滁河特大橋雙柱式墩身病害整治
2013-07-29 來源：維普網(wǎng)
1、病害概況
滁河特大橋位于津浦線東葛一林場區(qū)間，為津浦線防洪自保工程。該橋墩采用輕型雙柱式鋼筋混凝土墩身，在采用了橡膠支座橫向限位裝置對全橋加固后，允許速度提高到120 km/h。自運營以來，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)雙柱式橋墩表面混凝土保護層逐漸出現(xiàn)了疏松、脹鼓、開裂甚至脫落。主筋外露，銹蝕嚴(yán)重，部分箍筋銹斷，鋼筋半電池電位已低于一300 mV?；炷撂蓟俣燃涌欤蓟疃纫堰_(dá)鋼筋表面，所占比例最大達(dá)60%，一般均在30%以上，墩身混凝土保護層病害嚴(yán)重。
2、病害產(chǎn)生原因分析
?。?）保護層施工質(zhì)量控制較差?，F(xiàn)場澆筑時，保護層厚度的變異性很大，局部保護層厚度僅為5 nlnl。經(jīng)鑿開檢查，達(dá)不到設(shè)計厚度的達(dá)60%。
?。?）空氣中氯離子的侵蝕。測試結(jié)果表明保護層中氯離子的含量為0．3%～1．26%，大部分超過了鋼筋產(chǎn)生銹蝕的氯離子含量的臨界值0．35% 。氯離子的侵蝕進一步加快了鋼筋銹蝕的電化學(xué)進程。
?。?）紫外線的直射。從病害分布看，墩身外側(cè)受陽光直射側(cè)病害比其他區(qū)域嚴(yán)重。
?。?）從統(tǒng)計結(jié)果看，自1996年提速以來病害發(fā)展速率加快，這與雙柱式橋墩剛度不足、搖晃加劇有必然的聯(lián)系。
3、病害整治材料與方法的選擇
?。?）單純的聚合物材料修補法
對于混凝土剝落開裂及鋼筋銹蝕病害國內(nèi)較多采用的方法為：去除已空鼓、疏松或失效的混凝土保護層后，除銹，然后采用聚合物水泥砂漿或聚合物混凝土修補；對裂縫進行壓注改性環(huán)氧樹脂；外涂以聚合物水泥砂漿或聚合物類涂料。其目的為恢復(fù)墩身及混凝土保護層的有效性，并盡可能隔斷外界水、氧氣及氯離子等有害介質(zhì)的侵蝕。但該方法不能恢復(fù)鋼筋表面穩(wěn)定的鈍化膜，一段時間后鋼筋將繼續(xù)銹蝕，顯然這種辦法不是最佳選擇。
?。?）一般的鋼筋阻銹劑修補法
對于鋼筋銹蝕的電化學(xué)反應(yīng)過程，如能引進一種外加劑（阻銹劑），即其能夠抑制電化學(xué)反應(yīng)陽極或陰極反應(yīng)的一種，使鋼筋表面存在具一定穩(wěn)定性的鈍化膜，并使陽極反應(yīng)難以進行，以達(dá)到阻止鋼筋銹蝕的目的，顯然是較為理想的。在國內(nèi)外應(yīng)用較多的為亞硝酸鹽，但近年來的研究表明，亞硝酸鹽會降低混凝土的濃度比，加速其風(fēng)化，并易使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生堿一集料反應(yīng)（AAR）。且只有當(dāng)其用量足夠多時才較有效，如其濃度不夠，反而會產(chǎn)生嚴(yán)重的局部腐蝕，并使鋼筋銹蝕進一步發(fā)展。由于亞硝酸鹽類鋼筋阻銹劑毒性較大，不利于環(huán)保，在歐洲已被禁用。
?。?）MCI系列鋼筋阻銹劑及HD50砂漿修補法
MCI系列遷移式鋼筋阻銹劑是一種具滲透移動功能的、有機陽極／陰極混合式銹蝕抑制劑，它對于鋼筋的陽極及陰極皆可實現(xiàn)完整的保護作用。其防銹機理為：先以液態(tài)與氣態(tài)擴散到混凝土的水分內(nèi)，由于具有相當(dāng)高的氣化壓，因此能沿著混凝土中的空隙與微細(xì)裂紋處滲透移動，然后藉陽極/陰極電位的吸附，在已埋置的鋼筋陽極和陰極形成一層很薄的MCI單分子保護層，從而防止鋼筋因碳化及氯離子侵蝕而產(chǎn)生的銹蝕現(xiàn)象，它既可以在新建的混凝土結(jié)構(gòu)物中作為外加劑以預(yù)防鋼筋的銹蝕和確保結(jié)構(gòu)物的耐久性，也可以摻入修補砂漿中對結(jié)構(gòu)物進行修補工作，還可以直接涂抹在結(jié)構(gòu)混凝土表面，而不需要破壞結(jié)構(gòu)物的整體性。試驗表明，MCI系列鋼筋阻銹劑不影響混凝土的物理性能，不含任何致癌物質(zhì)，不危害環(huán)境。
HD50是一種快凝、纖維增強、乳膠改性、耐重負(fù)荷的混凝土修補材料，它能用于需要快速獲得強度以減少因修補而占用時間的場合。它既可以作為砂漿，也可以摻入粗骨料作為混凝土使用。HD50能夠在一12％氣候條件下使用，可耐鹽滲透侵蝕、耐凍融，不含氯化物或磷酸鎂，符合ASTM C一928快硬水泥材料規(guī)范，與一般普通水泥的粘接性和相容性好，因而在行車狀態(tài)下對施工影響很小。
4、修補方案的確定
