海域環(huán)境新型混凝土涂裝方案的應(yīng)用與性能研究

夏云龍，周依依，吳 添

(1．浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，杭州 310030；2. 浙江交投交通建設(shè)管理有限公司，杭州311201)

1 工程背景

1.1 項(xiàng)目概況

浙江省樂清灣大橋及接線工程是國高網(wǎng)浙江省甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線的重要組成部分，也是浙江省“兩縱兩橫三繞三通道十八連”高速公路網(wǎng)中“一連”的重要組成部分。

樂清灣跨海大橋位于樂清灣北部，海中以茅埏島為界分為1號(hào)橋和2號(hào)橋兩座獨(dú)立的特大橋，全長(zhǎng)約7.765km，是浙江省樂清灣大橋及接線工程的控制性工程。樂清灣1號(hào)橋主通航孔采用主跨150m的V型墩預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)剛構(gòu)橋，樂清灣2號(hào)橋采用主跨365m雙塔整幅疊合梁斜拉橋，引橋均采用60m跨等截面預(yù)制拼裝箱梁。

1.2 項(xiàng)目建設(shè)條件

橋址區(qū)位于浙東南沿海，屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，具有季風(fēng)顯著、四季分明、溫暖濕潤(rùn)、雨量豐富、臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的氣候特點(diǎn)。具體建設(shè)條件如表1所示：

表1 建設(shè)條件一覽表

從表1可知，該項(xiàng)目建設(shè)所處環(huán)境屬于重度鹽霧區(qū)。

1.3 項(xiàng)目特點(diǎn)

1.3.1 結(jié)構(gòu)耐久性要求高

根據(jù)樂清灣跨海大橋所處環(huán)境，設(shè)計(jì)單位采用了海工混凝土且增加混凝土保護(hù)層厚度的方式以提高結(jié)構(gòu)耐久性。但裸露的混凝土在自然界中會(huì)遭受潮水、雨霧、紫外線等侵蝕，混凝土的表面碳化不可避免；且在強(qiáng)潮海灣海水和浪的不斷沖刷下，混凝土也會(huì)增加孔隙率，加大氯離子滲入內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)。

為此，設(shè)計(jì)單位對(duì)混凝土表面進(jìn)行涂裝，封閉混凝土孔隙或縫隙，增加涂層保護(hù)，降低海水、雨水等酸性物質(zhì)對(duì)混凝土表面的碳化，同時(shí)也降低氯離子的滲透，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性[1-2]。

1.3.2 景觀美學(xué)要求高

項(xiàng)目沿線具有旖旎的海濱風(fēng)光，特別是路線所經(jīng)的主要縣域—玉環(huán)縣，具有優(yōu)越的生態(tài)、旅游資源，樂清灣大橋作為玉環(huán)的地標(biāo)性建筑，有較高的景觀美學(xué)要求。

項(xiàng)目在施工時(shí)，為縮短海上施工作業(yè)時(shí)間、提高工程質(zhì)量、降低施工風(fēng)險(xiǎn)，樂清灣跨海大橋的引橋和1號(hào)橋主橋均采用節(jié)段梁預(yù)制拼裝施工方案。該方案有效提升了工程質(zhì)量，縮短了海上施工時(shí)間，但也存在節(jié)段梁拼縫多、節(jié)段間混凝土存在色差、施工臨時(shí)孔洞多等影響橋梁外觀的因素。

為此，必須通過涂裝，修補(bǔ)缺陷，減少混凝土色差，提升橋梁景觀。

2 涂裝方案設(shè)計(jì)

2.1 現(xiàn)有涂裝方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析

目前公路、水運(yùn)、鐵路、建筑行業(yè)均有混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕的相關(guān)規(guī)范，但建筑行業(yè)尚無針對(duì)海洋環(huán)境的防腐涂裝，公路、水運(yùn)和鐵路針對(duì)海洋環(huán)境主要采用硅烷浸漬和環(huán)氧封閉漆進(jìn)行涂裝。硅烷浸漬用膏狀或液體類硅烷涂覆混凝土表面，滲透進(jìn)混凝土表層使混凝土具有低吸水率、低氯離子滲透率并具有透氣性的防腐蝕措施，硅烷浸漬涂裝方案防腐效果好，但該種涂裝多為透明，無法達(dá)到美化混凝土表面的效果[3]。

環(huán)氧封閉漆以封閉為出發(fā)點(diǎn)，隔絕混凝土表面與外部環(huán)境的接觸，達(dá)到防腐效果。由于不能透氣，外面的有害物質(zhì)無法侵入，混凝土內(nèi)部的水汽也無法排出，同時(shí)涂裝層不能滲入混凝土面層形成有效的結(jié)合，時(shí)間長(zhǎng)了易局部脫離，從而影響美觀和防腐效果。并且屬于重度涂裝，遮蓋了原有混凝土色澤，涂裝成品失去混凝土構(gòu)件形象，環(huán)氧封閉漆現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果如圖1所示。

