論混凝土橋梁損壞現(xiàn)象及GBS滲透型硅烷橋梁防腐防水材料作用機(jī)理

　　我國作為發(fā)展中大國，近些年來對基礎(chǔ)設(shè)施的投入不斷加大。預(yù)計(jì)2020年全國公路總里程達(dá)到250多萬公里，高速公路達(dá)到10萬公里以上。與高速公路通連的橋隧眾多，以混凝土梁柱為主要構(gòu)件建設(shè)的橋梁擔(dān)負(fù)著重要任務(wù)，橋梁在荷載條件下的安全穩(wěn)定、耐久工作成為業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)方向，日益受到熱切關(guān)注。

　　據(jù)美國腐蝕控制技術(shù)委員會(huì)（CCT）報(bào)道，1999年～2001年，美國的建筑和公共交通基礎(chǔ)設(shè)施腐蝕治理投資占到了國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的1.6%，平均每年達(dá)1435億美元，對整個(gè)美國經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生了直接影響。英國近30年來對基礎(chǔ)設(shè)施維修治理投資占到了本國GDP的3.5%。德國治理高速公路橋梁投資達(dá)到每年800億美元。在加拿大，如果要對瀕?；A(chǔ)設(shè)施修復(fù)加固，總費(fèi)用要達(dá)5000億美元以上。在我國，受各種形式的腐蝕、風(fēng)化和侵害，預(yù)估年損失費(fèi)用要達(dá)到5000億元以上，占到了當(dāng)年GDP的6%，其中治理和加固橋梁、公路和建筑物所需費(fèi)用占40%，點(diǎn)當(dāng)年GDP的2.4%。

　　混凝土道橋損壞的主要原因

　　天津市政研究院在山東半島、京津塘一帶的沿海地區(qū)高速公路中進(jìn)行專門的橋梁耐久性調(diào)研工作。調(diào)研結(jié)果表明：混凝土構(gòu)件梁受腐蝕破壞速度過快，由于該類橋梁過快退出工作造成的危害已經(jīng)遠(yuǎn)超出人們的想象，橋梁耐久工作對經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用。傳統(tǒng)認(rèn)為，初建成的橋梁耐久工作至少保持20年，按規(guī)范要求甚至可以達(dá)到50年或100年。實(shí)際上，有些橋耐久工作達(dá)不到10年，在各種工況考驗(yàn)下新建成的橋梁，有些橋僅經(jīng)歷4年工況考驗(yàn)就變得傷痕累累，作為主要受力構(gòu)件的梁柱保護(hù)層破損、鋼筋裸露侵蝕、梁柱直接開裂、傾斜甚至塌倒。如果結(jié)合橋的環(huán)境條件還可以發(fā)現(xiàn)，伸縮縫漏水造成蓋梁產(chǎn)生順筋裂縫；混凝土受溫差影響開裂、脫落或凹陷；鋼筋銹蝕氧化后斷面積減少，與混凝土不能形成包裹關(guān)系正常工作等。橋體橋墩作為豎向重要受力構(gòu)件處于處在沿?；螓}堿地帶的環(huán)境中工作，也存在著相當(dāng)嚴(yán)重爛根、混凝土保護(hù)層破損、豎向受力鋼筋侵蝕的現(xiàn)象，直接影響到橋的整體穩(wěn)定性。另外，防撞墻和中間隔離帶爛根，鹽水濺射浸泡、酸性氣體侵蝕、干濕交替、溫差考驗(yàn)、凍融循環(huán)、荷載增減等工況的組合，對整個(gè)橋梁、對橋梁的每一個(gè)構(gòu)件，對構(gòu)件的不同部位直接進(jìn)行著使用期間的考驗(yàn)。

　　我們通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)北京地區(qū)80%以上橋梁存在不同程度的該種類型的腐蝕損害。在京開高速、京石高速、還有五環(huán)以內(nèi)的大部分橋梁，上述癥狀數(shù)量眾多而且特別明顯。

　　據(jù)研究，汽車的尾氣不但直接對環(huán)境造成污染，而且直接影響到橋梁防撞墻，其對橋體本身也有腐蝕性。尤其大中型城市車輛密集，高架橋縱橫交錯(cuò)，在汽車尾氣、酸雨、鹽害等的作用下，即使竣工初投入使用的橋梁在不長的工況考驗(yàn)期內(nèi)也會(huì)被腐蝕得面目全非。

