病害桥梁混凝土防撞墩的 优化修补施工方法及工程应用.docx

引言防撞墩为桥梁的必备构件。在北京市区范围内，截至目前，建设的大型立交桥多达427座，独立桥梁2069座，均处于满负荷工作状态，约三分之一的桥梁已运营超过20年以上。仅在北京三环路沿线就布置立交桥和跨河桥59座,全线贯通时就基本处于超负荷运转状态。大量的钢筋混凝土材质防撞墩，布设在桥梁重要边缘及线路拐弯等处。处地自然环境超负荷运转的桥梁本身其构件及结构性均出现不同程度风化、腐蚀与损坏。防撞墩构件存在腐蚀、开裂、漏水、钢筋锈蚀等现象处于防撞护栏位置的构件由于频率撞击作用其破坏更为严重。1、桥梁混凝土防撞墩损坏主要原因及机理统计结果表明，北京市区范围内桥梁混凝土防撞墩腐蚀率高达80%。混凝土材质防撞墩遭受腐蚀病害，对桥梁结构体本身的耐久性以及交通安全性，无不造成直接威胁。针对北京气候特点以及市区交通运营实际情况，结合笔者多年的工程经验及调查分析，混凝土材质桥梁防撞墩病害主要原因有冻融破坏和化学侵蚀这2种。（1）冻融破坏：混凝土的表面和结构中布满毛细孔，具有很强的吸湿性和渗透性。北京夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春秋两季相对短促，季节气温与白昼气温温差较大。而混凝土保护层相对较薄，表层混凝土孔隙中填充的水冻融加速了混凝土的风化。进入混凝土结构的水，发生冻融循环的应力作用，形成冰涨压力和渗透压力联合作用的疲劳应力，使混凝土产生由表及里的剥蚀破坏，在整个冬季或冬春之交发生较频繁。（2）化学侵蚀：北方冬季气温低，降雪后道路易结冰。为保证交通能迅速恢复，大量使用融雪剂、除冰盐等。融雪剂的主要成分是盐类，其中的氯离子以融化的雪水为载体进入钢筋混凝土结构，侵蚀钢筋，造成结构破坏。2、工程概况北京市环线某立交北向西匝道桥。桥梁全长138.9m,桥面全宽9.214.7mo桥梁采用桩基础，高自由柱，柱顶结构为3跨预应力混凝土材质连续箱梁+3跨预应力混凝土材质连续板梁，跨径组合24.7m+28.0m+25.0m+19.1m+21.6m+20.5mo桥梁标准段横断面依次为0.6m防撞墩+8.0m行车道+0.6m防撞墩标准断面布置。下部结构为钢筋混凝土柱式墩，部分外包钢板箍。桥面采用沥青混凝土铺装。桥面两侧栏杆立柱表面存在多处锈胀、开裂，左侧防撞护栏和中央隔离带多处破损、露筋。匝道两侧防撞墩出现大量破损、开裂、剥落、钢筋锈胀现象，局部锈胀严重，表面大面积露筋。主梁局部锈涨、破损、梁端漏水破损严重。防撞墩病害如图1所示。图1防撞墩面层混凝土碳化钢筋裸露锈蚀3、桥梁防撞墩维修设计方案遭受病害的钢筋混凝土防撞墩，必须及时有效进行修复。目前行业内使用的修复材料有：无机砂浆、环氧砂浆、丙烯酸酯改性聚合物砂浆等。修复方法各异，一般采用损坏更换技术、桥梁防撞墩水铳及挂网支模具喷锚修复技术、局部挖补修复技术等。工程实践中的维修设计方案，应当能迅速有效治理病害，结合实际情况，在原位条件下施工。但桥梁防撞墩病害情况各异，拟采用的修复方法想统一工艺达到一致效果存在一定困难。引进多种材料，确定修复方案，同期施工，以不同方式同步治理不同类型病害，尽量达到一致效果，就成为工程实践的必选。创新施工工艺，按照局部修复、整体防护的施工方案就得以实施。4、施工材料的优化比选（1）钢筋除锈阻锈涂料：DQeT钢筋阻锈涂料由高性能合成树脂、纳米级防锈颜料、阻锈（蚀）齐IJ、助剂等组成的双组分反应性阻锈材料，可使金属构件获得优越的耐腐蚀性，对水及酸碱盐溶液屏蔽抗腐蚀力强，具备防止钢筋持续腐蚀，防止混凝土溶胀破坏的能力。