防腐與防塵技術(shù)應(yīng)用在橋梁伸縮裝置在設(shè)計與養(yǎng)護工程的意義

農(nóng)建華

【摘 要】橋梁伸縮縫具有一定的使用年限，它是橋梁工程中使用到的一個重要附件，我國早期側(cè)重于橋梁結(jié)構(gòu)的研究而對于橋梁伸縮縫的研究較為滯后，隨著我國各個工程建筑領(lǐng)域施工工藝的不斷革新，目前針對于橋梁附件的研究得到了學術(shù)界與工程施工領(lǐng)域的重視。其中，防腐與防塵技術(shù)在橋梁伸縮裝置中的應(yīng)用取得了良好的效果，通過對我國大量的橋梁伸縮縫的綜合調(diào)查發(fā)現(xiàn)，橋梁伸縮縫早期損壞的原因與安裝槽口的深度和伸縮裝置不合適存在直接的關(guān)系，此外混凝土裂紋及止水帶破損漏水也會導致橋梁伸縮縫的早期損壞。

【關(guān)鍵詞】防腐與防塵技術(shù);橋梁伸縮裝置;設(shè)計與養(yǎng)護;應(yīng)用研究

【中圖分類號】U445.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）02-0093-03

1 常見的橋梁伸縮裝置病害及其維修與養(yǎng)護

常見的橋梁伸縮裝置病害有混凝土龜裂、止水帶破損、混凝土點蝕和麻面、混凝土破損和邊梁斷裂、中梁斷裂、中梁錯位、缺少預埋鋼筋、橋臺錯位、結(jié)構(gòu)物間隙過大、橋面鏤空與梁端缺陷、偽劣產(chǎn)品病害等（如圖1～12所示）。

常見的橋梁伸縮裝置病害維修分類說明如下：單車道以內(nèi)的混凝土點蝕麻面及混凝土龜裂可以采用混凝土專項養(yǎng)護維修措施，專項養(yǎng)護維修是指專門對混凝土結(jié)構(gòu)進行維修與養(yǎng)護;止水帶破損病害可采取止水帶專項養(yǎng)護維修措施;單車道的混凝土破損和缺少預埋筋的病害可以采用混凝土綜合養(yǎng)護維修措施，其中輔以植筋的方式能夠強化混凝土結(jié)構(gòu)的性能;橋臺錯位、結(jié)構(gòu)物間隙過大的病害可以采用混凝土綜合養(yǎng)護和增加挑梁的方式進行維修與養(yǎng)護;橋梁伸縮縫縫體錯位的情況可以進行縱縫施工處理;橋面鏤空與梁端缺陷可以采用增設(shè)立模和挑梁養(yǎng)護等措施進行維修施工與養(yǎng)護;其他類型的橋梁伸縮縫病害可以采用換縫措施。

2 銹蝕與縫內(nèi)雜物對伸縮縫的危害

橋梁伸縮裝置與橋梁之間的連接部分主要為混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)，施工過程中通過利用鋼筋的性質(zhì)和混凝土的可塑性實現(xiàn)錨固的形成，保證伸縮裝置與橋梁之間的安全連接，但是鋼筋表面的狀態(tài)會受到外界因素的影響，尤其是在混凝土澆筑之前，整個錨固體系的鋼筋極易發(fā)生銹蝕問題，被銹蝕過的鋼筋的錨固性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性都會受到較為嚴重的影響，同時還會對伸縮裝置與橋梁之間連接的可靠性產(chǎn)生一定程度的影響。如果不考慮外界的影響因素，單純分析混凝土與鋼筋，那么鋼筋也有表面混凝土的炭化和氯離子侵蝕而發(fā)生銹蝕的問題。一般情況下，被銹蝕后的鋼筋體積相比于原鋼筋體積常擴增2～3倍，如果這種由于鋼筋體積擴大而產(chǎn)生的力成為膨脹力，那么原本的錨固結(jié)構(gòu)會受到這種膨脹力的作用而體現(xiàn)在混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)的表面，這種作用力也稱為鋼筋銹脹力[2]。當混凝土表面的保護層較厚時，鋼筋銹脹力就會誘發(fā)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)呈“漏斗”形狀破損，學術(shù)界常將這種破損形式稱為一般類型的腐蝕破壞。如果在鋼筋銹脹力作用的基礎(chǔ)上將順筋開裂面與縱向鋼筋所成的角假定為45°時，順筋開裂面將會產(chǎn)生均布拉應(yīng)力，鋼筋銹脹力也會導致混凝土結(jié)構(gòu)表面形成一個微小的開裂。

