大潮差海域跨海橋梁預制墩臺防腐施工技術(shù)

孫俊豐，王海波，白仕翔

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066002）

0 引言

跨海橋梁混凝土膨脹開裂、剝落及鋼筋的銹蝕對橋梁結(jié)構(gòu)的損壞非常嚴重，需要大量的資金和技術(shù)來維護或改建，已成為迫切需要解決的問題?；炷两Y(jié)構(gòu)表面涂層可有效防止腐蝕性介質(zhì)如氯離子，CO2，O2等的滲入延緩鋼筋銹蝕，涂覆混凝土作為第一道防線是簡單經(jīng)濟而又有效的措施[1]?；炷磷钣行У谋Ｗo方法，就是防止混凝土與水分及有害物質(zhì)接觸[2]。

依托翔安大橋跨海橋梁工程，基于海域橋梁混凝土結(jié)構(gòu)損害后維護技術(shù)要求高、施工難度大、資金消耗高等問題，針對不同海洋腐蝕環(huán)境，在混凝土表面外加不同的復合式涂層對橋墩進行防護，具有便于操作、安全環(huán)保、綠色節(jié)能、經(jīng)濟高效的推廣應(yīng)用價值。

1 工程概況

翔安大橋是交通部批復的省市級重點工程，全長12.4 km，其中跨海段橋梁長2.91 km，共預制墩臺35 座，其中兩節(jié)式22 座，三節(jié)式13 座，共83 件。翔安大橋設(shè)計使用年限為100 a，所在海域正常潮差達7 m，海洋腐蝕環(huán)境劃分如圖1所示。水位變動大，海洋腐蝕環(huán)境變動頻繁，對橋梁耐久性使用提出了巨大的挑戰(zhàn)。

圖1 海洋腐蝕環(huán)境劃分示意圖Fig.1 Schematic diagram of marine corrosion environment division

2 防腐蝕措施

海洋環(huán)境是一種復雜的腐蝕環(huán)境，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有害的物質(zhì)繁多，極易對橋梁產(chǎn)生嚴重的腐蝕作用，造成重大安全隱患和經(jīng)濟損失。鋼筋的氧化銹蝕是導致結(jié)構(gòu)破壞的最主要原因，而鋼筋與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)，在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，這種膜層致密、穩(wěn)定，因而有效地保護了混凝土中的鋼筋不被銹蝕[3]。海水中存在大量游離的氯離子，同時海洋大氣中也含有少量的氯離子，跨海橋梁長期處于惡劣的海洋環(huán)境中這些游離的氯離子會侵入混凝土中，與鋼筋表面的鈍化膜發(fā)生反應(yīng)，導致鋼筋表面的保護層遭到破壞，產(chǎn)生腐蝕膨脹，導致混凝土結(jié)構(gòu)受損。

不同混凝土構(gòu)件所處的環(huán)境不同，受到的腐蝕侵害也不盡相同，因此必須根據(jù)不同構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點、工況、所處的位置有針對性地采取不同的外加防腐措施。對海洋環(huán)境而言，最有效的保護方法就是避免混凝土構(gòu)件直接與海水及大氣中的有害物質(zhì)接觸。長期處于水下區(qū)的承臺底板附加一層環(huán)氧膠泥，環(huán)氧膠泥硬化后噴涂聚脲防腐防水涂料進行密封。處于水位變動區(qū)及大氣區(qū)的承臺側(cè)面及墩身采用表面浸漬硅烷，再噴涂景觀涂裝的方式，防止海洋環(huán)境中的有害物質(zhì)直接接觸混凝土構(gòu)件，進而提高橋梁的耐久性。

3 外加防腐措施關(guān)鍵技術(shù)

3.1 承臺底板膠泥涂刷及聚脲防腐防水涂料噴涂

在橋梁承臺底部采取防腐措施在水工項目中屬于新型施工技術(shù)，廈門第二東通道工程是我國首次在大潮差海域跨海橋梁承臺底部使用膠泥及聚脲防腐防水涂料防腐措施，承臺底部外加防腐涂層如圖2 所示。預制承臺底板總面積為183 m2，離地面僅有1.1 m，底板防腐施工需要自下往上進行多道工序且作業(yè)高度受限、施工難度大，保證涂層與混凝土面連接穩(wěn)定牢固，進而提高混凝土構(gòu)件的耐久性至關(guān)重要。

圖2 承臺底部防腐示意圖Fig.2 Schematic diagram of anticorrosive at the bottom of pile caps

3.1.1 底板處理

為了保證環(huán)氧膠泥與混凝土面能夠緊密結(jié)合，預制墩臺下節(jié)段橫移至儲存臺座后，須對承臺底板進行處理。尋常的打磨方式處理難以清除混凝土表面附著的石蠟，本項目經(jīng)過多次試驗比選，最終采取噴砂的方式對底板進行處理，通過細砂對混凝土表面的沖擊和切削作用，清除混凝土表面的石蠟及其他不牢附著物。

