍剝落破壞即使正確使用上述方法也只能減緩，卻不能防止。而硅烷浸漬技術(shù)則是既能防水、防凍融，又能防鹽蝕的最有效方法。為此交通部JTG/T1307-01-2006《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》將硅烷浸漬作為水泥混凝土路面和橋梁防水、防凍融、防鹽蝕的主要措施。

2 硅烷浸漬技術(shù)的優(yōu)越性

“硅烷浸漬技術(shù)”就是將無(wú)色、透明、無(wú)味、滲透型的美國(guó)道康寧砼抗水劑產(chǎn)品，均勻地噴涂到水泥混凝土路面、防撞墻、隔離墩、橋面、橋身和橋墩等混凝土結(jié)構(gòu)表面上，利用硅烷活性物質(zhì)的滲透性，并與混凝土基材中的堿性物質(zhì)作用，生成幾毫米至十幾毫米厚度的憎水層，這層憎水層在混凝基材表面以下，所以不會(huì)因噴涂而改變混凝土表面的外觀(guān)，也不會(huì)因表面磨損而破壞，從而提高砼表面的防水、抗?jié)B能力，進(jìn)而提高砼的抗凍融能力，防止氯離子對(duì)砼的損害，抵御除冰鹽、融雪劑對(duì)公路砼路面的鹽腐蝕破壞，增加砼的耐久性，有效地延長(zhǎng)高寒地區(qū)路橋的使用壽命，降低其維護(hù)成本

2.1 優(yōu)異的防水性，顯著降低混凝土的吸水率，提高混凝土防水抗?jié)B能力

硅烷液體具有較小的表面張力，滲入混凝土內(nèi)，同混凝土基材中的堿性物質(zhì)互相作用，生成幾毫米至十幾毫米厚度的憎水層，通過(guò)硅烷分子的斥水性，切斷了水進(jìn)入結(jié)構(gòu)體的通道，極大的降低混凝土吸水量。C50混凝土應(yīng)用JC9801硅烷抗水劑保護(hù)后，其吸水降低率為91.7%，應(yīng)用JC9802硅烷抗水劑保護(hù)后，其吸水降低率為90%。顯著的降低混凝土的吸水率，提高了混凝土的抗?jié)B和防水能力。

2.2 優(yōu)異的抗氯離子能力，耐酸堿腐蝕能力

硅烷所具有的斥水性，在極大的降低混凝土吸水率同時(shí)，也極大的降低了混凝土吸收各種溶水有害化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入。減少了有害化學(xué)物質(zhì)對(duì)混凝土的破壞。經(jīng)檢測(cè)，JC9801的氯離子吸收率降低86.4%，JC9802的氯離子吸收率降低82.5%。非常適合酸、鹽、堿地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)保護(hù)，從根本上解決因酸堿鹽浸漬造成的鋼筋銹蝕、鋼筋裸露等病害，保證結(jié)構(gòu)體的各項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性。

2.3 顯著的提高混凝土抗凍融能力和抗鹽凍能力

經(jīng)過(guò)硅烷浸漬技術(shù)保護(hù)后的混凝土結(jié)構(gòu)其自身吸水量非常小，避免了因凍融產(chǎn)生的混凝土破壞，也避免了自然界酸、堿、鹽及人工除冰鹽和除雪劑等有害物質(zhì)對(duì)混凝土的破壞。在交通廳重點(diǎn)科研課題研究中，根據(jù)樣板路段、樣板橋使用硅烷浸漬和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，經(jīng)硅烷浸漬保護(hù)后的結(jié)構(gòu)體抗鹽凍能力平均提升了5倍以上，C30砼涂JC-9802抗鹽凍能力提升543%，C40砼涂JC-9802抗鹽凍能力在提升522%，C40砼涂JC-9801抗鹽凍能力在提升511%，C50砼涂JC-9802抗鹽凍能力在提升441%。

涂刷硅烷后混凝土的在氯化鈉溶液中的凍融次數(shù)