實踐研究表明，當混凝土結(jié)構(gòu)表面開裂后，原本被銹蝕的鋼筋受外界因素的影響將會加快銹蝕速度，而銹蝕速度的加快所映射的問題就是橋梁伸縮裝置與橋梁之間連接穩(wěn)定性的逐漸降低，可以說，混凝土結(jié)構(gòu)表面一旦開裂，就會對整個混凝土結(jié)構(gòu)的性能和橋梁伸縮裝置的穩(wěn)固性產(chǎn)生影響。實際上，混凝土保護層的施工厚度、施工過程中所選擇的混凝土型號和強度、鋼筋的型號和強度及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中鋼筋的位置等，對于鋼筋銹脹開裂均存在直接影響，而鋼筋銹脹引發(fā)的混凝土結(jié)構(gòu)開裂的情況也存在多樣性的特點，較為常見的幾種情況為角區(qū)破壞、層裂破壞、一般開裂破壞等。經(jīng)綜合分析發(fā)現(xiàn)，無論混凝土結(jié)構(gòu)以何種情況發(fā)生破壞，都會誘發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)的早期病害，對于橋梁伸縮裝置的使用壽命存在直接影響。此外，橋梁伸縮裝置的自由伸縮度和防漏水功能都會受到縫內(nèi)雜物的影響。

3 防腐與防塵技術(shù)在常用鋼制品類伸縮縫中的應(yīng)用

3.1 類似于原產(chǎn)德國的“毛勒”進口伸縮縫

20世紀90年代初期，橋梁伸縮裝置的代表性產(chǎn)品為德國“毛勒”縫、瑞士“馬格巴”縫和美國“德固賽”縫。上述3種進口伸縮裝置產(chǎn)品的表面均采用了金屬涂層工藝，以達到防腐防銹的目的。而在實際的施工過程中，錨固與橋梁梁體也應(yīng)用了金屬涂層工藝，在產(chǎn)品施工安裝之后所獲得的效果較理想，該防腐措施對于橋梁伸縮裝置的使用壽命起到保護作用。

3.2 國內(nèi)早期生產(chǎn)的仿“毛勒”伸縮縫

20世紀90年代中前期，國內(nèi)結(jié)合德國“毛勒”伸縮縫進行了伸縮裝置的制造與改良，當時代表性的伸縮裝置生產(chǎn)廠家是我國江蘇的一家“毛勒”橋梁附件有限公司，該公司生產(chǎn)的產(chǎn)品的金屬固件通過滾筒除銹工藝處理，還應(yīng)用了環(huán)氧富鋅漆進行涂層處理，涂層的厚度取決于構(gòu)件的重要性。該公司將環(huán)氧富鋅漆的涂層防腐技術(shù)應(yīng)用于橋梁伸縮裝置的梁體和錨固件等，雖然該技術(shù)相較于金屬涂層工藝的應(yīng)用效果存在一定程度的差異，但是環(huán)氧富鋅漆涂層防腐技術(shù)是當時我國較為先進的措施之一[3]。

3.3 國內(nèi)企業(yè)鋼制品如“梳齒型”伸縮縫

20世紀70年代，我國已經(jīng)開始小規(guī)模生產(chǎn)各種類型的橋梁伸縮裝置，該階段的橋梁伸縮裝置的主要特點是金屬構(gòu)件與防水材料的結(jié)合，較為典型的是“梳齒型”伸縮縫，但是該階段國內(nèi)各個橋梁伸縮裝置的生產(chǎn)廠家并沒有對防腐技術(shù)與防塵技術(shù)予以高度重視，預置螺栓加密封膠及簡單的防銹防腐技術(shù)是較為常用的制造工藝，部分伸縮裝置僅是為了美觀而在裝置的表面加涂了兩層面漆涂料。該階段關(guān)于橋梁伸縮裝置的發(fā)展對于日后防腐防塵技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用產(chǎn)生了消極的影響。

