浅谈混凝土盐害腐蚀处置与预防在桥梁预防性养护中的应用.docx
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浅谈混凝土盐害腐蚀处置与预防在桥梁预防性养护中的应用
浅谈混凝土盐害、腐蚀处置与预防在桥梁预防性养护中的应用
摘要:
利用聚氯乙烯防腐涂料防腐防水剂治理整治技术是一种经济实用、切实可行的,能从根本上预防和杜绝砼路面大面积剥蚀的新办法和新技术。
若用该种材料填补结构体破损缝隙和毛细孔洞,便可使混凝土构件具备耐久防水效果。
材料附着或充填结构体以后,可以阻止以水为载体的酸、碱、盐、氯离子等介质对混凝土和内部钢筯的侵蚀,也可以增强混凝土抗风化、抗冻融、减缓碱骨料反应的能力,从而大大减少、降低或抑制高架混凝土表面风化、强度降低及钢筋锈蚀等问题,也消除了由于涂刷涂料反光而引起的安全隐患。
该种材料不但可以解决北方地区冬季由于路面桥面积雪需喷洒大量盐水而造成混凝土、钢筋腐蚀破坏和恶化生态环境的问题,还能够防潮、防尘,阻止细菌和霉在混凝土表面或裂隙中的产生和发展。
该种材料对混凝土构件直接补强、辅助,从而提高混凝土其耐用工作性。
关键字:
预防性养护混凝土盐害、腐蚀处置与预防
0引言
改革开放以来,我国公路工程建设发展迅速,各时期设计技术标准不同,随着各级公路交通量以及运输车辆吨位较大的增加,不同使用期的桥梁结构均会出现很有规律的病害,以往的维修加固及预防性养护受材料和工艺限制,效果参差不齐,耐久性难以保证。
桥梁结构带病工作,桥梁垮塌事件时有发生,社会发展对交通安全顺畅的要求越来越高,为保证桥梁结构健康运营,我们必须转变“重建设、轻养护”的传统管养理念,加强既有桥梁检测、评估,切实掌握桥梁健康状况,提出切实可行的维修加固方案,更需要将桥梁维修加固技术与预防性养护技术结合,不断引进新材料与新工艺,保证维修加固的效果,避免维修的反复,提升结构的耐久性。
我国北方公路冬季经常积雪、结冰,养护部门在保障畅通的过程中,大量使用除冰盐和融雪剂等化学物质。
作为融雪剂的氯化钠、氯化钙、氯化镁及其添加剂等化学物质,直接对路面和桥体进行破坏侵蚀。
混凝土表面的防水、抗渗和防腐蚀能力不足是其中一个原因。
混凝土结构本身带孔,而且干燥吸水,尤其是带微裂缝的混凝土结构吸水能力更强。
溶有有害物质的水体通过冻融循环的应力在孔洞和裂缝中流动作用,对混凝土构件造成持续性的破坏是长期的和深层次的。
除冰盐、融雪剂中的化学腐蚀成分向混凝土中迁移和渗透,与水共同作用产生盐冻、盐蚀,不但破坏混凝土面层,而且逐步向混凝土内部发展扩大,进而造成大面积严重剥蚀。
研究表明,在外界侵蚀环境基本不变的情况下,混凝土的损伤累积初期近似线性,而后很快近似按指数规律快速发展,迅速达到加速了发展期,甚至直接达到破坏退出工作的状态。
初竣工桥梁在恶劣工况条件下,5年带病、10年退出工作的不足为奇,谈不上正常耐久使用100年的目标。
因此,从根本上预防和杜绝这种破坏的发生及继续蔓延已刻不容缓。
公路的建设中,做好钢筋混凝土结构,尤其是桥体的防水与防腐是增强桥梁耐久性的最有效措施。
1混凝土盐害、腐蚀处置与预防材料介绍
1.1FH-CTR1混凝土防腐材料板
FH-CTR1混凝土防腐系统是一种永久性、深入的防水处理方式。
FH-CTR1/2防水系统是一种在混凝土或其他水泥基材料表面涂刷方式使用的渗透结晶材料。
FH-CTR1/2包含世界知名的法赫中国化学防水成分的效果已经得以证实。
