柔性防腐材料在高速公路橋梁防撞墻上的研究與應(yīng)用

王永崗

（山西省交通建設(shè)工程監(jiān)理總公司，山西 太原 030012）

0 引言

近年來(lái)，高速公路橋梁防撞墻根部混凝土的腐蝕破壞問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，通車3年左右根部表面破損是各條高速公路橋梁防撞墻的常態(tài)，通車10年以上造成鋼筋銹蝕及結(jié)構(gòu)破損也在部分路段逐漸表現(xiàn)[1]。預(yù)防及治理混凝土腐蝕所帶來(lái)的結(jié)構(gòu)破壞和延長(zhǎng)它們的使用壽命，已逐漸被高速公路養(yǎng)護(hù)部門及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)所重視。對(duì)于防撞墻混凝土的破損及腐蝕問(wèn)題，最簡(jiǎn)單快捷的方法是刷涂保護(hù)層，通過(guò)密封的手段減少混凝土與外界的接觸，減少氯離子侵蝕、凍融破損及其自身的中性化[2]。但單獨(dú)的一層防腐層對(duì)混凝土的保護(hù)效果相對(duì)較差，受混凝土膨脹、外界沖擊、多重腐蝕的影響[3]，采用單層防護(hù)措施的混凝土防撞墻在應(yīng)用2年后較易發(fā)生破損，故而提出對(duì)混凝土防撞墻采用多層防腐措施的柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)。柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)具有結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、涂層抗腐蝕、適應(yīng)混凝土自收縮的特點(diǎn)，本文結(jié)合工程實(shí)例全面總結(jié)并分析防腐涂裝的材料選用和應(yīng)用效果，為后續(xù)類似工程的施工提供經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

山西省聞垣高速地處山西省中南部地區(qū)，夏季炎熱，冬季寒冷，冷熱循環(huán)極其明顯。自2010年通車運(yùn)營(yíng)后，冬季降雪較多，為保證高速公路正常通行，融雪劑使用較為頻繁。混凝土表面毛細(xì)孔分布較多，融雪劑中的氯離子極易向混凝土內(nèi)部遷移和滲透，造成混凝土強(qiáng)度下降、鋼筋銹蝕等問(wèn)題，加之過(guò)往車輛快速通過(guò)后帶起的石子等雜物對(duì)防撞墻表面的沖擊，防撞墻表面混凝土破損嚴(yán)重。2012年，聞垣高速公路建設(shè)管理處采用柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)對(duì)聞垣高速楊家河大橋防撞墻下部30 cm區(qū)域進(jìn)行了防腐處理。通過(guò)對(duì)防撞墻破損處結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，涂布封閉底漆、水泥基防水層、丙烯酸柔性防腐層以實(shí)現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)混凝土、透氣防水、阻止腐蝕源的進(jìn)入的目的。2015年7月，經(jīng)過(guò)3年多的跟蹤觀測(cè)，防撞墻表面良好，圖1為施工前后對(duì)比圖。

圖1 防撞墻在柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)使用前后的應(yīng)用效果

2 防腐涂裝方案設(shè)計(jì)

2.1 防腐材料的選用

根據(jù)防撞墻防腐設(shè)計(jì)要求，該防撞墻下部30 cm區(qū)域涂裝方案為水性環(huán)氧封閉底漆+水泥基防水漿料+柔性丙烯酸防腐面漆。由于聞垣高速通車兩年，防撞墻根部表面腐蝕較嚴(yán)重，需對(duì)根部破損部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。在打磨和清理干凈破損區(qū)域后，對(duì)原始區(qū)域進(jìn)行原材料補(bǔ)強(qiáng)，之后采用水性環(huán)氧封閉底漆進(jìn)行修補(bǔ)，水性環(huán)氧封閉底漆主要由水性環(huán)氧樹(shù)脂、固化劑及其他助劑組成，主要優(yōu)點(diǎn)是材料與基底黏結(jié)強(qiáng)度高、干燥時(shí)間快、封閉效果好。

水泥基防水漿料是一種AB組分、水泥基干粉狀防水材料，生成物能滲入混凝土表層微孔中，封堵這些微型路徑并與防撞墻基面結(jié)合為一體，同時(shí)在防撞墻表面形成附著力極強(qiáng)的密實(shí)涂層，進(jìn)一步起到封閉、防水作用。

