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理

　　我國作為發(fā)展中大國，近些年來對基礎設施的投入不斷加大。預計2020年全國公路總里程達到250多萬公里，高速公路達到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件建設的橋梁擔負著重要任務，橋梁在荷載條件下的安全穩(wěn)定、耐久工作成為業(yè)內(nèi)研究的重點方向，日益受到熱切關注。

　　據(jù)美國腐蝕控制技術委員會（CCT）報道，1999年～2001年，美國的建筑和公共交通基礎設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1435億美元，對整個美國經(jīng)濟產(chǎn)生了直接影響。英國近30年來對基礎設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到每年800億美元。在加拿大，如果要對瀕?；A設施修復加固，總費用要達5000億美元以上。在我國，受各種形式的腐蝕、風化和侵害，預估年損失費用要達到5000億元以上，占到了當年GDP的6%，其中治理和加固橋梁、公路和建筑物所需費用占40%，點當年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)高速公路中進行專門的橋梁耐久性調(diào)研工作。調(diào)研結果表明：混凝土構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)遠超出人們的想象，橋梁耐久工作對經(jīng)濟發(fā)展起著重要作用。傳統(tǒng)認為，初建成的橋梁耐久工作至少保持20年，按規(guī)范要求甚至可以達到50年或100年。實際上，有些橋耐久工作達不到10年，在各種工況考驗下新建成的橋梁，有些橋僅經(jīng)歷4年工況考驗就變得傷痕累累，作為主要受力構件的梁柱保護層破損、鋼筋裸露侵蝕、梁柱直接開裂、傾斜甚至塌倒。如果結合橋的環(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系正常工作等。橋體橋墩作為豎向重要受力構件處于處在沿?；螓}堿地帶的環(huán)境中工作，也存在著相當嚴重爛根、混凝土保護層破損、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、凍融循環(huán)、荷載增減等工況的組合，對整個橋梁、對橋梁的每一個構件，對構件的不同部位直接進行著使用期間的考驗。

　　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，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期內(nèi)也會被腐蝕得面目全非。

　　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、結冰，養(yǎng)護部門在保通的過程中，大量使用除冰鹽和融雪劑等化學物質。作為融雪劑的氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂及其添加劑等化學物質，直接對路面和橋體進行破壞侵蝕。混凝土表面的防水、抗?jié)B和防腐蝕能力不足是其中一個原因?；炷两Y構本身帶孔，而且干燥吸水，尤其是帶微裂縫的混凝土結構吸水能力更強。溶有有害物質的水體通過凍融循環(huán)的應力在孔洞和裂縫中流動作用，對混凝土構件造成持續(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)展擴大，進而造成大面積嚴重剝蝕。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，迅速達到加速了發(fā)展期，甚至直接達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。

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

　　目前國內(nèi)外常用維護方法和產(chǎn)品

　　從上個世紀80年代起，硅類防水防腐噴涂技術在國外被廣泛應用于公路、海港、車庫、高架橋等結構混凝土建筑物的保護。這是美國公路路橋防護中最廣泛采用的防腐材料，也是目前世界上最為先進的混凝土防護技術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計標準。我國從上個世紀90年代初期引進國外技術在工程建筑上成功應用。并在2000年左右引入橋體混凝土防腐防水保護技術。后來在上海高架橋、北京、安徽等地高速公路橋梁整治中應用，取得了良好的效果。從國外引進和我國企業(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的特點，在工程中得到廣泛的應用。

　　采用GBS系列修復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、北京市政道橋進行實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)：這些地區(qū)的橋體存在著不同程度的病害，尤為嚴重的是防撞墻。不同路段的防撞墻腐蝕深度達到2厘米以上，直接危及保護層，有些受損嚴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系列材料應用于病害治理實驗。

　　首先，將腐蝕部分清鑿去，剝露至堅實的基礎層。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計方案。為了縮短維修時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材料進行修補。該新材料是由水泥水化激活劑、超細高強度纖維、固化增強劑和天然納米等材料復合而成。材料本身具備早期強度高、干縮率小、對溫度和水泥品種適應性強的特點，尤其是與舊混凝土結合力強、相容性好，縫合能力強。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、鋼筋的錨固、鋼件的快速栽埋，混凝土結構的加固及墊高處理等治理，具備極強的適應能力；對于有快速通車要求的大面積水泥混凝土路面、機場跑道工程，該種材料由于其顯著優(yōu)勢而得以大量推廣應用。在京滬高速鐵路和公路箱梁面層的缺陷修補，有緊急維修工期要求的工程部位維修施工，不但快捷便利，而且終凝強度可達到C50以上。該材料修補防撞墻一次成活，固化時間在5～10小時范圍內(nèi)進行自由調(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，并且具備早期強度。

　　待把所有空洞、腐蝕、裸露部位處理完畢后就可以進行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合類極性物質為基料，加入催化劑、聚合物，經(jīng)混合、反應，生成了防水性、抗?jié)B性、憎水性、防護性、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，是一種新型環(huán)保防水材料。該材料滲透能力強，噴灑于混凝土表面后能迅速滲入混凝土內(nèi)部，促進鈣離子釋放而與游離堿等化學物質發(fā)生二次化學反應，形成完全憎水性的硅酸鈣離子凝膠結晶體。若用該種材料填補結構體破損縫隙和毛細孔洞，便可使混凝土構件具備耐久防水效果。材料附著或充填結構體以后，可以阻止以水為載體的酸、堿、鹽、氯離子等介質對混凝土和內(nèi)部鋼筯的侵蝕，也可以增強混凝土抗風化、抗凍融、減緩堿骨料反應的能力，從而大大減少、降低或抑制高架混凝土表面風化、強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件直接補強、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)生化學反應生成硅凝膠，覆蓋毛細孔道。這層硅凝膠經(jīng)水化變成堅固但是透氣的玻璃針狀結構的物質，充滿混凝土表面下的所有毛細孔隙，其生成物永遠成為混凝土的一部分，不僅僅是表面的涂層，而且是滲透到結構體內(nèi)部，并且與混凝土結構同步工作，歷久彌堅直接延緩混凝土構件受侵蝕速度，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件時施工工藝簡捷快速。使用時首先應清理基層表面，要求潔凈、干燥、無酥松起砂現(xiàn)象。然后直接用噴涂機噴涂或人工涂刷，噴涂時要噴均勻，不得漏涂。噴涂第二道或第三道防水劑時，要等前一遍干透前再噴，一般間隔8小時左右即可。一般噴涂2～3道。

　　經(jīng)實地切割和滲水實驗，該材料的滲透深度與混凝土自身強度和標號相關，也與混凝土中原水泥、礫石的物理力學性質有一定關系。對于強度標號越低和受損開裂越嚴重的混凝土構件，該種材料的修補能力就越強和越迅速。一般滲透深度可達到5毫米以上，而且憎水效果十分顯著。

　　結 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和治理的工程實踐表明，利用GBS滲透型硅烷道橋防腐防水劑治理整治技術是一種經(jīng)濟實用、切實可行的，能從根本上預防和杜絕砼路面大面積剝蝕的新辦法和新技術。該材料對混凝土形成新的保護體系，滿足了混凝土橋體的修復要求。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。可節(jié)約養(yǎng)護成本，大大延長建筑物的使用壽命?；谏鲜鲈?，該材料和該技術將在我國公路市政建設和維保中發(fā)揮更為重要作用。