首先在混凝土表面使用FH-CTR1,然后使用FH-CTR2.在混凝土内,FH-CTR1/2与未水化的水泥分子产生化学反应,生成数以百万计的针状结晶,封堵混凝土内的空隙、气泡和微小裂缝。
预浸湿混凝土表面及后续养护将使有机化学物质进一步向混凝土内部扩散,更加深入地形成结晶。
材料特点:
1、高浓度,低使用量,FH-CTR1/2结合使用综合量为1.2Kg/m3;
2、高渗透性,每周可生长2mm,表面涂后2周后,表面打磨掉1mm仍然不影响防水效果;
3、涂刷过的混凝土可抵抗很大的静水压,140m的静水压头;
4、施工简单,减少施工中人为操作失误;
5、适用于新、旧混凝土;
6、阻止水分在混凝土内部的迁移,防水性能随着时间增长,效果增强;
7、保护钢筋不被锈蚀,有效阻止氯离子渗入。
也可防止微小裂缝漏水,≤0.6mm的裂缝完全可以实现自愈合。
可用于混凝土结构迎水面和背水面;
8、无毒性,获得NSF批准用于饮用水的容器,施工无对人体无危害;
9、防水性能耐久性同混凝土寿命一样;
2混凝土盐害、腐蚀处置与预防在桥梁运用中的技术
2.1混凝土盐害、腐蚀处置与预防技术介绍
聚氯乙烯防腐涂料具备无毒无味的特点,是一种新型环保防水材料。
该材料渗透能力强,喷洒于混凝土表面后能迅速渗入混凝土内部,促进钙离子释放而与游离碱等化学物质发生二次化学反应,形成完全憎水性的硅酸钙离子凝胶结晶体。
若用该种材料填补结构体破损缝隙和毛细孔洞,便可使混凝土构件具备耐久防水效果。
材料附着或充填结构体以后,可以阻止以水为载体的酸、碱、盐、氯离子等介质对混凝土和内部钢筯的侵蚀,也可以增强混凝土抗风化、抗冻融、减缓碱骨料反应的能力,从而大大减少、降低或抑制高架混凝土表面风化、强度降低及钢筋锈蚀等问题,也消除了由于涂刷涂料反光而引起的安全隐患。
该种材料不但可以解决北方地区冬季由于路面桥面积雪需喷洒大量盐水而造成混凝土、钢筋腐蚀破坏和恶化生态环境的问题,还能够防潮、防尘,阻止细菌和霉在混凝土表面或裂隙中的产生和发展。
该种材料对混凝土构件直接补强、辅助,从而提高混凝土其耐用工作性。
在不改变和不影响混凝土颜色的条件下,该材料还能有效抑制融雪剂中氯离子、酸雨、汽车尾气等对混凝土表面的腐蚀速度。
尤其该防水材料由于是水性防水材料,具有亲水性,喷涂即可渗透到混凝土内部并与碱在有水条件下发生化学反应生成硅凝胶,覆盖毛细孔道。
这层硅凝胶经水化变成坚固但是透气的玻璃针状结构的物质,充满混凝土表面下的所有毛细孔隙,其生成物永远成为混凝土的一部分,不仅仅是表面的涂层,而且是渗透到结构体内部,并且与混凝土结构同步工作,历久弥坚直接延缓混凝土构件受侵蚀速度,直接延长其耐久工作年限。
2.2混凝土盐害、腐蚀处置与预防技术优势
利用聚氯乙烯防腐涂料防腐防水剂治理整治技术是一种经济实用、切实可行的,能从根本上预防和杜绝砼路面大面积剥蚀的新办法和新技术。
该材料对混凝土形成新的保护体系,满足了混凝土桥体的修复要求。
主要特性:
1、漆膜坚韧、附着力强,因底漆面漆是同类材质,因此层间附着力好,防腐寿命长;
2、耐中等浓盐酸、硝酸、磷酸、氯碱、纯碱等各种酸、碱、盐和有机无机混合腐蚀介质;
3、具有优异抗老化性、耐候型、耐温性;
4、具有良好的施工性(可在-15℃条件下施工)。
3混凝土盐害、腐蚀处置与预防在省道201线K108+345排洪沟Ⅰ号桥应用研究实例
3.1混凝土盐害、腐蚀处置与预防的桥梁简介
省道201线K108+345排洪沟1号桥位于甘肃省兰州市永登县秦王川境内,是省道201线的重要组成部分,竣工于2003年,上部结构为1-10m空心板,桥面宽度布置为0.5m(人行道)+11.0m(行车道)+0.5m(人行道),桥面横坡为2%,下部为U型桥台,桥台处设置GQF型伸缩缝。