圖1 環(huán)氧封閉漆現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)效果圖

2.2 新型混凝土涂裝方案的設(shè)計(jì)

新型混凝土有機(jī)硅樹脂體系涂層體系分為三層，如表2所示：

表2 有機(jī)硅樹脂體系涂裝方案涂層體系

底層有機(jī)硅底漆是以聚硅氧長(zhǎng)鏈烴烷類化合物為基礎(chǔ)的改性材料，涂刷在混凝土表面后，可侵入表層深處，并形成穩(wěn)定的保護(hù)層，起到有效的憎水效果，從而防止毛細(xì)孔吸水作用導(dǎo)致的碳化、氯鹽侵蝕、凍融破壞、硫酸鹽腐蝕等，具有較好的耐腐蝕性。構(gòu)成薄膜的疏水物質(zhì)只是附著在基材氣孔上而非堵塞，在阻止水分進(jìn)入的同時(shí)可允許水分自由揮發(fā)，使基材具有良好的透氣性能，同時(shí)具有比其它高分子材料更好的熱穩(wěn)定性、耐輻照和耐候能力[4]。有機(jī)硅主鏈具有黏度低、表面張力弱、表面能小、成膜能力強(qiáng)等特點(diǎn)，從而達(dá)到疏水、耐沾污、消泡、防粘、潤(rùn)滑等各項(xiàng)優(yōu)異性能。

中間層采用硅樹脂色差調(diào)整漆，主要對(duì)混凝土表面缺陷進(jìn)行修正，當(dāng)澆筑混凝土表面顏色不均勻、混凝土表面有明顯色差或微缺陷(如黑斑、花斑紋等)，利用半透明中涂層的調(diào)色作用模糊混色差界限、淡化花紋、修補(bǔ)顏色差異較大的局部缺陷。

面漆有機(jī)硅隔離劑性，由有機(jī)硅烷和硅氧烷復(fù)合而成的高分子、三維交聯(lián)的化合物，結(jié)構(gòu)類似于石英，以硅/氧為骨架，具有極好的耐候性、高疏水性和高耐候性。涂裝方案采用亞光產(chǎn)品實(shí)色面漆，有較強(qiáng)的清水混凝土感官。

新型涂裝保護(hù)體系(包括底漆、中漆和面漆)，均為有機(jī)硅類產(chǎn)品，具有單向憎水性，可使混凝土基材自由“呼吸”，能有效防止起鼓等現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)比效果如圖2所示：

圖2 樂清灣1號(hào)橋涂裝前后對(duì)比圖

該涂層方案兼顧防腐性能和外觀美化的新型材料，目前沒有直接可引用的國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為了更好檢測(cè)和驗(yàn)收，綜合現(xiàn)有公路、水運(yùn)和建筑行業(yè)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，提出了涂裝設(shè)計(jì)性能指標(biāo)，并根據(jù)涂裝使用部位，作出具體參數(shù)要求。

涂裝防腐壽命不低于20年。涂裝外觀抗老化試驗(yàn)后，不粉化、不起泡、不龜裂、不剝落；耐堿性試驗(yàn)后，不起泡、不龜裂、不剝落；標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)后，均勻、無流掛、無斑點(diǎn)、不起泡、不龜裂、不剝落等。涂層設(shè)計(jì)性能要求如表3所示：

表3 涂層設(shè)計(jì)性能要求

3 新型涂裝方案施工工藝要求

涂裝采用透明局部修補(bǔ)法施工工藝，只對(duì)大面積瑕疵部分進(jìn)行修補(bǔ)，保留清水的質(zhì)感和小面積的瑕疵。

3.1 混凝土表面處理

混凝土采用高壓水(壓力不小于10MPa)清潔，徹底除去混凝土表面上的灰漿、尖角、油污等污染物及其它松散附著物；對(duì)表面油污采用溶劑進(jìn)行清除，對(duì)表面的大型氣孔、裂縫、錯(cuò)臺(tái)等進(jìn)行處理。清理后的混凝土表面，確保平整，無油污等影響涂層質(zhì)量的物質(zhì)，最后再用淡水沖洗干凈[5]。

3.2 涂裝施工

混凝土表面涂裝前應(yīng)干燥，表面的含水率不應(yīng)大于8%；涂裝作業(yè)時(shí)混凝土表面溫度宜在5℃～45℃之間，濕度不大于80%。

底層有機(jī)硅底漆施工。對(duì)所有混凝土的表面用砂皮進(jìn)行精細(xì)打磨，使之顯露出混凝土原始的基底光澤。進(jìn)行第一道有機(jī)硅底漆刷涂施工，按先小面后大面，從上到下施工，為獲得最佳平整效果，在施工中保持濕邊操作，在整體橋面上保持連續(xù)施工，不允許中途停止，可在自然斷開處中斷施工。底漆施工總計(jì)一道，施工用量為0.13～0.15kg/m2。