（2）混凝土界面处理剂：本试验段采用的GBS混凝土界面处理剂，是由高强度水泥和不同细度配合比的硅砂为骨料，以丙烯酸酯聚合物为主体改性的粘结材料，添加浸润改性剂等配置成的一种双组份反应型的结合层处理材料。粗骨料和聚合物化学作用关系产生交联，涂刷的混凝土界面剂能够增强旧基层和新修补层之间的粘结力。修复区域重新产生耐水、抗腐蚀、抗冻融等功能。直接治理了新旧结合面空鼓、开裂、粘接不牢等病害，重塑新旧混凝土过渡粘接层，起到修补美化作用。执行标准为JC/T9072018混凝土界面处理剂o（3）混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆：本项目采用1GCX混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆，是由硫铝酸盐水泥、聚合物胶粉、天然石英砂、水泥水化激活剂、固化增强剂等主要原料更合配制而成。该材料早期强度高，固化速度可调，保水性能和抗裂性能好。其工程特性表现为耐酸碱等化学腐蚀，粘接性能优异，养护简单，干缩率小，对温度和环境适应性强，与旧水泥混凝土结合力和相容性好，抗应力变形等。执行标准JGT3362011混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆。其主要性能指标见表1。表1混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆性能指标序号检测项目标准要求检测结果17d抗压强度，MPaW18.O40228d抗折弓虽度，MPaWIe).O11.4328d抗压强度.MPaN35.O44.747d抗折强度，MPaN6.010.1（4）聚合物弹性水泥防水涂料：聚合物水泥防水涂料主要是由丙烯酸酯、丁苯胶乳、氯丁胶乳等高分子聚合物乳液组成的一种胶体，以高强度水泥作为凝结材料，以天然石英砂或者玄武岩粉作为骨料，添加消泡剂、成膜助剂等多种功能性助剂复合制作而成。涂刷后形成的涂膜既有水泥胶凝材料的高强度、高耐磨性，又具有一定的延展性，执行标准GB/T234452009聚合物水泥防水涂料，其性能指标见表2。表2聚合物水泥防水涂料性能指标检测项目标准要求检测结果拉无处理/MPa2.21.3伸加热处理后保持率/%N801.6强碱处理后保持率/%N6072度浸水处理后保持率/%N6085紫外线处理后保持率/%N8092断无处理/%200270裂加热处理/%三150183伸碱处理/%N150223长浸水处理/%250197率紫外线处理/%N150198低温柔性（Iomm棒）-IOP,无裂纹-10%）,无裂纹不透水性(0.3MPa,30min)不透水不透水粘无处理/MPa0.50.6结潮湿基层/MPa>0.50.7强碱处理/MPa0.50.6度浸水处理/MPa>0.50.6外观液体组分应为无杂液体组分应为无杂质、无凝胶的均匀质、无凝胶的均匀乳液；固体组分应乳液；固体组分应为无杂质、无结块为无杂质、无结块的粉末的粉末固体含量/%才7079由图2可知，巨拱基础大体积混凝土抗压强度随着7d、28d、60d龄期的增长而不断提高，以60d抗压强度来评定都满足C30强度等级要求。早龄期中，掺量50%的矿物掺合料明显延缓胶凝材料水化，早期强度较20%矿物掺合料降低了约5MPa,但是60d龄期强度持续增长，达到46.7MPa。因此，适当提高矿物掺合料比例可以延缓早期水化速度，提高60d龄期强度发展，有利于大体积混凝土的质量控制。5、桥梁混凝土防撞墩修复施工流程修复的第一步采用钢筋阻锈涂料，对锈蚀裸露钢筋进行阻锈涂刷处理，达到屏蔽钢筋锈蚀对混凝土的持续破坏的目的；第二步采用混凝土界面处理剂，渗入浸润混凝土基层，目的是令旧基础层和新修补砂浆恢复较大的粘附力；第三步涂抹混凝土结构，目的是利用聚合物水泥砂浆修复缺陷；第四步整体涂刷聚合物水泥防水涂料。