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防水防腐涂料在桥梁防撞墙上的应用研究

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防水防腐涂料在桥梁防撞墙上的应用研究

发布日期:2019-01-28 作者: 点击:

近年来,随着高速公路的飞速发展,高速公路桥梁混凝土结构的腐蚀现象日趋严重,表现为结构表面混凝土出现松散、麻面,以及因钢筋锈胀而引起的混凝土表面脱落等病害,严重影响桥梁的外观质量和结构的耐久性。经过分析,混凝土结构碳化和氯离子侵蚀是引起上述病害的主要原因,所以对混凝土结构防腐蚀问题的研究具有重要的理论和实际意义。


1、工程背景


闻垣高速公路属于山西省运城市重要出省道路,起于闻喜县东镇,与大运高速相连,途径闻喜、绛县、垣曲三县,与河南济邵高速相接,属于典型的山区高速。因天气冷热循环明显,自2010 年通车运营后,高速公路桥梁防撞墙混凝土陆续出现不同程度的松散、脱落等现象,尤其以防撞墙马蹄部位为严重。养护单位根据现场情况,选取主线10座大桥的防撞墙马蹄部位为试验段,进行调查分析,出现马蹄部位混凝土表面松散脱落现象的原因主要有三类:一类为交通车辆剐蹭引起;一类为混凝土碳化引起;一类为氯离子侵蚀引起。根据调查统计数据(表1,图1-2),引起闻垣高速公路桥梁马蹄部位混凝土松散脱落的主要原因是氯离子的侵蚀。该段位于中条山脉附近,冬季降雪比较频繁,在实际除雪过程中,因使用融雪剂频繁,造成融雪剂堆积在桥梁防撞墙马蹄部位,对该处混凝土造成严重的侵蚀。根据2011- 2015年5年来对闻垣高速全线大桥、特大桥防撞墙马蹄部位侵蚀现象的调查分析,发现马蹄部位混凝土受氯离子侵蚀现象存在逐年上升的趋势,不论是从总体外观上还是结构的耐久性方面,都给养护人员带来了困扰,养护技术人员迫切需要一种新材料或者新工艺来解决这一难题。

表1马蹄部位混凝土松散脱落调查统计

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图1混凝土松散脱落统计情况    

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图2混凝土氯离子侵蚀速度


2、氯离子侵蚀处治


2.1氯离子对混凝土的侵蚀破坏过程


混凝土内钢筋表面在高碱性环境中产生层致密的钝化膜,主要成分为三氧化二铁和四氧化三铁,对钢筋有很强的保护作用,这就是混凝士中钢筋不被腐蚀的主要原因。研究表明,当pH<11.5时,钝化膜开始不稳定;当pH<9时,钝化膜逐渐破坏。当氯离子进人混凝土中,到达钢筋表面并吸附于钝化膜上面时,会在该处形成电位差,pH值迅速降低,当pH降至4以下时,钝化膜完全破坏,此时钢筋开始腐蚀。


2.2影响氯离子侵入混凝土的因素


1)混凝土自身特性。混凝土的组成材料以及水灰比影响其结构的密实程度,从而影响氯离子侵蚀的难易程度。混凝土水灰比越小,结构越密实,抵抗氯离子侵蚀的能力越强。

2)氯离子扩散系数。该系数是反映混凝土耐久性的重要指标,数值越大,表示氯离子侵入混凝土越容易;反之,则越困难。

3)混凝土表面的氯离子浓度。当混凝土内外氯离子浓度形成差值时,差值越大,对氯离子侵蚀混凝土结构越有利。

 

2.3防护材料的选择


经过市场调研和业内人士咨询,对闻垣高速桥梁防撞墙马蹄部位采用水泥基防水腻子+水性抗泛碱封闭底漆+柔性丙烯酸防水防腐面漆的处治方案,详见表2。

  表2防水防腐涂料选择和涂敷

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防水腻子专门对水泥基底坑洼不平处进行找平,与水泥基层和抗泛碱封闭底漆有较好的粘结能力,是能使封闭底漆通过并渗入到水泥基层的专用材料。

水性抗泛碱封闭底漆是一种单组分、高效环保混凝土基面封闭产品,为水性乳白色液体,有着极佳的抗泛碱能力和封闭性,能有效防止基底的碱性和盐类物质在表面析出。

防水防腐面漆是一种单组分、柔性极佳的纯丙烯酸水性保护涂料,采用紫外光自交联型多元聚丙烯酸酯弹性乳液为基料,添加多种助剂和无机填料配制而成,有着优异的抗有害气体和盐雾渗透性能,具有单向可呼吸性,是集防水防腐、装饰于一身的多功能新型产品。


2.4  施工工艺


1)马蹄部位混凝土打磨清理。用配有金刚石磨面的电动角磨机对防撞墙底部混凝土表面进行彻底打磨,将混凝土上的松散、剥落层等全部打磨干净,暴露出清洁、坚固的混凝土面(图3);将打磨后的混凝土表面用高压清水清洗干净,确保基层清洁的同时,达到湿润基层的效果。

