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(kāi)裂、剝落及鋼筋的銹蝕對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的損壞非常嚴(yán)重，需要大量的資金和技術(shù)來(lái)維護(hù)或改建，已成為迫切需要解決的問(wèn)題。混凝土結(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(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)而又有效的措施[1]?；炷磷钣行У谋Ｗo(hù)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(hù)技術(shù)要求高、施工難度大、資金消耗高等問(wèn)題，針對(duì)不同海洋腐蝕環(huán)境，在混凝土表面外加不同的復(fù)合式涂層對(duì)橋墩進(jìn)行防護(hù)，具有便于操作、安全環(huán)保、綠色節(jié)能、經(jīng)濟(jì)高效的推廣應(yīng)用價(jià)值。

1 工程概況

翔安大橋是交通部批復(fù)的省市級(jí)重點(diǎn)工程，全長(zhǎng)12.4 km，其中跨海段橋梁長(zhǎng)2.91 km，共預(yù)制墩臺(tái)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(jì)使用年限為100 a，所在海域正常潮差達(dá)7 m，海洋腐蝕環(huán)境劃分如圖1所示。水位變動(dòng)大，海洋腐蝕環(huán)境變動(dòng)頻繁，對(duì)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(fù)雜的腐蝕環(huán)境，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有害的物質(zhì)繁多，極易對(duì)橋梁產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕作用，造成重大安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失。鋼筋的氧化銹蝕是導(dǎo)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(xué)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(hù)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(shí)海洋大氣中也含有少量的氯離子，跨海橋梁長(zhǎng)期處于惡劣的海洋環(huán)境中這些游離的氯離子會(huì)侵入混凝土中，與鋼筋表面的鈍化膜發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致鋼筋表面的保護(hù)層遭到破壞，產(chǎn)生腐蝕膨脹，導(dǎo)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(diǎn)、工況、所處的位置有針對(duì)性地采取不同的外加防腐措施。對(duì)海洋環(huán)境而言，最有效的保護(hù)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(zhǎng)期處于水下區(qū)的承臺(tái)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(jìn)行密封。處于水位變動(dòng)區(qū)及大氣區(qū)的承臺(tái)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(jìn)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(tái)底板膠泥涂刷及聚脲防腐防水涂料噴涂

在橋梁承臺(tái)底部采取防腐措施在水工項(xiàng)目中屬于新型施工技術(shù)，廈門(mén)第二東通道工程是我國(guó)首次在大潮差海域跨海橋梁承臺(tái)底部使用膠泥及聚脲防腐防水涂料防腐措施，承臺(tái)底部外加防腐涂層如圖2 所示。預(yù)制承臺(tái)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(jìn)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(jìn)而提高混凝土構(gòu)件的耐久性至關(guān)重要。

圖2 承臺(tái)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(yù)制墩臺(tái)下節(jié)段橫移至儲(chǔ)存臺(tái)座后，須對(duì)承臺(tái)底板進(jìn)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(xiàng)目經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)比選，最終采取噴砂的方式對(duì)底板進(jìn)行處理，通過(guò)細(xì)砂對(duì)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(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕、耐候性好，且黏結(jié)力強(qiáng)、抗壓強(qiáng)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(zhǎng)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(yù)制承臺(tái)底板上。施工時(shí)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(dòng)，指觸拉絲）后，用抹刀涂抹環(huán)氧膠泥，涂抹時(shí)要壓實(shí)抹光，順同一方向操作，不應(yīng)來(lái)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(shí)能避免膠泥硬化后開(kāi)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(wú)溶劑、無(wú)污染的綠色防護(hù)涂層[5]，其疏水性極強(qiáng)，對(duì)環(huán)境濕度不敏感，能夠在預(yù)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(shí)其施工便捷，物理性能優(yōu)良，附著力強(qiáng)，具有較高的強(qiáng)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(shí)噴槍垂直于待噴涂基面，距離60～80 cm 并保持勻速移動(dòng)，一次噴涂至設(shè)計(jì)要求的厚度。噴涂過(guò)程中保持聚脲涂層顏色均勻，涂層目視應(yīng)連續(xù)、無(wú)漏涂、無(wú)氣泡、無(wú)針孔、無(wú)剝落、無(wú)劃傷、無(wú)褶皺、無(wú)龜裂、無(wú)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(rèn)聚脲涂層完全干燥，一般聚脲涂層施工后1 h 便可進(jìn)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(tái)側(cè)面及墩身硅烷浸漬及景觀涂裝