3.4 “SS”型專利伸縮縫

20世紀90年代末期，東南大學與當時我國江蘇省引進“毛勒”技術(shù)的相關(guān)技術(shù)工作人員聯(lián)合研究開發(fā)了“SS”型專利伸縮裝置，但是受各種客觀因素的影響，初期研究出來的產(chǎn)品多為40～60 mm的規(guī)格，當時梁體和錨固件都進行了金屬涂層處理工藝，但是并未對重要構(gòu)件的防塵予以重視，研究人員結(jié)合橋梁伸縮裝置的不同定長要求，應(yīng)用了電化學鍍鋅和熱浸鍍鋅兩種工藝實現(xiàn)了伸縮裝置的防腐目標，“SS”伸縮裝置所具備的性能與初期的“毛勒”或者其他進口伸縮縫的性能相持平，通過實踐應(yīng)用明確了“SS”伸縮裝置在安裝后的使用壽命較為理想。

4 橋梁伸縮裝置防腐與防塵技術(shù)要點

4.1 防腐技術(shù)要點分析

在“FSS”和“SS”橋梁伸縮裝置大量投入應(yīng)用的過程中，業(yè)內(nèi)人士針對橋梁伸縮裝置的性能進行了綜合分析，并提出了問題：橋梁伸縮裝置的防腐工藝和防腐性能是否會對混凝土與伸縮裝置之間的聯(lián)合力產(chǎn)生影響？針對這一問題，東南大學的專家開展了進一步研究，并通過實驗分析了伸縮縫和錨固混凝土的聯(lián)結(jié)處的聯(lián)結(jié)效果，將疲勞加載的量值設(shè)置在0～700 kPa，實驗證明混凝土表面并未出現(xiàn)裂縫[4]。顯然，防腐技術(shù)的應(yīng)用對于橋梁混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的提升具有重要的作用，而且不同的防腐措施和防腐技術(shù)對于伸縮縫的使用壽命也存在不同的影響。

錨固件與其他元件都存在銹蝕隱患，所以防腐技術(shù)需要結(jié)合伸縮裝置的使用年限，全方位地關(guān)注防腐技術(shù)的應(yīng)用，在伸縮裝置的設(shè)計過程中就要提出相應(yīng)的防腐要求，并將防腐要求貫穿于設(shè)計階段、生產(chǎn)階段、建設(shè)階段和施工維護階段。其中，生產(chǎn)階段應(yīng)結(jié)合性價比選擇當前較為先進和應(yīng)用效果良好的防腐技術(shù)，盡可能減少錨固件的焊接余渣和焊接界面。采購階段應(yīng)按照標準要求進行材料的選擇，切勿為了降低伸縮裝置的生產(chǎn)成本而選擇劣質(zhì)原材料，并且要結(jié)合圖紙和防腐措施進行材料的采購，保證采購材料滿足施工圖紙所規(guī)定的尺寸要求。在維護環(huán)節(jié)和施工環(huán)節(jié)，應(yīng)做好防腐涂層的恢復工作，及時清除余渣，保證產(chǎn)品的敏感部位不接觸到水。

4.2 防塵技術(shù)要點分析

受到外部環(huán)境因素的影響，伸縮裝置縫內(nèi)異物的處理是當前較為重要的一個問題，但是我國地域廣闊，農(nóng)村道路或者地礦人稀地區(qū)的橋梁養(yǎng)護工程的從業(yè)人員人數(shù)嚴重不足，加之自然環(huán)境的影響，導致伸縮裝置縫內(nèi)異物得不到及時處理。因此，可以在伸縮裝置縫縫體間置入防塵膠條，有利于車輛行駛中自動帶走伸縮縫內(nèi)的異物。

參 考 文 獻

[1]彭大文.中日已建橋梁的無伸縮裝置方法綜述[J].工程力學，2001（a1）：896-900.

[2]穆祥純.論城市橋梁伸縮裝置的創(chuàng)新技術(shù)[J].特種結(jié)構(gòu)，2015（2）：48-54.

[3]吳文彬.公路橋梁伸縮裝置的設(shè)計與施工[J].中國港灣建設(shè)，2007（2）：56-57.

[4]倪國葳，王興國，吳文彬.GQF型橋梁伸縮裝置的設(shè)計與施工[J].世界地震工程，2007（4）：184-188.