高速公路混凝土隔離墩病害分析與防護措施

摘要 高速公路隔離墩在行車碰撞、凍融溫差等作用下，容易出現表層酥松剝落等損傷病害。文章首先對混凝土隔離墩損傷病害進行了理論分析，然后明確了嚴寒環(huán)境下混凝土的多孔隙和水環(huán)境是病害發(fā)生的重要因素，最后針對上述問題，從損傷修補維護和表層預防防護兩方面闡述了混凝土隔離墩病害的防護措施。

關鍵詞 隔離墩；病害；凍融；防護

中圖分類號 U418 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0093-03

0 引言

陸路運輸是最常見的交通運輸方式之一。公路運輸作為陸路運輸的主要形式，在現階段經濟建設和貨物流通方面具有不可替代的地位。高速公路作為公路運輸的主戰(zhàn)場，對通行能力、行車安全和舒適度等提出了更高要求?；谏鲜隹紤]，通常在高速公路設置混凝土隔離墩，以保障高速公路的行車安全，尤其是在橋梁、涵洞等位置，普遍設置混凝土隔離墩。而在高速公路運營期內，混凝土隔離墩受環(huán)境、行車等因素影響，不同程度地出現大面積表層剝落、酥松、鋼筋外露等病害，對行車安全和舒適性造成了一定影響，必須采取必要的措施防止混凝土隔離墩出現以上病害，同時應對出現病害的混凝土隔離墩進行有效修復和防護。

1 混凝土隔離墩常見病害

設置在高速公路沿線的混凝土隔離墩在全壽命服役期內，受外在環(huán)境的物理和化學作用、行車碰撞等外荷載作用下出現各類損傷病害，且在多重因素的綜合作用下病害發(fā)展進一步加劇，直接影響混凝土隔離墩的使用壽命。在高速公路投入運營初期，混凝土隔離墩最常見的病害主要由外力、凍融、溫差等物理作用而導致，如不及時修復防護，在多重環(huán)境因素的復雜作用下將出現混凝土的堿骨料反應、化學侵蝕、鋼筋銹蝕等化學作用病害，各因素彼此交叉、相互影響和促進，加劇了混凝土隔離墩的病害損傷，直接降低了其各方面的力學性能，無法發(fā)揮混凝土隔離墩應有作用，進而影響高速公路的行車安全和舒適性[1]。

1.1 凍融損傷病害

在寒冷區(qū)域的高速公路上，混凝土隔離墩受凍融損傷破壞比較嚴重?；炷粮綦x墩是由水泥膠凝材料、砂石骨料、摻和料、外加劑和水按特定比例拌和后經水化反應制成，屬于典型的多相材料材質。由于其自身體積較大，在澆筑過程中水化產生大量熱量，內外溫差較大，極易導致出現裂紋和裂縫；加之混凝土自身具有多孔隙性，外界水分可通過裂縫、孔隙滲透進入混凝土隔離墩；在寒冷環(huán)境下，裂縫孔隙中的液態(tài)水凝結成冰晶，體積變大，對周邊產生擠壓和膨脹，導致混凝土內部出現巨大的拉應力；在拉應力作用下，混凝土產生不同程度的開裂和剝落[2]。尤其是隔離墩的底部區(qū)域，該區(qū)域距離行車道面近，行車道雨水、積雪匯集在隔離墩底部，大量水分子經混凝土裂縫進入隔離墩內部，在長期凍融的交替作用下，混凝土裂縫持續(xù)不斷地加劇發(fā)展，導致隔離墩混凝土剝落，甚至出現露筋的情況，造成一定的安全隱患。

混凝土隔離墩裸露在高速公路兩側，隔離墩的材料組成、施工工藝和外部環(huán)境對隔離墩凍融損傷影響比較大。

1.1.1 混凝土組分的影響

混凝土本身是一種由多種材料復合而成的多相材料，自身組分原料的不同導致混凝土綜合性能也不盡相同。水泥的品種和質量直接影響混凝土的力學性能和耐久性，在選用水泥規(guī)格時，應對水泥質量進行綜合評價，選用質量有保障的水泥材料。骨料可以提高混凝土的力學性能，骨料自身的孔隙率和質量也會影響混凝土的抗凍性，骨料與水泥漿的融合程度表現出一定的滲透性和吸濕性，對混凝土抗凍性有很大影響。

1.1.2 施工工藝的影響

在混凝土施工過程中，為改善混凝土性能，通常使用特定的外加劑，而外加劑的添加可以改變混凝土內部的孔隙結構、氣泡數量等，對混凝土的抗凍性能有直接影響。同時，混凝土配合比、施工振搗、硬化養(yǎng)護等工藝同樣會對混凝土內部結構產生很大影響，進而影響混凝土的抗凍性能。

1.1.3 外在環(huán)境

水環(huán)境是凍融損傷不可或缺的條件之一。雨雪天氣下的隔離墩處于水環(huán)境作用下，外在水極易滲透進入混凝土內部，加之溫差的影響，易產生混凝土凍融損傷。高速公路路面車況復雜，隔離墩極易受飛濺的石子等破壞，造成混凝土表層形成裂隙，加大了外界水滲透進入混凝土的可能性，對混凝土的抗凍性造成極大影響。