以上4步形成对桥梁防撞墩完整的修复体系，以延长桥梁的寿命和使用期。具体施工流程如下：（1）基层清理。先对空鼓和松散的混凝土用电锤或打磨机等工具，把损坏部位剔除，并将浮浆皮和盐泽等凿除，直至将腐蚀部分清凿，剥露至坚实的基础层。也可采用高压喷水或喷细砂清洗，冲压水压应保持合理范围进行调节，防止将完好部位破坏。水冲洗后，应自然干燥24h以上。（2）除尘。由于地处市中心，不能使用强力吹风除尘设备，应选用大功率吸尘设备，将基层的杂质浮灰吸取干净。（3）涂刷钢筋阻锈涂料。对裸露钢筋进行打磨，直至去除可见锈蚀。对于锈蚀严重的剔除，进行加筋植筋处理，保证钢筋断截面面积不少于原设计方案。然后涂刷至少两遍阻锈涂料，下道涂料一般和上一道间隔6h以上。待涂料干燥后（一般24h）,即可涂刷界面剂。（4）涂刷界面剂。将界面剂A、B组分按重量比称取，用电动搅拌机搅拌均匀后，立即涂刷在待修更混凝土基层界面。涂刷时注意均匀，不得漏涂。（5）混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆修补。界面剂表面干燥后即可进行混凝土结构修友用聚合物水泥砂浆施工。一般按砂浆：水=IOO：16,实际加水量可根据气温变化适当增减。施工时，可用刮刀或刮板直接在需要修补界面涂抹，用力压实即可。待砂浆初凝后，注意立即喷水养护，也可用草袋、棉毡等覆盖养护。一般72h后即可进行下一道工序涂料施工。施工涂刷前要检查防撞墩表面是否平整光顺，如发现接茬不顺畅、堆积等现象，应用工具打磨平整后再进行整体涂刷。砂浆修补后效果如图2所示。图2砂浆修补后效果（6）聚合物弹性水泥防水涂料涂刷。底层涂料配制和施工时按液料：粉料=1：1比例配制，可以加20%30%的水稀释搅拌，以利于对基层的渗透和粘结。将配制好的涂料均匀的涂刷在基层上，涂刷时注意足量涂刷，覆盖完全，使其充分浸润基层，以增强防水层和基层的粘接强度。涂料配制和施工时按液料：粉料=1:1（重量比）配制。防水涂料的配制，应按技术要求准确计量，不得随意改变配比。聚合物弹性水泥防水涂料施工时一般涂刷2遍或2遍以上，直至达到设计要求，每遍涂布时间一般间隔约6h（初步干固），湿度较大或温度较低时宜延长。每层涂覆须按工法规定的用量取料，涂覆要均匀，涂层之间不留气泡，粘结严实。一般立面施工不宜加水，以免涂料流淌，致使立面厚度不易达到设计厚度，同时导致阴阳角堆积料过厚，产生裂纹。涂刷应从防撞墩自上而下的顺序涂刷。防水层各层应紧密粘合，每层宜连续施工。聚合物弹性水泥防水涂料涂刷后效果如图3所示。图3聚合物弹性水泥防水涂料涂刷后效果(7)最后一遍防水层施工完成7d,干燥后应进行验收。表面应密实、平整，不得有裂纹、气孔、刮痕、刺破、起砂等缺陷。厚度应符合设计要求，最小厚度不得小于设计厚度85%。如不符合上述要求、要进行局部修补修匏、直至达到验收标准方可。结语采用钢筋除锈阻锈涂料进行阻锈处理，混凝土界面处理剂粘接强度得到改善，聚合物水泥砂浆对损坏界面进行主动填补，聚合物弹性水泥防水涂料参与防护，形成整套梁混凝土防撞墩最优的长效防护治理方案。工程实践表明，整治后的防撞墩，再经过2年以上时间风化，仍然表面完整,表层没有明显锈蚀外渗,未发现明显起皮,重新腐蚀损坏现象。这充分说明，复合整治体系的推广使用具备重要的工程意义，产生良好的应用效果，达到了修复的目的。对于保障桥梁的运行，保障交通安全，具有一定的社会效益。实践也证明了该系列材料和工艺具有较高的推广应用价值。随着该技术不断改进优化，以及在桥梁病害治理中应用范围扩大，桥梁混凝土防撞墩修复防护体系，施工技术必将在桥梁防护维修保养工作中发挥更加积极的作用。