經(jīng)過對HD50修補砂漿及MCI系列遷移式鋼筋阻銹劑性能及產(chǎn)品機理的研究分析，根據(jù)對輕型橋墩病害程度的分類及功能的需求，分別采用了MCI系列中MCI一2000鋼筋阻銹混凝土外加劑、MCI一2020鋼筋阻銹表面處理劑及MCI-2021鋼筋阻銹混凝土表面密封劑，來整治并預(yù)防墩身主筋銹蝕，用HD50砂漿恢復(fù)墩身混凝土保護層的整治修補方案。通過使用SCM一2000手持式鋼筋半電池電位測定儀，結(jié)合目測、鑿開檢查等，判定鋼筋銹蝕程度，最后確定各病害墩的整治方案。
?。?）對于半電池電位低于一350 mV、鋼筋已出現(xiàn)銹蝕的橋墩，應(yīng)在鑿除松動、剝落的混凝土及鋼筋徹底除銹后，涂MCI-2020鋼筋阻銹表面處理劑，用摻有MCI-2000鋼筋阻銹混凝土外加劑的HD50砂漿恢復(fù)保護層；然后，表面再涂MCI-2020鋼筋表面處理劑；最后涂MCI-2021鋼筋阻銹混凝土表面密封劑。通過以上修補，既可完全抑制鋼筋的電化學(xué)反應(yīng)，提高混凝土的密實度，阻止氯化物的侵入，減緩混凝土碳化速率，又不影響混凝土的呼吸功能。
（2）對于半電池電位高于一350 mV，鋼筋尚未出現(xiàn)銹蝕或輕微銹蝕的情況，原則上只涂MCI一2021鋼筋阻銹混凝土表面密封劑；若半電池電位大面積接近于-300-350 mV時，依照第一方案施工。
?。?）對于大面積鋼筋外露或保護層嚴(yán)重不足時，應(yīng)用摻有MCI一2000鋼筋阻銹混凝土外加劑的HD50砂漿恢復(fù)保護層或個別進行修補。
?。?）對于非疏松層的較寬裂縫，采用壓注改性環(huán)氧樹脂類材料進行修補。
5、病害整治施工
（1）首先對墩身進行全面細(xì)致的檢查，對于混凝土保護層已經(jīng)鼓裂及出現(xiàn)空響的應(yīng)當(dāng)全部鑿除，并對內(nèi)部鋼筋進行徹底除銹，鋼筋表面涂上MCI一2020鋼筋阻銹表面處理劑，然后立?；驂耗ò匆欢ū壤渲频暮蠱CI一2000鋼筋阻銹混凝土外加劑的HD50修補砂漿，恢復(fù)混凝土保護層。
?。?）待干燥后，涂刷或噴涂MCI一2020鋼筋阻銹表面處理劑。其用量可以根據(jù)病害的輕重確定，一次不能滿足要求時，可分次進行。涂完MCI一2020鋼筋阻銹表面處理劑后7～8h，以清水沖刷由于MCI-2020鋼筋阻銹表面處理劑氧化所形成的梁體表面反應(yīng)物。
（3）待干燥后，按設(shè)計量噴涂MCI一2021鋼筋阻銹表面密封劑。
?。?）由于施工工序較多，技術(shù)要求復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)由技術(shù)人員對梁的病害情況及每個工序的作業(yè)時間、質(zhì)量作好記錄。為加快施工進度，要求作好合理的分工。
?。?）高空作業(yè)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)真系好安全帶（繩），搭設(shè)好架子板和安全網(wǎng)。
6、整治效果及經(jīng)濟分析
針對滁河特大橋混凝土保護層病害情況，最初采用環(huán)氧樹脂整治了10個橋墩，對墩身混凝土保護層露筋進行了包固處理（厚度30mm），修補后經(jīng)檢查觀測，2月～3月后包固表面即出現(xiàn)裂紋，整修效果不理想。經(jīng)多方論證，最終采用了MCI系列阻銹劑及HD50砂漿修補法對13處病害較嚴(yán)重的橋墩進行了混凝土保護層病害整治。經(jīng)觀測，整治過的墩身混凝土至今保護層沒有出現(xiàn)剝落、開裂等病害，經(jīng)測試墩內(nèi)銹蝕電位基本沒有變化，病害己基本得到控制。
據(jù)估算，采用環(huán)氧樹脂進行墩身混凝土保護層修補，總計花費1．5萬元/墩，采用MCI阻銹劑及HD50砂漿修補法的費用2．0萬/墩。由此可見，采用MCI系列鋼筋阻銹劑及HD50砂漿修補法比采用環(huán)氧樹脂進行墩身混凝土保護層修補的費用每個橋墩要高0．5萬元左右，但從效果和長遠(yuǎn)效益上分析，還是可行的。
7、存在的問題及對策
?。?）從現(xiàn)場情況看，由于高空風(fēng)大且多在秋季施工，空氣干燥，拌和好的HD50砂漿的水分損失較快，水的用量可適當(dāng)加大，配合比可適當(dāng)調(diào)整為：粉劑：級配砂：水：MCI一2000=1：1．27：（0．36～0．4）：0．000 8。這樣就有利于拌和和有利于在一定時間范圍內(nèi)使用，而不需要第二次再加水。
（2）從施工的情況看，當(dāng)HD50砂漿固化，修補砂漿的表面溫度較高，因而，應(yīng)在其熱量基本散發(fā)后，才能灑水養(yǎng)護。
（3）從HD50砂漿的施工方法看，能夠立模的應(yīng)立模，既能提高速度，又減少了浪費，對砂漿的稠度要求也低。若采用分層壓抹，對砂漿的稠度要求較嚴(yán)格，抹不住容易往下掉，浪費太大。