3.1.2 環(huán)氧膠泥施工

環(huán)氧膠泥化學性能穩(wěn)定，耐腐蝕、耐候性好，且黏結(jié)力強、抗壓強度高，能與混凝土緊密結(jié)合，明顯提高底板的耐腐蝕性能，大大提高抗?jié)B性能、延長其使用壽命[4]。

環(huán)氧膠泥涂刷前首先需表面涂刷環(huán)氧基液作為粘結(jié)層，保證環(huán)氧膠泥能夠緊密附著在預制承臺底板上。施工時使用滾筒均勻地涂刷一層基液，盡可能做到薄而均勻。待基液初凝（表面不流動，指觸拉絲）后，用抹刀涂抹環(huán)氧膠泥，涂抹時要壓實抹光，順同一方向操作，不應(yīng)來回涂抹，環(huán)氧膠泥涂抹厚度應(yīng)為2～3 mm。環(huán)氧膠泥涂刷完畢后，在上面鋪設(shè)1 層玻璃纖維網(wǎng)，能夠保持環(huán)氧膠泥平整、不流墜，同時能避免膠泥硬化后開裂，如圖3 所示。

圖3 環(huán)氧膠泥效果圖Fig.3 Picture of epoxy cement

3.1.3 聚脲噴涂施工

聚脲防腐防水涂料是一種新型無溶劑、無污染的綠色防護涂層[5]，其疏水性極強，對環(huán)境濕度不敏感，能夠在預制構(gòu)件表面形成一層阻隔膜，成膜致密、連續(xù)，能完全隔絕空氣中水分和氧氣的滲入，同時其施工便捷，物理性能優(yōu)良，附著力強，具有較高的強度和抗蝕、抗?jié)B能力。

環(huán)氧膠泥徹底凝固后在表面噴涂聚脲防腐防水涂料。噴涂作業(yè)時噴槍垂直于待噴涂基面，距離60～80 cm 并保持勻速移動，一次噴涂至設(shè)計要求的厚度。噴涂過程中保持聚脲涂層顏色均勻，涂層目視應(yīng)連續(xù)、無漏涂、無氣泡、無針孔、無剝落、無劃傷、無褶皺、無龜裂、無異物，涂層厚度應(yīng)不小于1.5 mm。

3.1.4 聚氨酯面漆施工

聚氨酯面漆施工前需確認聚脲涂層完全干燥，一般聚脲涂層施工后1 h 便可進行面漆施工。面漆采用噴涂方式施工，要求表面均勻，不得有流墜、氣泡等缺陷。

3.2 承臺側(cè)面及墩身硅烷浸漬及景觀涂裝

翔安大橋是我國首次將硅烷浸漬與景觀涂料復合涂層的防腐措施運用到大型裝配式跨海橋梁中，外加防腐涂層如圖4 所示。

圖4 承臺及墩身防腐措施圖Fig.4 Diagram of anti-corrosion measures for pile caps and pier bodies

預制承臺及墩身采用“六邊形”結(jié)構(gòu)，蓋梁外立面橫縱相切，對景觀涂層外觀質(zhì)量要求高，橋墩結(jié)構(gòu)如圖5 所示。

圖5 預制橋墩結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Prefabricated bridge pier structure diagram

3.2.1 混凝土表面處理

正常清水混凝土硅烷浸漬施工前僅需清理表面存在的灰塵、油污等不牢附著物即可，本項目對預制構(gòu)件表觀質(zhì)量要求高，且景觀涂裝施工后混凝土表面細小氣泡、接縫等缺陷會更加明顯，因此在硅烷浸漬施工前需對混凝土表面進行處理。

首先對預制構(gòu)件表面存在的模板接縫進行打磨，打磨后使用水平靠尺控制驗收，保證混凝土面平整連續(xù)，實現(xiàn)“零錯臺”。對于混凝土表面的細小氣泡、砂線等也需要進行修補。否則景觀涂裝后將會形成明顯的細小黑點，影響觀感。混凝土表面打磨后采用淡水沖洗干凈，并自然干燥2 d后浸漬硅烷；雨后混凝土表面潮濕，一般應(yīng)自然干燥5 d 后浸漬硅烷。

3.2.2 硅烷浸漬施工

硅烷是一種性能優(yōu)異的滲透型浸漬劑，具有小分子結(jié)構(gòu)，深層滲透混凝土毛細孔壁與水化的水泥發(fā)生反應(yīng)形成聚硅氧烷互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過牢固的化學鍵合反應(yīng)，賦予混凝土表面的微觀結(jié)構(gòu)長期的憎水性，并保持呼吸透氣功能，大大降低了水和有害氯離子等的侵入，確?；炷两Y(jié)構(gòu)免受腐蝕[6]。硅烷防腐作用如圖6 所示。