2)基底修复找平。对缺损较大的混凝土部位采用高强砂浆修补,对表面局部坑洼不平处采用专用水泥基防水腻子找平,见图4。

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                                                             图3打磨                                                                       图4腻子找平


3)线形控制。在防撞墙马蹄倒角处上部整齐贴上胶带,以使线型整齐、施工效果美观,见图5。

4)涂刷水性抗泛碱封闭底漆,混凝土基层处理平整后,用刷子或辊简涂刷封闭底漆需涂刷2遍,待第1遍底漆涂层表面干后,涂刷第2遍底漆,涂刷干膜厚度为80-100μm,见图6。


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 图5贴胶带                                          图6涂刷底漆

5)涂刷面漆。待封闭底漆风干后,涂刷混凝土面层高弹防水防腐涂料,涂刷时应始终沿同一方向进行,必须使涂层表面密实没有针孔,涂刷2遍,涂刷干膜厚度为300-400μm,两遍涂刷间隔不得超过48h,见图7-8。

    

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                                                                     图7 涂刷面漆                                    图8完工效果


3、应用效果验证


对防撞墙马蹄部位采用的防氯离子侵蚀防护效果验证从两方面进行考虑:一方面通过模拟试验进行效果评估,采用干湿循环法;另一方面是通过现场外观效果进行定性评估,从而综合分析所采用的防氯离子侵蚀处治方案对防撞墙马蹄部位的防护效果。

  

3.1干湿循环法测试


根据混凝土试件在干湿循环一段时间后氯离子的侵蚀深度,测量混凝土试件各深度范围内氯离子的浓度,通过与无涂料保护混凝土试件的对比,定量地说明防水防腐涂料对防撞墙马蹄部位的防护效果。采用尺寸为200 mm×200 mm×150 mm的混凝土试件,在标准条件下养护28 d,其中一部分按照涂敷方案涂敷试件所有表面,达到规定时间后,预留一个200mm×200 mm的工作面,其余表面用环氧树脂封闭严实;另一部分不做任何涂敷处理。

 将试件浸泡在规定浓度的NaCl溶液中1d,然后在50℃烘箱内烘干2d,再自然风干2d为一个干湿循环。分别在5、10、15、20个循环结束后,取出试验试件,用钻孔取粉器分别获取想要的深度处的混凝土粉末,再用氯离子浓度测定仪测量各深度的混凝土粉末中的氯离子浓度,确定氯离子侵入试件的深度,结果见表3。

表3干湿循环试验氯离子侵蚀深度


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1)无涂敷混凝土试件随试验循环次数的增加,氯离子侵蚀深度逐渐递增,而有涂敷对混凝土试件氯离子侵蚀深度起到了有效的控制,使侵蚀深度有明显的减小。

2)在较长的干湿循环后,由于防水防腐涂层的损伤或老化导致保护作用有所下降,所以混凝土试件氯离子侵蚀深度有增大的趋势。

3.2现场外观效果定性评估

闻垣高速公路于2012年对部分防撞墙马蹄部位腐蚀严重的桥梁进行了一次防水防腐涂料试验涂刷,根据近几年来的观察,在同等使用冬季融雪剂的条件下,实施过涂敷的桥梁防撞墙马蹄部位总体效果良好;在前3年时间里,防腐效果非常明显,现场均无混凝土松散、脱落现象;在第4、第5年时间里,仅有部分桥梁的局部部位出现少许起皮情况,无大面积脱落现象。从现场来分析,引起少许起皮情况的原因很多,可能是材料老化的问题,也可能因地理位置不同,气候差异引起的施工工艺不合适,还有部分位置因车辆剐蹭损伤引起的有害气体或氯雾侵入等造成。

综上所述,不论是理论上还是实际应用中,都验证了该防水防腐涂料对混凝土试件氯离子侵蚀起到了有效控制,达到了预期效果。

    

4、结语


冬季除雪时由融雪剂引起的氯离子侵蚀对混凝土结构的破坏是当前造成高速公路桥梁防撞墙马蹄部位和收费广场收费岛侧墙病害的主要原因。闻垣高速公路养护部门根据试验段的实施,通过干湿循环试验和五年来对试验段的观察分析,得到采用水性抗泛碱封闭底漆和柔性丙烯酸防水防腐面漆这种涂敷方案,能够有效控制氯离子侵蚀对混凝土结构的破坏,现场反映防水防腐涂料和水泥基层有较好的附和力和粘结力,起到了较好的防护防腐效果,而且防护持续时间较长,避免了频繁占道保养带来的负效应,提高了结构的耐久性,节约了养护成本,社会效益明显。今后,养护技术人员要继续跟踪分析,努力优化施工工艺和养护措施,并将该新技术新材料推广到路段所有桥梁以及收费广场收费岛上。

本文网址:http://www.bf-gs.com/news/393.html

关键词:防腐涂料,防水防腐涂料

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