其设计荷载为汽车-20级,挂车-100。
经过多年运营使用,随着近几年兰州新区的建设以及沿线重载车辆的显著增多,使该路段路况日益恶化,该桥桥面破损,出现纵向裂缝,在雨雪天路面容易积水,铰缝混凝土大量开裂、脱皮掉块,表皮碳化、中性化,雨水从铰缝渗入板底,腐蚀板底。
众多病害程度已严重影响到省道201线营兰路K108+345排洪沟1号桥的安全运营和行车舒适度,为保障省道201线营兰路的安全畅通,并且防止病害进一步发展,对该桥进行预防性养护(混凝土盐害、腐蚀处置与预防)。
根据兰公技【2016】30号《关于征集2017年科研课题的通知》的文件精神,积极推广养护新技术、新工艺、新材料的应用。
经我段研究讨论决定2017年的科研课题为《桥梁预防性养护(混凝土盐害、腐蚀处置与预防)》。
为确保该项新技术、新材料的成功应用,我段做了大量的前期准备工作,包括研究项目成员的组成,技术的研究学习,相关资料的搜集、整理,费用的计划,经济效益、社会效益、环境效益的分析等工作,同时学习相关成功应用经验。
经过合理安排、精心部署使我段能成功实施混凝土盐害、腐蚀处置与预防在桥梁应用中的技术。
遵循维持桥梁原设计等级,设计处治桥梁现有病害,使结构耐久性满足现行规范、标准的要求。
原桥梁位置示意图如下:
3.2旧桥的调查及性能评价
3.2.1旧桥病害情况调查
(1)底板大面积渗水腐蚀;
(2)铰缝腐蚀及脱落;
(3)桥梁结构混凝土碳化、麻面腐蚀严重;
(4)台帽、桥台部位受水长时间侵蚀,腐蚀严重;
3.2.2病害原因分析
1)裂缝对结构的主要危害是会加速混凝土碳化和有害介质的侵入,促进钢筋的锈蚀,从而影响结构的耐久性。
2)桥梁结构混凝土碳化、麻面腐蚀严重,由于水分和有害介质的侵害,造成混凝土腐蚀剥落,需要对腐蚀部位进行修复防腐处理,延长桥梁的使用寿命。
3)台帽、桥台部位受水长时间侵蚀,腐蚀严重,需要对其表面进行防水防腐处理,提高混凝土的耐久性。
3.3确定桥梁预防性养护的方案
依据对旧桥的调查及性能分析,为保障桥梁正常使用,我段组织人员力量制定养护方案,对K108+345排洪沟Ⅰ号桥进行预防性养护(混凝土盐害、腐蚀处置与预防),以防止病害进一步发展。
此项目主要结合桥梁梁板底部、泄水孔周边、桥台等位置,受桥面氯盐融水腐蚀。
计划实施桥梁预防性养护(混凝土盐害、腐蚀处置与预防)技术及采用先进的混凝土防腐材料以渗透结晶、成膜封闭相结合,解决混凝土裂缝、脱皮掉块、渗水腐蚀、表皮碳化、中性化等以往难以解决的问题,提高混凝土耐久性。
3.3.1主要维修措施:
1、对裂缝进行封缝或注胶修补,恢复其构件之整体性能;
2、对剥落混凝土进行彻底清除,进行防腐处理,并采用聚合
物砂浆修补,恢复构件原形状;
3、对渗漏水腐蚀的,对渗水腐蚀、泛碱部位进行彻底清洗,并进行防腐防水处理,增加混凝土本身的防腐、防水能力;
4、对渗漏水的铰缝,进行整条引排防处理,防止渗漏水对砼构件造成二次侵害;
5、对渗水的台帽添加挡水堰,并安装泄水管;
本试验项目从2017年5月初开始,至2017年5月末结束,历时一个月。
对聚氯乙烯防腐涂料防腐防水剂治理整治技术进行应用研究,预算费用6万元。
3.3.2主要的材料
(1)FH-CTR1混凝土防腐材料
预防性养护用的FH-CTR1混凝土防腐材料应符合《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006)、《公路桥梁加固规范》(JTG/T及2-2008)有关材料要求的规定.