1.2 氯鹽損傷病害

在冬季雨雪天氣，為加速道面冰雪融化，通常的做法是播撒融雪劑，而融雪劑時常被高速行駛的車輛濺到路兩側的隔離墩上。融雪劑的主要成分氯離子通過隔離墩的表層裂縫滲入隔離墩內部，大量高濃度的氯離子加大了混凝土內部毛細孔隙的吸水能力。隨著大量水分子的進入，孔隙內的水逐漸飽和并對四周產生一定的擠壓力。同時，游離狀態(tài)的氯離子與水泥成分中的鋁酸三鈣發(fā)生化學反應，生成水化氯鋁酸鈣結晶體，相對反應前的體積顯著增大，導致混凝土發(fā)生膨脹，進一步加劇了混凝土隔離墩的損傷破壞，出現大面積的表層酥松剝落情況[3]。

融雪劑隨融化的雪水滲入混凝土內，融雪劑中的氯化物成分與混凝土中的水泥漿體發(fā)生一系列化學反應，其中化學產物氯化鈣的溶解度較大。隨著氯化鈣的溶解，在混凝土內部逐漸形成孔隙，增大了混凝土的孔隙率，同時也降低了混凝土的強度和密實性。另外，氯鹽的侵入會腐蝕鋼筋，導致鋼筋銹蝕損傷，鋼筋表面因銹蝕體積增大而擠壓周圍混凝土，造成混凝土隔離墩的開裂。

2 混凝土隔離墩修補措施

為確保高速公路行車的安全性和舒適性，需對已經出現大面積混凝土表層酥松剝落的隔離墩進行修補保護。首先應將混凝土隔離墩表層酥松剝落的混凝土清理干凈，露出新的混凝土面，并進行鑿毛、濕潤處理，然后采用聚合物砂漿等修補材料對孔洞、剝落損傷部位進行修補找平和結構修復，最后對新修復后的表面噴涂混凝土表面保護劑或涂刷防水漆。

凍融剝落侵蝕深度不大于5 mm的損傷區(qū)域，應對混凝土基層進行充分的清掃打磨處理，將碎石、粉塵等雜物清理干凈，并用清水對裸露的新混凝土基面進行清洗，然后待清洗部位干燥后進行修補處理。

凍融剝落侵蝕深度為5～50 mm的損傷區(qū)域，應將凍融損傷的表層混凝土徹底鑿除，裸露出新的完好的混凝土界面，并涂刷混凝土界面劑，然后分層涂刷聚合物水泥砂漿，每層砂漿厚度保持均勻并且不超過12 mm，將砂漿層的總厚度控制在25 mm左右，并對面層保持同方向涂抹，確保面層光滑平整。

凍融剝落侵蝕深度為超過50 mm區(qū)域，應充分鑿除表層混凝土，分層鑿除并保持厚度一致，鑿除的深度不小于10 cm，如有外漏鋼筋應進行除銹處理，在相應的鑿除區(qū)域設置直徑不小于16 mm的螺紋鋼交錯布置插筋，并用直徑不小于12 mm的鋼筋縱橫連接形成鋼筋網，之后采用高標號混凝土填補夯實。

修復施工過程應嚴格按照施工工藝流程，對已施工區(qū)域進行有效的覆蓋保護和養(yǎng)護，確保修補施工質量。損傷剝落區(qū)域的隔離墩表層混凝土的力學性能難以達到設計標準，采用的修補材料應具有相當或更高一級的強度標準，能夠抵御一定的外部作用。同時，修補材料應具有良好的抗凍性和防水性能，防止在服役期間水分子持續(xù)浸入混凝土導致重復性損傷破壞。

混凝土隔離墩修補施工工藝的關鍵在于修補材料與隔離墩基層混凝土間的黏結性能[4]。在高速公路惡劣環(huán)境的長期作用下，修補材料不會產生剝落開裂，與基層混凝土能有效黏結，發(fā)揮整體性能作用，這是混凝土隔離墩修補質量的重要前提。因此，在修補工藝設計、施工操作流程等關鍵技術環(huán)節(jié)必須綜合考慮材料性能、界面現狀等因素，通過人工鑿毛等處理手段，增強修補材料與混凝土基層間的黏結性能，確保修補材料與基層混凝土的黏結效果，從而有效發(fā)揮修補保護作用。

3 混凝土隔離墩表層防護措施

混凝土結構產生的相關病害通常由自表層向內部發(fā)展。混凝土表層在外界復雜環(huán)境和多工況荷載作用下首先產生損傷病害，隨服役時間的增長，損傷病害持續(xù)發(fā)展到混凝土內部，并產生更嚴重的損傷，甚至是結構性的破壞。混凝土材料具有多相性、抗拉能力低的特點，裂縫是制約混凝土性能的主要因素之一。混凝土材料的防護通常采取外部防護和內部提升改善混凝土的綜合性能，通常利用材料成膜的特性，將特制材料噴涂在混凝土表層，覆蓋混凝土表面，以阻止腐蝕液體滲透進混凝土內部，可有效防止或延后混凝土病害的產生和發(fā)展，能夠有效延長混凝土結構的服役期限[5]。