翔安大橋是我國(guó)首次將硅烷浸漬與景觀涂料復(fù)合涂層的防腐措施運(yùn)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(tái)及墩身防腐措施圖Fig.4 Diagram of anti-corrosion measures for pile caps and pier bodies

預(yù)制承臺(tái)及墩身采用“六邊形”結(jié)構(gòu)，蓋梁外立面橫縱相切，對(duì)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(yù)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(xiàng)目對(duì)預(yù)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(xì)小氣泡、接縫等缺陷會(huì)更加明顯，因此在硅烷浸漬施工前需對(duì)混凝土表面進(jìn)行處理。

首先對(duì)預(yù)制構(gòu)件表面存在的模板接縫進(jìn)行打磨，打磨后使用水平靠尺控制驗(yàn)收，保證混凝土面平整連續(xù)，實(shí)現(xiàn)“零錯(cuò)臺(tái)”。對(duì)于混凝土表面的細(xì)小氣泡、砂線等也需要進(jìn)行修補(bǔ)。否則景觀涂裝后將會(huì)形成明顯的細(xì)小黑點(diǎn)，影響觀感?；炷帘砻娲蚰ズ蟛捎玫疀_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(xì)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(guò)牢固的化學(xué)鍵合反應(yīng)，賦予混凝土表面的微觀結(jié)構(gòu)長(zhǎng)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(fēng)、霧雨等天氣應(yīng)停止作業(yè)，作業(yè)時(shí)混凝土表面溫度宜在5～40℃之間。預(yù)制構(gòu)件養(yǎng)護(hù)28 d 后進(jìn)行硅烷浸漬[7]，硅烷浸漬施工應(yīng)自下而上進(jìn)行，根據(jù)小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果確定硅烷噴涂分2 遍進(jìn)行，第1 遍噴涂完成目測(cè)表干之后即可進(jìn)行第2 遍硅烷噴涂。硅烷噴涂前應(yīng)根據(jù)涂裝面積計(jì)算原材需用量，通過(guò)限額領(lǐng)料控制噴涂量。硅烷浸漬應(yīng)連續(xù)噴涂實(shí)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(dòng)，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(jiàn)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(zhǎng)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(jìn)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(jìn)行景觀涂裝施工，景觀涂層底漆在施工前要確認(rèn)預(yù)制墩臺(tái)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(yán)禁在環(huán)境溫度低于0 ℃時(shí)施工。因?yàn)楸竟に囀褂玫拿嫫崛芙庑院軓?qiáng)，不能直接在底漆上進(jìn)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(hù)中間漆作為過(guò)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(rèn)底漆完全干燥，一般底漆施工2 h 后便可進(jìn)行中間漆施工。面漆施工前需確認(rèn)中間漆完全干燥，一般中間漆施工4 h 后便可進(jìn)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(wú)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(diǎn)

對(duì)于海工橋梁而言，預(yù)制構(gòu)件的施工質(zhì)量會(huì)因?yàn)樵牧闲阅?、施工過(guò)程中的質(zhì)量控制情況存在偏差，因此在構(gòu)件預(yù)制完成后外加防腐蝕措施，能夠從一定程度上彌補(bǔ)施工過(guò)程中存在的細(xì)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(zhǎng)工程的使用壽命，降低維修次數(shù)和經(jīng)濟(jì)投入，已成為工程界不可忽視的問(wèn)題[8]。

在混凝土表面施加切實(shí)有效的防腐措施對(duì)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(duì)腐蝕環(huán)境的耐受性的特點(diǎn)，在跨海橋梁表面采取外加防腐措施能夠有效預(yù)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(shí)提高橋梁耐久性。

5 結(jié)語(yǔ)

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(shí)期考慮是非常經(jīng)濟(jì)的?？绾蛄洪L(zhǎng)期處于惡劣的海洋環(huán)境中，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性是巨大的挑戰(zhàn)，如果在建設(shè)初期沒(méi)有采取有效的防腐舉措，等到橋梁出現(xiàn)問(wèn)題后才去加固修補(bǔ)，那么所需要的費(fèi)用將是采取防腐措施的數(shù)倍。同時(shí)，在橋梁外部采用景觀涂裝的方式進(jìn)行防腐處理，經(jīng)濟(jì)有效、切實(shí)可行，也符合廈門(mén)當(dāng)?shù)氐某鞘芯坝^設(shè)計(jì)要求，為城市增添了一道靚麗的風(fēng)景線，展現(xiàn)出簡(jiǎn)約典雅的風(fēng)格。