鋼筋混凝土橋梁防腐蝕技術(shù)措施研究

摘　要：對(duì)上海地區(qū)五座被腐蝕的橋梁混凝土的現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試結(jié)果顯示，原設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30混凝土強(qiáng)度和耐久性均嚴(yán)重降低。近年來(lái)上海建成了大量橋梁、高架和軌道交通工程，鋼筋混凝土防腐技術(shù)措施研究無(wú)疑將成為一個(gè)緊迫的課題。通過(guò)對(duì)涂有（純丙乳液、苯丙乳液、叔碳酸鹽和有機(jī)硅）涂層的混凝土的氯離子滲透性、氣體滲透性以及碳化性能進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)除有機(jī)硅外，其他幾種涂層對(duì)混凝土防腐效果顯著，其中苯丙乳液效果最佳。關(guān)鍵詞：混凝土　防腐蝕　涂層　耐久性從20世紀(jì)80年代后期至今，經(jīng)過(guò)十幾年的建設(shè)，上海的道路交通設(shè)施發(fā)生了巨大的變化，建成了內(nèi)環(huán)高架道路、延安路高架道路、南北高架道路、南浦大橋、楊浦大橋、徐浦大橋和高架明珠軌道線等。在這些工程中，鋼筋混凝土構(gòu)筑物的量不斷增加，就目前所修的橋梁結(jié)構(gòu)而言，絕大部分為鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)目前對(duì)上海地區(qū)范圍內(nèi)立交橋和高架道路的初步觀察發(fā)現(xiàn)，混凝土構(gòu)筑物在耐久性方面存在著不同程度的問(wèn)題，嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)正常的使用壽命，主要表現(xiàn)特征為某些部位的混凝土開裂，鋼筋銹蝕，混凝土鋼筋保護(hù)層太薄，混凝土抗水、有害離子滲透性及抗碳化性能差等等。如不予以重視，不盡早根據(jù)其使用狀況和應(yīng)用環(huán)境采取必要的保護(hù)措施，不久的將來(lái)會(huì)對(duì)國(guó)家和人民的財(cái)產(chǎn)和安全帶來(lái)嚴(yán)重的后果�；炷�土腐蝕劣化過(guò)程一般經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段。初始階段和擴(kuò)展階段，在初始階段沒有顯著的材料弱化或結(jié)構(gòu)功能退化現(xiàn)象出現(xiàn)，但某些保護(hù)層被侵蝕介質(zhì)破壞。而在擴(kuò)展階段，將出現(xiàn)主動(dòng)性的損傷并加速發(fā)展，如鋼筋腐蝕。到目前為止，如何減緩和防止混凝土橋梁腐蝕，以提高混凝土橋梁耐久性能，延長(zhǎng)其使用壽命還沒有一套有效的方法。因此，本文就保護(hù)材料及工藝，保護(hù)技術(shù)方面加以研究，并提出一套有效的混凝土防腐蝕保護(hù)技術(shù)。1、試　驗(yàn)1.1　原材料水泥采用PO32.5普通硅酸鹽水泥，砂采用細(xì)度模數(shù)為2.6的中砂，粗集料采用5～38mm的石灰石�；炷�土配合比見表1.聚合物涂層采用純丙乳液（AC）、苯丙乳液（PA）、叔碳酸鹽乳液（TC）和有機(jī)硅（OS）等四種聚合物。1.2　試驗(yàn)方法混凝土碳化試驗(yàn)按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)方法》（GBJ82-85）中快速碳化試驗(yàn)進(jìn)行。采用100mm×100mm×300mm長(zhǎng)方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)26d，在60℃烘48h取出測(cè)試�；炷�土氣體滲透試驗(yàn)按照RILEMTC116-PCD[1]步驟進(jìn)行。每組2塊，試塊采用直徑150mm，高度為50mm的圓柱體。養(yǎng)護(hù)時(shí)盡量減少試塊與外界環(huán)境的水分交換。養(yǎng)護(hù)在20℃的室內(nèi)進(jìn)行，立即將試塊密封保存。采用氮?dú)庾鳛闈B透氣體。滲透壓力分別為1.5×105、2.0×105、3.0×105Pa（絕對(duì)壓力）。計(jì)算各壓力下的Ki，取平均值即得各配比混凝土的滲透系數(shù)K.混凝土氯離子滲透性能采用ASTMC1202[2]建議的電量法測(cè)定。試件為直徑100mm，高度50mm的圓柱狀混凝土。2、試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1　鋼筋混凝土橋梁耐久性劣化現(xiàn)狀和力學(xué)性能現(xiàn)狀我們調(diào)查了上海公路系統(tǒng)的團(tuán)港橋、內(nèi)港河橋、醫(yī)院橋、五灶港橋和六灶港橋等鋼筋混凝土橋梁。這些橋梁均有不同程度腐蝕破壞。從現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔取樣，并根據(jù)要求制樣，以測(cè)定其氯離子滲透性、碳化深度和強(qiáng)度。2.1.1　鋼筋混凝土氯離子滲透性的檢測(cè)2.1.2　鋼筋混凝土碳化深度的檢測(cè)2.1.3　鋼筋混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試2.2　鋼筋混凝土橋梁防腐技術(shù)措施研究以上對(duì)取芯試樣的測(cè)試結(jié)果表明：受調(diào)查的上海地區(qū)這幾座橋梁的混凝土均受到了相當(dāng)嚴(yán)重的腐蝕。