柔性丙烯酸防腐面漆一種柔韌性極佳的純丙烯酸水性防腐涂料，單組份，采用紫外光自交聯(lián)型多元聚丙烯酸酯彈性乳液為基料，并添加多種助劑配制而成。其優(yōu)點(diǎn)是具有良好的彈性、與基材結(jié)合良好、具有優(yōu)異的常溫和低溫柔韌性和優(yōu)良的防腐性、優(yōu)異的抗有害氣體滲透性能、出色的耐候性、極強(qiáng)的抗紫外線能力、施工簡(jiǎn)單，其主要性能見(jiàn)表1，經(jīng)檢驗(yàn)其性能符合JT/T 685—2007《混凝土橋梁結(jié)構(gòu)表面涂層防腐技術(shù)條件》中Im2腐蝕環(huán)境下防腐涂料的技術(shù)要求。

經(jīng)過(guò)對(duì)進(jìn)場(chǎng)材料進(jìn)行見(jiàn)證取樣檢驗(yàn)，各項(xiàng)性能符合相關(guān)技術(shù)要求。

表1 柔性丙烯酸防腐面漆技術(shù)指標(biāo)

2.2 涂裝方案設(shè)計(jì)及驗(yàn)證

該工程混凝土結(jié)構(gòu)表面涂層防腐蝕范圍主要為防撞墻根部20 cm垂直豎里面+10 cm傾斜豎里面。涂層系統(tǒng)由底、中、面三層次組成，各涂層設(shè)計(jì)厚度分別為：50 μm水性環(huán)氧封閉底漆、800 μm水泥基防水漿料中間層、100 μm柔性丙烯酸防腐面漆，涂裝顏色除面漆要求為黑黃色熒光漆外，其他不做要求。

為了對(duì)涂裝施工提供理論支撐，在涂裝施工前，對(duì)涂裝工藝進(jìn)行了施工前的驗(yàn)證性檢驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，水性環(huán)氧封閉底漆1遍+水泥基防水漿料中間層2遍+柔性丙烯酸防腐面漆2遍可滿足設(shè)計(jì)厚度要求，具體事例及數(shù)據(jù)見(jiàn)表2及圖2。

圖2 涂裝前厚度與涂刷遍數(shù)驗(yàn)證試驗(yàn)

表2 防腐涂裝遍數(shù)及濕膜、干膜厚度試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果對(duì)照表

3 應(yīng)用效果評(píng)估

對(duì)防撞墻防護(hù)效果的應(yīng)用效果評(píng)估從兩方面進(jìn)行考慮，一方面是短期性能評(píng)價(jià)，開(kāi)展模擬效果評(píng)估，即通過(guò)模擬試驗(yàn)測(cè)定防撞墻的防護(hù)效果，這里我們采用電量法。另一方面是長(zhǎng)期性能評(píng)價(jià)，通過(guò)長(zhǎng)期外觀觀測(cè)及鉆取混凝土樣芯，開(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)定混凝土的氯離子含量變化。從而綜合分析柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)對(duì)防撞墻的防護(hù)效果。

3.1 電量法測(cè)定混凝土的導(dǎo)電量

根據(jù)ASTM C1202—2010混凝土抗氯離子滲透性能的電動(dòng)指示試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝土氯離子滲透性測(cè)試，測(cè)試混凝土的防腐效果，表3為ASTM C1202評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]。采用C30混凝土制備直徑100 mm，高50 mm的6組標(biāo)準(zhǔn)芯樣，6組芯樣表面采用不同方式處理，包括空白樣、刷涂市面上通用防腐反光漆、刷涂柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)各涂層及全部涂層。將試件安裝于試驗(yàn)槽內(nèi)，在外加電場(chǎng)下，記錄持續(xù)通電6 h后通過(guò)混凝土試件的總電量，見(jiàn)表4，取同組芯樣通過(guò)電量的平均值作為該種試件的通電量，以此來(lái)評(píng)價(jià)混凝土氯離子滲透性。

表3 ASTM C1202評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表4 ASTM C1202試驗(yàn)混凝土滲透性評(píng)價(jià)