中間層硅樹脂色差調(diào)整漆施工。待有機(jī)硅底漆完成干燥后，進(jìn)行中間層硅樹脂色差調(diào)整漆施工。涂裝施工時(shí)，先調(diào)整修補(bǔ)過多的部位以及色差嚴(yán)重區(qū)域，接近一致后才能進(jìn)行整體調(diào)整涂裝。確保調(diào)整漆清晰、透徹，對(duì)于嚴(yán)重部位允許保留一部分顏色不一致的情況，避免因?yàn)榫植慷绊懻w[6]。調(diào)整完畢后，用砂紙背面將調(diào)整材細(xì)小的顆粒進(jìn)行打磨，便于墻體吸收，從而使涂裝更加均勻?？傆?jì)二道，采用輥涂方式施工。

面層有機(jī)硅隔離劑性施工。待中間層完全干燥后進(jìn)行輥涂施工，采用輥涂方式，確保涂裝均勻，無漏涂和流掛現(xiàn)象，涂刷過程中不得加水，總計(jì)二道。

4 施工質(zhì)量控制和檢查驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

4.1 施工質(zhì)量控制

本項(xiàng)目開工前，對(duì)施工使用的涂料、涂層進(jìn)行獨(dú)立的質(zhì)量檢測(cè)。對(duì)涂裝現(xiàn)場(chǎng)溫度、相對(duì)濕度進(jìn)行測(cè)量，確保在涂料適應(yīng)的范圍進(jìn)行施工，并做好涂裝環(huán)境條件的記錄。涂裝在混凝土表面清潔、干燥的條件下施工，按200m2一個(gè)測(cè)點(diǎn)檢測(cè)混凝土表面含水率。大面積涂裝施工前選10m2～20m2面積試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行涂裝小區(qū)試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)合格后再進(jìn)行下階段施工[7]。

每道涂裝施工前對(duì)上道涂層的表面狀況進(jìn)行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)漏涂、流掛、變色等情況時(shí)，進(jìn)行修復(fù)處理。涂裝結(jié)束后，對(duì)涂層外觀進(jìn)行全面地目視檢查，確保涂裝表面色澤均勻、無氣泡、裂紋等缺陷。

4.2 涂裝成品質(zhì)量檢查

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，通過委托有相關(guān)資質(zhì)的單位對(duì)涂裝成品質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，涂裝質(zhì)量達(dá)到優(yōu)等品。具體涂層驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如表4所示：

表4 涂層驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

5 運(yùn)營(yíng)后涂裝效果評(píng)價(jià)

5.1 涂裝效果總體評(píng)價(jià)

樂清灣跨海大橋于2017年1月完成涂裝施工，上部結(jié)構(gòu)箱梁和下部結(jié)構(gòu)橋墩合計(jì)涂裝面積達(dá)17.5萬平方米。目前，經(jīng)5年的運(yùn)營(yíng)使用，涂裝總體牢固，無剝落、龜裂、起泡等現(xiàn)象，外觀色澤飽滿，無變色，基本和剛建成完工時(shí)一致，說明該涂裝方案總體效果佳。多年使用后的涂裝效果如圖3～圖4所示。

5.2 耐候性評(píng)價(jià)

對(duì)采用紫外線照色儀器對(duì)有機(jī)硅樹脂體系涂裝和環(huán)氧涂裝進(jìn)行照射，測(cè)量對(duì)比涂裝的光澤保持率，評(píng)價(jià)涂裝的耐候性能[8]。

環(huán)氧涂層經(jīng)1000h紫外線照射后，光澤保持率急速下降，到2000h，光澤度僅剩下約23%。有機(jī)硅樹脂體系涂裝，經(jīng)3000h紫外線照射，仍然保持有超過80%以上的光澤保持率，說明其有較強(qiáng)的耐候性。涂裝耐候性測(cè)試如圖5所示。

圖3 營(yíng)運(yùn)多年后上部結(jié)構(gòu)涂裝效果

圖4 營(yíng)運(yùn)多年后下部結(jié)構(gòu)涂裝效果

圖5 涂裝耐候性測(cè)試

5.3 涂裝提升結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)價(jià)

根據(jù)《水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JTS 153-2015》規(guī)定要求，對(duì)氯化物吸收量、抗氯離子滲透性進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表5所示：

表5 涂裝后評(píng)價(jià)性能指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

綜合吸水率、氯化物吸收量降低率和涂層抗氯離子滲透性三個(gè)指標(biāo)的測(cè)試，涂層有較好的提升結(jié)構(gòu)耐久性的能力。

6 結(jié) 語

本文介紹了新型有機(jī)硅樹脂體系涂裝方案，是一種能保持混凝土的本體顏色，同時(shí)覆蓋混凝土表面局部缺陷，同時(shí)具有較強(qiáng)防腐、防水、防污能力的新型涂裝方案。該方案成功應(yīng)用于樂清灣跨海大橋箱梁和橋墩上，修補(bǔ)了外觀缺陷，美化了橋梁景觀，經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)使用，涂層外觀基本無變化，總體效果佳，為同類工程的使用提供了借鑒。