可以推測(cè)其他橋梁也應(yīng)該受到一定程度的影響，所以如何防止鋼筋混凝土橋梁的腐蝕應(yīng)該成為一個(gè)迫在眉睫的重大課題。本文就此提出鋼筋混凝土防腐技術(shù)措施，并對(duì)其作出評(píng)價(jià)。試驗(yàn)分別對(duì)不涂涂層的基準(zhǔn)混凝土（NO）和涂有不同聚合物涂層：純丙乳液（AC）、苯丙乳液（PA）、叔碳酸鹽乳液（TC）和有機(jī)硅（OS）的混凝土的氯離子滲透性、抗碳化性能和氣體滲透性進(jìn)行了研究。并且對(duì)不同厚度的苯丙乳液（PA）涂層對(duì)耐久性的影響進(jìn)行了研究。2.2.1　不同涂層對(duì)混凝土氯離子滲透性的影響氯離子滲透性對(duì)于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是一個(gè)重要考察指標(biāo)。氯離子即使在高堿度下，對(duì)破壞鋼筋的鈍化膜都有特殊的能力。鋼筋的銹蝕最終會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度大大降低，這對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是一個(gè)潛在的巨大威脅。試驗(yàn)表明，基準(zhǔn)混凝土通過(guò)的電量為1233C.而涂有各種涂層的混凝土的氯離子滲透性得到顯著改善。2.2.2　不同涂層對(duì)混凝土氣體滲透性的影響與基準(zhǔn)混凝土相比，純丙乳液涂層可以使混凝土氣體滲透系數(shù)降低1個(gè)數(shù)量級(jí)，叔碳酸鹽涂層可以使?jié)B透系數(shù)降低2個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而涂有苯丙乳液的混凝土根本就不透氣。有機(jī)硅對(duì)混凝土的氣體滲透性影響很小。2.2.3　不同涂層對(duì)混凝土碳化深度的影響混凝土碳化是指空氣中的二氧化碳?xì)怏w不斷透過(guò)混凝土毛細(xì)孔擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部，氣相擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部充水的毛細(xì)孔中與其中的孔隙液所溶解的氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)，生成碳酸鹽或其他物質(zhì)的現(xiàn)象。從總體上可以把混凝土碳化過(guò)程分成兩個(gè)步驟：第一個(gè)步驟是二氧化碳?xì)怏w擴(kuò)散到混凝土孔隙中；第二個(gè)步驟是二氧化碳與混凝土中物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。很明顯，前者是發(fā)生碳化腐蝕的前提條件。利用涂層包裹混凝土的表面，從而形成致密的保護(hù)層可以防止二氧化碳?xì)怏w的擴(kuò)散。從表6的數(shù)據(jù)可見，除了有機(jī)硅涂層外，其他涂層對(duì)防止混凝土的碳化都有很好的效果，基準(zhǔn)混凝土28d碳化深度為24.7mm，而涂有苯丙乳液的混凝土28d碳化深度最小僅為0.7mm，純丙乳液次之為2.7mm，叔碳酸鹽再次之為5.9mm.從碳化的發(fā)展速度來(lái)看，基準(zhǔn)混凝土和涂有純丙乳液、叔碳酸鹽涂層的混凝土早期碳化發(fā)展較快，后期較慢。這是因?yàn)樘蓟�產(chǎn)生了不溶于水的碳酸鈣填充了混凝土的部分空隙[3]，使得二氧化碳?xì)怏w擴(kuò)散變得更難，所以減緩了碳化速度。2.2.4　不同厚度的涂層對(duì)混凝土耐久性的影響分別調(diào)整苯丙乳液涂層的厚度為0.7mm、1.0mm和1.3mm，進(jìn)行混凝土氯離子滲透、氣滲、碳化深度測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果見圖2.由試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，混凝土28d的碳化深度隨涂層厚度的增加而明顯減小。其中1.0mm涂層的混凝土碳化深度為0.8mm，而0.7mm涂層的混凝土碳化深度增加到3.2mm.而涂層厚度對(duì)混凝土氣滲和氯離子滲透幾乎沒有影響，綜合考慮經(jīng)濟(jì)與效果兩方面因素，建議選擇涂層厚度為1.0mm.3、結(jié)　論1）橋梁混凝土現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)結(jié)果表明，原設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30的混凝土強(qiáng)度和耐久性都有驚人的下降，如不立即采取橋梁防腐措施，后果不堪設(shè)想。2）不同涂層對(duì)混凝土的氯離子滲透性、氣體滲透性和防碳化方面都有顯著的效果，其中苯丙乳液最理想，可以使混凝土的氣滲系數(shù)降低至0，抗氯離子滲透性能提高3個(gè)數(shù)量級(jí)，碳化深度下降到135.3）苯丙乳液涂層厚度對(duì)混凝土氣滲和氯離子滲透幾乎沒有影響，而混凝土28d的碳化深度隨涂層厚度增加而明顯減小。綜合考慮經(jīng)濟(jì)與效果，建議苯丙涂層的厚度為1.0mm.震及豎向荷載作用下避免嚴(yán)重垮塌。對(duì)此，本文提出了“強(qiáng)轉(zhuǎn)換”、“強(qiáng)底梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)剪弱彎”的抗震設(shè)計(jì)總原則。