通過(guò)ASTM C1202混凝土滲透性試驗(yàn)，未采取保護(hù)措施的混凝土空白樣通電量較高，氯離子滲透性評(píng)級(jí)達(dá)中級(jí)水平。采用保護(hù)措施后，其氯離子滲透性顯著下降，對(duì)比柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)體系與各涂層的氯離子滲透性，可知采用復(fù)合防腐技術(shù)較單一防腐技術(shù)其防護(hù)效果更優(yōu)。對(duì)比各涂層的通電量，由于滲透性均處于很低的水平，故引入通電量比的概念，即涂層樣芯通電量與空白樣芯的比值，市售通用反光漆與水泥基防水漿料中間層的通電量比處于同一水平，但較柔性丙烯酸防腐面漆較差，市售通用防腐反光漆防腐蝕效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)體系。

對(duì)于混凝土滲透性試驗(yàn)，混凝土的通電量與混凝土的密實(shí)度密切相關(guān)，混凝土的防護(hù)效果越好，其內(nèi)部空隙就越少，從而減少了試驗(yàn)中離子的遷移通道。涂層保護(hù)和混凝土自身抵抗的禍合作用對(duì)混凝土的保護(hù)效果較明顯，混凝土采用防腐涂層保護(hù)后其通電量明顯得到下降,等級(jí)變?yōu)椤昂艿汀焙汀昂雎浴笔够炷翝B透性改善了一個(gè)等級(jí)。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)鉆芯測(cè)定Cl-的化學(xué)濃度

為全面掌握柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)應(yīng)用效果，2015年7月，在聞垣高速楊家河大橋上對(duì)4個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行氯離子含量測(cè)定，其中一個(gè)為未做任何防護(hù)的空白樣，3個(gè)為經(jīng)相同防護(hù)處理的對(duì)比測(cè)定區(qū)，在防撞墻根部相同高度位置上鉆取不同深度的混凝土粉末樣品進(jìn)行化學(xué)分析，根據(jù)混凝土中鋼筋處氯離子含量，按表5評(píng)判其誘發(fā)鋼筋銹蝕的可能性，根據(jù)不同測(cè)區(qū)深度Cl-含量變化，驗(yàn)證柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)的應(yīng)用效果，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)圖3。

表5 混凝土氯離子含量評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)檢測(cè)，該橋梁混凝土中Cl-含量隨構(gòu)造深度的增加而逐漸減少，未做防護(hù)的空白區(qū)Cl-最高值達(dá)0.921%，鋼筋附近Cl-最低值也在0.382%，Cl-含量總體較高，混凝土腐蝕嚴(yán)重，誘發(fā)鋼筋銹蝕可能性為不確定，但存在鋼筋銹蝕的傾向。該橋段防護(hù)處理區(qū)的3個(gè)測(cè)區(qū)Cl-含量均處于較低水平，說(shuō)明柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)對(duì)該橋段的防護(hù)處理起到了實(shí)效，其外觀良好的同時(shí)防護(hù)效果顯著，3個(gè)測(cè)區(qū)鋼筋附近氯離子含量最高值為0.084%，根據(jù)《公路橋梁承載能力檢測(cè)評(píng)定規(guī)程》[5]，橋梁氯離子誘發(fā)鋼筋銹蝕的可能性很小。

圖3 不同構(gòu)造深度的混凝土氯離子含量

4 結(jié)論

凍融破壞及氯離子引起的混凝土破損、鋼筋腐蝕是造成高速公路通行環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化的主要原因。各高速公路養(yǎng)護(hù)部門在總結(jié)過(guò)往經(jīng)驗(yàn)上，已對(duì)混凝土防撞墻的腐蝕破壞問(wèn)題高度重視。以楊家河大橋?yàn)槭痉豆こ痰娜嵝詷蛄航Y(jié)構(gòu)防腐技術(shù)，借助自身多層復(fù)合結(jié)構(gòu)的保護(hù)措施，嚴(yán)格控制水分及氯離子的進(jìn)入，適應(yīng)混凝土的自收縮，抵抗外界雜物的沖擊。在歷經(jīng)多年應(yīng)用后，應(yīng)用效果良好，防護(hù)作用顯著。用實(shí)例證明柔性橋梁結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)在應(yīng)對(duì)高速公路錯(cuò)綜復(fù)雜環(huán)境下混凝土腐蝕破損的應(yīng)用效果。