圖6 硅烷防腐作用示意圖Fig.6 Schematic diagram of silane anticorruption effect

硅烷施工宜選擇晴朗天氣，大風、霧雨等天氣應(yīng)停止作業(yè)，作業(yè)時混凝土表面溫度宜在5～40℃之間。預制構(gòu)件養(yǎng)護28 d 后進行硅烷浸漬[7]，硅烷浸漬施工應(yīng)自下而上進行，根據(jù)小區(qū)試驗結(jié)果確定硅烷噴涂分2 遍進行，第1 遍噴涂完成目測表干之后即可進行第2 遍硅烷噴涂。硅烷噴涂前應(yīng)根據(jù)涂裝面積計算原材需用量，通過限額領(lǐng)料控制噴涂量。硅烷浸漬應(yīng)連續(xù)噴涂實施，采用低壓不間斷泵送設(shè)備噴涂施工，噴槍始終與被涂面保持垂直，并始終與被涂面保持等距離移動，距離為150～300 mm，保持硅烷厚度均勻、平整。應(yīng)使被涂立面至少有5 s 保持表濕狀態(tài)。硅烷浸漬后混凝土表面效果見圖7。

圖7 硅烷浸漬效果圖Fig.7 Silane impregnation renderings

3.2.3 景觀涂裝施工

景觀涂層具有良好的耐候性，長效性，耐鹽霧及海洋大氣腐蝕，橋梁表面的景觀涂層能夠在混凝土表面形成一層屏蔽阻隔層，防止海洋大氣中的氯離子、二氧化碳等腐蝕介質(zhì)進入混凝土造成腐蝕。

為確保硅烷已完全浸入混凝土，硅烷浸漬施工后至少1 d 方可進行景觀涂裝施工，景觀涂層底漆在施工前要確認預制墩臺外表面完全干燥，避免施工完成后涂層起皮；為確保施工質(zhì)量和漆膜性能嚴禁在環(huán)境溫度低于0 ℃時施工。因為本工藝使用的面漆溶解性很強，不能直接在底漆上進行涂裝，為了確保涂料整體性能穩(wěn)定，必須在底漆與面漆之間涂裝專用的保護中間漆作為過渡層，以保證面漆具有更好的粘結(jié)性。中間漆施工前需確認底漆完全干燥，一般底漆施工2 h 后便可進行中間漆施工。面漆施工前需確認中間漆完全干燥，一般中間漆施工4 h 后便可進行面漆施工。面漆采用噴涂方式施工，一遍成型，要求表面均勻，不得有漏涂、流墜，無氣泡、裂縫等缺陷。蓋梁表面涂裝后效果如圖8 所示。

圖8 蓋梁景觀涂裝效果圖Fig.8 Landscape painting effect of capping beam

4 外加防腐蝕措施的優(yōu)點

對于海工橋梁而言，預制構(gòu)件的施工質(zhì)量會因為原材料性能、施工過程中的質(zhì)量控制情況存在偏差，因此在構(gòu)件預制完成后外加防腐蝕措施，能夠從一定程度上彌補施工過程中存在的細微差別。外加防腐蝕措施廣泛應(yīng)用于城市地鐵、高速公路、隧道及橋面，如何采取防腐蝕措施，延長工程的使用壽命，降低維修次數(shù)和經(jīng)濟投入，已成為工程界不可忽視的問題[8]。

在混凝土表面施加切實有效的防腐措施對處于海洋環(huán)境中的大橋耐久性具有至關(guān)重要的影響。外加防腐涂層與混凝土基面有很好的相容性，具有優(yōu)異的屏蔽性能、能夠適應(yīng)混凝土形變的能力、對腐蝕環(huán)境的耐受性的特點，在跨海橋梁表面采取外加防腐措施能夠有效預防海水、海洋大氣中的有害物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部，防止混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋發(fā)生銹蝕破壞，切實提高橋梁耐久性。

5 結(jié)語

在橋梁建設(shè)初期采取了外加防腐蝕舉措，與常規(guī)的橋梁相比雖然成本有所增加，但從橋梁全部壽命時期考慮是非常經(jīng)濟的?？绾蛄洪L期處于惡劣的海洋環(huán)境中，對結(jié)構(gòu)的耐久性是巨大的挑戰(zhàn)，如果在建設(shè)初期沒有采取有效的防腐舉措，等到橋梁出現(xiàn)問題后才去加固修補，那么所需要的費用將是采取防腐措施的數(shù)倍。同時，在橋梁外部采用景觀涂裝的方式進行防腐處理，經(jīng)濟有效、切實可行，也符合廈門當?shù)氐某鞘芯坝^設(shè)計要求，為城市增添了一道靚麗的風景線，展現(xiàn)出簡約典雅的風格。