在混凝土材料配比設計中，通過添加各種纖維、礦渣等摻和料和添加劑，提升混凝土材料的力學性能，側重點是從材料自身內部出發(fā)提升混凝土的防裂能力，優(yōu)化混凝土材料的綜合性能。但是，僅僅從內部提升難以阻止外界液態(tài)和氣態(tài)有害成分通過孔隙和裂縫進入混凝土內部[5]。為應對上述問題，可在混凝土表層采取有效手段進行隔離防護。對混凝土表面進行涂層處理，能有效阻止有害液體浸入混凝土，這是混凝土結構外部防護的重要手段。

提前對投入服役的混凝土隔離墩進行表層涂膜，能夠有效地阻止有害組分的滲入，提高了混凝土的抗病害性能，延長了隔離墩的服役期限。涂層材料多為高分子材料，能夠在混凝土表面形成保護膜，覆蓋和填塞存在和出現的裂縫和孔隙，阻斷水分等液態(tài)組分的滲透路徑。另外，表面涂層具有施工工藝簡單、后期運營維護成本低等優(yōu)點，對隔離墩的結構性能也沒有影響。

涂層材料應具有一定的耐堿性、滲透性、柔韌性、附著力和抗碳化能力。用于混凝土表面的涂層必須達到一定的涂層厚度，以消除混凝土表面的凹凸不規(guī)則和涂層施工缺陷的影響，并且為抵抗內部拉應力提供必要的保證。厚度為0.3～0.5 mm的表面涂層可有效預防微細收縮裂紋[6]。涂層的附著力和柔韌性是決定涂層材料能否與混凝土整體協調工作的重要指標，只有涂層牢牢地吸附黏結在混凝土隔離墩的表層，并與混凝土保持一致的變形協調，才能充分發(fā)揮涂層材料的防護作用，不至于過早脫落或因變形發(fā)生損傷開裂。

混凝土隔離墩應具有持久保護性和美觀裝飾性，對于涂層材料的選擇應注重滿足效果功能，同時要容易施工和降低成本。最常見的環(huán)氧樹脂涂料經過活性添加劑的改良優(yōu)化，具有優(yōu)良的和易性，材料的流動性能和黏度均明顯得到提升，可以有效改善混凝土結構表面的潤濕程度[7]。環(huán)氧樹脂材料具有一定的耐候性能，能夠適應復雜多變的外部環(huán)境。高滲透型環(huán)氧樹脂防水涂料具有良好的滲透性、可灌性，能夠滲入微米級的孔隙與裂縫、能在混凝土表面通過毛細管道及微孔隙和肉眼看不見的微細裂紋滲入混凝土內。

水泥基防水涂層主要采用高性能水泥和砂子，并摻入硝酸鈉、硫酸鈣、硫酸鈉、氧化鈣、氯化鈣及微量膠粉等化學添加劑，通過充分的電化學反應，分解水泥組分并充分水化，實現高密度、高抗?jié)B性、高黏結強度等性能[8]。

聚合物水泥基防水涂料是以高性能水泥、丙烯酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯等聚合物乳液為主要組分，結合填料和助劑，經一系列水化反應凝結固化成膜狀，是典型的有機與無機復合型材料，具有聚合物涂膜的防水能力、延展和變形性能，還具有水泥水硬性材料的高強度、強黏結性能。通過設計配比可調節(jié)涂層的變形協調性能和強度，適用性較強[9]。

水泥基滲透結晶型防水材料是一種剛性防水材料，由硅酸鹽水泥、石英砂和多種活性化學組分等制成[10]。在水介質環(huán)境下，材料中的活性化學組分經孔隙滲入混凝土內部，與混凝土水化產物氫氧化鈣發(fā)生化學反應，生成不溶性的結晶體，將混凝土內部的毛細孔隙填塞，阻斷了由外至內的通道，增強了混凝土的防水性能。

4 結語

高速公路隔離墩是行車安全的重要保障，受凍融、碰撞和惡劣環(huán)境等影響，隔離墩表層會出現酥松、剝落等損傷病害，如不進行及時的修補維護，損傷病害將持續(xù)發(fā)展，直接影響隔離墩的安全性能和美觀舒適性，進而影響行車安全，造成很大的安全隱患?；诖?，對已出現病害的隔離墩需及時修補處理，對尚未產生病害的隔離墩應加強預防防護。在提升隔離墩自身材料密實性、防水防凍性能的基礎上，應注重加強混凝土表層的防護。表層材料的多樣性為防護設計提供了多種選擇，應結合所處環(huán)境狀況、應用場景、氣候溫度等因素，以施工簡單、節(jié)約成本為原則選擇合理的防護材料和施工工藝。

參考文獻

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