　　由于受到不利的氣候條件影響，我國北方公路冬季經(jīng)常積雪、結(jié)冰，養(yǎng)護(hù)部門在保通的過程中，大量使用除冰鹽和融雪劑等化學(xué)物質(zhì)。作為融雪劑的氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂及其添加劑等化學(xué)物質(zhì)，直接對路面和橋體進(jìn)行破壞侵蝕?；炷帘砻娴姆浪?、抗?jié)B和防腐蝕能力不足是其中一個(gè)原因?；炷两Y(jié)構(gòu)本身帶孔，而且干燥吸水，尤其是帶微裂縫的混凝土結(jié)構(gòu)吸水能力更強(qiáng)。溶有有害物質(zhì)的水體通過凍融循環(huán)的應(yīng)力在孔洞和裂縫中流動(dòng)作用，對混凝土構(gòu)件造成持續(xù)性的破壞是長期的和深層次的。除冰鹽、融雪劑中的化學(xué)腐蝕成分向混凝土中遷移和滲透，與水共同作用產(chǎn)生鹽凍、鹽蝕，不但破壞混凝土面層，而且逐步向混凝土內(nèi)部發(fā)展擴(kuò)大，進(jìn)而造成大面積嚴(yán)重剝蝕。研究表明，在外界侵蝕環(huán)境基本不變的情況下，混凝土的損傷累積初期近似線性，而后很快近似按指數(shù)規(guī)律快速發(fā)展，迅速達(dá)到加速了發(fā)展期，甚至直接達(dá)到破壞退出工作的狀態(tài)。初竣工橋梁在惡劣工況條件下，5年帶病、10年退出工作的不足為奇，談不上正常耐久使用100年的目標(biāo)。

　　因此，從根本上預(yù)防和杜絕這種破壞的發(fā)生及繼續(xù)蔓延已刻不容緩。高速公路的建設(shè)中，做好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是橋體的防水與防腐是增強(qiáng)橋梁耐久性的最有效措施。

　　目前國內(nèi)外常用維護(hù)方法和產(chǎn)品

　　從上個(gè)世紀(jì)80年代起，硅類防水防腐噴涂技術(shù)在國外被廣泛應(yīng)用于公路、海港、車庫、高架橋等結(jié)構(gòu)混凝土建筑物的保護(hù)。這是美國公路路橋防護(hù)中最廣泛采用的防腐材料，也是目前世界上最為先進(jìn)的混凝土防護(hù)技術(shù)中最重要的組成部分。針對上述各類環(huán)境腐蝕問題，交通部曾提出了一系列防腐蝕措施和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。我國從上個(gè)世紀(jì)90年代初期引進(jìn)國外技術(shù)在工程建筑上成功應(yīng)用。并在2000年左右引入橋體混凝土防腐防水保護(hù)技術(shù)。后來在上海高架橋、北京、安徽等地高速公路橋梁整治中應(yīng)用，取得了良好的效果。從國外引進(jìn)和我國企業(yè)自行研制的DPS永凝液、1500防水劑、硅烷防水劑、LGCX防水防腐劑等作為典型的防腐材料，由于各自都具備適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，在工程中得到廣泛的應(yīng)用。

　　采用GBS系列修復(fù)材料的性能使用方法和部位

　　筆者對河北滄州轄區(qū)的高速公路、河北秦皇島地區(qū)的高速公路、北京市政道橋進(jìn)行實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)：這些地區(qū)的橋體存在著不同程度的病害，尤為嚴(yán)重的是防撞墻。不同路段的防撞墻腐蝕深度達(dá)到2厘米以上，直接危及保護(hù)層，有些受損嚴(yán)重部位直接裸露受力鋼筋，即使表觀良好的墻面，輕擊外力混凝土保護(hù)層即開裂和脫落。針對此種類型病害，北京立高立德道橋防水材料有限公司直接將公司生產(chǎn)的GBS系列材料應(yīng)用于病害治理實(shí)驗(yàn)。

　　首先，將腐蝕部分清鑿去，剝露至堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)層。對裸露鋼筋除銹、加筋和刷阻銹劑，保證鋼筋斷面積不少于原設(shè)計(jì)方案。為了縮短維修時(shí)間和減少封路造成的交通阻塞和不便，采用GBS—C混凝土路橋快速專用修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)。該新材料是由水泥水化激活劑、超細(xì)高強(qiáng)度纖維、固化增強(qiáng)劑和天然納米等材料復(fù)合而成。材料本身具備早期強(qiáng)度高、干縮率小、對溫度和水泥品種適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，尤其是與舊混凝土結(jié)合力強(qiáng)、相容性好，縫合能力強(qiáng)。采用該種材料治理過混凝土裂縫、麻面、坑槽、破損等病癥，對于橋梁支座的黏結(jié)、鋼筋的錨固、鋼件的快速栽埋，混凝土結(jié)構(gòu)的加固及墊高處理等治理，具備極強(qiáng)的適應(yīng)能力；對于有快速通車要求的大面積水泥混凝土路面、機(jī)場跑道工程，該種材料由于其顯著優(yōu)勢而得以大量推廣應(yīng)用。在京滬高速鐵路和公路箱梁面層的缺陷修補(bǔ)，有緊急維修工期要求的工程部位維修施工，不但快捷便利，而且終凝強(qiáng)度可達(dá)到C50以上。該材料修補(bǔ)防撞墻一次成活，固化時(shí)間在5～10小時(shí)范圍內(nèi)進(jìn)行自由調(diào)節(jié)。大大縮短施工和封路周期。維修工藝簡潔，僅需要修補(bǔ)的作業(yè)面潤濕，然后根據(jù)1：0.15的比例將成品材料和水進(jìn)行攪拌，將混合物用普通抹板直接抹涂于傷損處，20分鐘即可初凝，并且具備早期強(qiáng)度。