(2)FH-CR无机聚合物砂浆
混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆是一类聚合物改性水泥砂浆材料,通过在水泥砂浆中掺入适当的聚合物,达到改善其力学及耐久性能,满足在混凝土结构修复中的要求。
研究了矿物掺和料及抗流变助剂、膨胀剂、调凝剂、聚合物等对砂浆施工性、干缩率、凝结时间、强度、粘结强度的影响;针对施工性及匹配性研制了适合于立面和顶面的新型聚合物快速结构修补材料,快速恢复各种风化和受损混凝土结构的承载功能及完整性,具有良好的应用前景。
本项目中采用的FH-CR无机聚合物砂浆需进行进场前的检验,并符合建筑砂浆基本性能试验方法标准(JGJ/T70-2009)。
4混凝土盐害、腐蚀处置与预防在桥梁运用中的技术及工艺
4.1桥梁病害处理主要工艺法
4.1.1基面处理措施
1.清除表面松动混凝土,钢筋除锈防锈,以及表面清洗(准备好FH-B8001/B8002桥隧多功能养护机,水泵,发电机,水等)。
2.将桥隧多功能养护机位置安装在水泵附近,确认工作段在可操作范围。
将水泵与发电机电源连接,出水端与桥隧多功能养护机进水口对接,抽水端放入运水车水箱中,并要求一人时刻检查水源供应情况,保证水泵不空吸。
机械师连接高压管线与桥隧多功能养护机的枪把和枪头,之后开机调试FH-B8001桥隧多功能养护机。
3.在喷射除锈前首先对桥梁松动混凝土进行缺陷探测式处理,使得不再有松动混凝土悬于梁体,去除失效、疏松混凝土。
首先使用桥隧多功能养护机对压力保持在300bar以上,使用其高压的水射流对整个梁体进行缺陷探测式处理,要求不得有剩余的松动混凝土,然后再对外露钢筋进行喷射除锈处理要求去处钢筋表面锈皮,达到翻新目的。
4.将桥隧多功能养护机装上涡轮旋转或扇形喷枪,对桥梁表面进行清洗。
清洗先由梁体两侧,由上往下清洗,然后再清洗梁底。
5.检查是否还有松动混凝土未清除,检查是否有钢筋锈蚀未除干净,如有遗漏部位,立即重新处理。
4.1.2基面涂刷FH-CTR1混凝土防腐材料
1、基面处理
对于混凝土表面存在的裂缝根据裂缝宽度按照裂缝封缝或注胶方法处理。
基层表面的蜂窝、孔洞、模板错位等缺陷,凸块应凿除,不得有空鼓。
对混凝土剥落、掉落、露筋,先对钢筋进行除锈,涂抹锈转化剂。
对于钢筋露头进行切割、打磨,涂刷锈转化剂。
2、涂抹混凝土防腐材料(准备好FH-CTR1混凝土防腐材料、喷壶或滚筒)。
FH-CTR1(液料型)混凝土防腐材料,直接采用喷壶或滚筒进行基面防腐,更适宜于无机聚合物砂浆施做前30min内使用。
涂刷过程要保证凹凸处都能均匀涂刷。
3、注意事项
1)施工中要求涂层厚度均匀、无空白。
2)不能在低于0℃的温度下施工。
4.1.3涂抹FH-CR无机聚合物砂浆
1、无机聚合物砂浆的拌制,按质量比用磅秤称取FH-CR无机聚合物砂浆和水(质量比FH-CR比水为100比15至20),搅拌3~4分钟。
2、根据脱落部位的厚度,如果厚度在1cm以下,一次性涂抹修复。
如果厚度在1cm以上,应当分多次修复,间隔时间在6小时以上。
应注意以下事项:
初次打设完毕后对其养生6个小时,直接洒水养护,保持表面湿润。
中间层打设,打设顺序同初次一样,打设厚度在1~3cm。