2.4 小分子結(jié)構(gòu)，深入滲透混凝土內(nèi)部，在不改變混凝土外觀(guān)和顏色的同時(shí)，保證了混凝土的透氣性，又保證了各項(xiàng)路用指標(biāo)。硅烷液體具有較小的表面張力，噴涂在混凝土表面后，可以很快的滲入混凝土1～20微米的毛細(xì)孔內(nèi)，與混凝土中的堿反應(yīng)、結(jié)合，形成一道深入混凝土內(nèi)部的防護(hù)膜，其深度可達(dá)3～13mm。該斥水層即不改變混凝土的外觀(guān)，也不改變路面的構(gòu)造深度、摩擦系數(shù)等路用行車(chē)安全指標(biāo)，硅烷產(chǎn)生的斥水性，抑制水分子滲入的同時(shí)，又能保證混凝土的透氣性。

2.5 水泥混凝土結(jié)構(gòu)磨耗后仍具有良好的保護(hù)能力，可與結(jié)構(gòu)同壽命。

根據(jù)磨耗后性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，對(duì)六種滲透型混凝土防護(hù)材料進(jìn)行磨耗性能測(cè)試，其中包括硅烷、丙烯酸和環(huán)氧樹(shù)脂等多種材料。在測(cè)試前，它們的耐氯離子滲透有效率均為90%左右。第一次，磨掉處理后混凝土表面1mm，此時(shí)，丙烯酸和環(huán)氧樹(shù)脂等處理的混凝土表面的耐氯離子滲透有效率下降為30%左右，而硅烷處理的混凝土表面仍然為90%左右；第二次，磨掉3～4mm，此時(shí)，丙烯酸和環(huán)氧樹(shù)脂等處理的混凝土表面的耐氯離子滲透有效率下降為0%，而硅烷處理的混凝土表面，低濃度、淺滲透的表面下降為30～40%，而高濃度、深滲透的表面仍然保持為90%左右。

2.6 防微裂縫滲水能力

混凝土開(kāi)裂是非常難以控制的。硅烷對(duì)于混凝土的微裂縫也能提供一定的防水保護(hù)。根據(jù)道康寧的測(cè)試，由于硅烷的作用機(jī)理和虹吸作用，異丁基三乙氧基硅烷對(duì)于0.2mm以下的混凝土裂縫能提供防滲保護(hù)。

3 科研成果及應(yīng)用

公司從美國(guó)道康寧引進(jìn)硅烷浸漬技術(shù)，由省交通廳設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)科研課題，委托省公路局組成專(zhuān)家課題組，針對(duì)硅烷浸漬技術(shù)在高寒地區(qū)應(yīng)用，進(jìn)行了可行性研究，取得了詳實(shí)數(shù)據(jù)，證實(shí)了應(yīng)用硅烷浸漬技術(shù)對(duì)水泥混凝土結(jié)構(gòu)防水、防凍融、防鹽蝕效果很好，順利通過(guò)專(zhuān)家組驗(yàn)收，給予了成果國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的肯定，建議推廣應(yīng)用。

該技術(shù)我們分別在克訥公路、同三公路、鶴大公路、哈牡高速公路和聯(lián)眾橋、新聯(lián)橋、哈爾濱太平國(guó)際機(jī)場(chǎng)、富綏松花江大橋等工程中應(yīng)用，最早工程時(shí)間都已過(guò)去了六年以上，該路面和橋梁沒(méi)有再發(fā)生剝蝕、斷縫等現(xiàn)象，取得了防水、防凍融、防鹽蝕的成功。

4 應(yīng)用建議

根據(jù)寒區(qū)公路和橋梁的具體情況，建議在經(jīng)常使用除冰鹽、融雪劑的混凝土路段，特別大型橋梁及公路收費(fèi)區(qū)的建設(shè)養(yǎng)護(hù)中重點(diǎn)使用，如果在混凝土路面和橋梁建成通車(chē)之前應(yīng)用此技術(shù)，則效果更佳，將會(huì)帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]交通部《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F30-2003

[2]交通部《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》JTG/T1307-01-2006