　　待把所有空洞、腐蝕、裸露部位處理完畢后就可以進(jìn)行GBS滲透型硅烷道橋防腐防水劑的噴灑。GBS滲透型硅烷道橋防腐防水劑是一種以復(fù)合類極性物質(zhì)為基料，加入催化劑、聚合物，經(jīng)混合、反應(yīng)，生成了防水性、抗?jié)B性、憎水性、防護(hù)性、防腐性、抗老化性六位一體的剛性防水材料。并且具備無毒無味、不燃的特點(diǎn)，是一種新型環(huán)保防水材料。該材料滲透能力強(qiáng)，噴灑于混凝土表面后能迅速滲入混凝土內(nèi)部，促進(jìn)鈣離子釋放而與游離堿等化學(xué)物質(zhì)發(fā)生二次化學(xué)反應(yīng)，形成完全憎水性的硅酸鈣離子凝膠結(jié)晶體。若用該種材料填補(bǔ)結(jié)構(gòu)體破損縫隙和毛細(xì)孔洞，便可使混凝土構(gòu)件具備耐久防水效果。材料附著或充填結(jié)構(gòu)體以后，可以阻止以水為載體的酸、堿、鹽、氯離子等介質(zhì)對混凝土和內(nèi)部鋼筯的侵蝕，也可以增強(qiáng)混凝土抗風(fēng)化、抗凍融、減緩堿骨料反應(yīng)的能力，從而大大減少、降低或抑制高架混凝土表面風(fēng)化、強(qiáng)度降低及鋼筋銹蝕等問題，也消除了由于涂刷涂料反光而引起的安全隱患。該種材料不但可以解決北方地區(qū)冬季由于路面橋面積雪需噴灑大量鹽水而造成混凝土、鋼筋腐蝕破壞和惡化生態(tài)環(huán)境的問題，還能夠防潮、防塵，阻止細(xì)菌和霉在混凝土表面或裂隙中的產(chǎn)生和發(fā)展。該種材料對混凝土構(gòu)件直接補(bǔ)強(qiáng)、輔助，從而提高混凝土其耐用工作性。在不改變和不影響混凝土顏色的條件下，該材料還能有效抑制融雪劑中氯離子、酸雨、汽車尾氣等對混凝土表面的腐蝕速度。尤其該防水材料由于是水性防水材料，具有親水性，噴涂即可滲透到混凝土內(nèi)部并與堿在有水條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成硅凝膠，覆蓋毛細(xì)孔道。這層硅凝膠經(jīng)水化變成堅(jiān)固但是透氣的玻璃針狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，充滿混凝土表面下的所有毛細(xì)孔隙，其生成物永遠(yuǎn)成為混凝土的一部分，不僅僅是表面的涂層，而且是滲透到結(jié)構(gòu)體內(nèi)部，并且與混凝土結(jié)構(gòu)同步工作，歷久彌堅(jiān)直接延緩混凝土構(gòu)件受侵蝕速度，直接延長其耐久工作年限。

　　GBS滲透型硅烷道橋防腐防水劑用于修被受損混凝土構(gòu)件時(shí)施工工藝簡捷快速。使用時(shí)首先應(yīng)清理基層表面，要求潔凈、干燥、無酥松起砂現(xiàn)象。然后直接用噴涂機(jī)噴涂或人工涂刷，噴涂時(shí)要噴均勻，不得漏涂。噴涂第二道或第三道防水劑時(shí)，要等前一遍干透前再噴，一般間隔8小時(shí)左右即可。一般噴涂2～3道。

　　經(jīng)實(shí)地切割和滲水實(shí)驗(yàn)，該材料的滲透深度與混凝土自身強(qiáng)度和標(biāo)號(hào)相關(guān)，也與混凝土中原水泥、礫石的物理力學(xué)性質(zhì)有一定關(guān)系。對于強(qiáng)度標(biāo)號(hào)越低和受損開裂越嚴(yán)重的混凝土構(gòu)件，該種材料的修補(bǔ)能力就越強(qiáng)和越迅速。一般滲透深度可達(dá)到5毫米以上，而且憎水效果十分顯著。

　　結(jié) 論

　　在滄州、秦皇島、太原、北京、上海等地市政橋梁和高速公路修補(bǔ)和治理的工程實(shí)踐表明，利用GBS滲透型硅烷道橋防腐防水劑治理整治技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、切實(shí)可行的，能從根本上預(yù)防和杜絕砼路面大面積剝蝕的新辦法和新技術(shù)。該材料對混凝土形成新的保護(hù)體系，滿足了混凝土橋體的修復(fù)要求。該材料可根據(jù)不同的工程部位選用不同規(guī)格型號(hào)的同類產(chǎn)品，每平方米成本約為30元～50元，一次施工，長期受益?？晒?jié)約養(yǎng)護(hù)成本，大大延長建筑物的使用壽命。基于上述原因，該材料和該技術(shù)將在我國公路市政建設(shè)和維保中發(fā)揮更為重要作用。