最后要求对表面整理平整,厚度在0.5~1cm厚,要求打设平整,尽量恢复截面原状。
对于修复完毕后的构件,应当及时组织养护保养施工,对于遭受阳光照射强烈或风干严重的地方,应当考虑使用表面封闭材料如湿布、塑料薄膜或直接使用养护剂代替人工养护。
对于人工养护构件,养护时间不得少于1~3天。
3、FH-CR(Ⅱ型)薄型聚合物砂浆使用要点:
使用前基面湿润或涂刷FH-CTR1(液料型)混凝土防腐材料;
适用于蜂窝麻面等坑槽修复深度不超过0.5cm厚的情况;
本产品富含聚合物,搅拌需均匀,使用前静置3分钟使之充分反应。
4.1.4桥梁台帽渗水处理
1、检查台帽面是否平整,若有坑凹不平,先使用砂浆修复平整。
2、在台帽外沿采用砂浆修条平台,高于原平面2cm。
3、在台帽渗水部位埋设PVC管(引流排水),埋设的PVC管的台帽部位削去部分,保证PVC管口低于台帽平面,以便排水,PVC管外露长度10cm,且同一面所埋设的PVC管外露长度一致。
PVC管每隔约2.5米就埋设一个。
4、在台帽渗水部位涂刷混凝土防腐防渗封闭材料(底涂)和涂刷混凝土防腐防渗封闭材料(面涂)。
详见图4.1桥台台帽处理示意图所示。
图4.1桥台台帽处理示意图
4.1.5梁板底部渗水腐蚀处理
在梁板底部渗水部位处打孔→粘PVC管排水(引流排水),PVC管外露长度根据实际情况单跨板底要统一。
对空心梁板底部出现渗水腐蚀的,采用钻孔,钻孔直径约16㎜,引流排水,若在梁板底部渗水部位打孔时碰到钢筋,应及时调整,避免触筋。
4.1.6梁板间铰缝渗水处理
1、FH-B8001/B8002桥隧养护机高压水射流铰缝基面处理,清除铰缝内污物。
2、在铰缝内填塞填充支撑物,之后打设聚氨酯密封胶并平整。
3、待密封胶实干后,沿铰缝下缘各10cm范围内,涂刷混凝土防腐防渗封闭材料FH-JTR1(底涂)和FH-JTR1(面涂)。
4.1.7裂缝处理措施
FH-B8001/B8002养护机清洗裂缝处理→检查裂缝宽度及走向→粘接注胶嘴→封缝→依次压力注胶→清除注胶嘴
对裂缝的处理,根据裂缝的宽度选择不同的处理方法,如果裂缝宽度在0.15mm以下,则直接使用裂缝封堵胶FH-EM对其进行封闭处理即可;如果裂缝宽度在0.15mm以上,裂缝胶FH-DD对混凝土裂缝进行注胶处理。
裂缝修补作用:
抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入,延长结构使用寿命;通过对混凝土补强保持结构、构件的完整性;恢复结构的使用功能,提高其防水、防渗能力;消除裂缝对人们形成的心理压力;改善结构外观。
1、裂缝封闭处理
用毛刷或胶辊粘胶涂刷于要求裂缝封闭的混凝土表面,涂刷胶液成膜,涂刷应细密重叠和均匀,保证涂刷胶液不流淌或流淌后应即时补刷,胶液固化后胶膜均匀、密实封闭裂缝。
涂刷胶液时,需沿裂缝走向,进行涂刷,且涂刷宽度一致。
2、裂缝注胶处理
根据规范要求对于大于0.15mm的裂缝或渗水裂缝采用裂缝胶注射修补法,以一定的压力将裂缝胶FH-DD注射入裂缝内,胶液固化后将开裂两侧的混凝土连接成结构整体;胶液还能进一步渗透到裂缝周围的混凝土毛细缝隙中,形成较宽的加固带,并能沿着钢筋走向渗透,保护钢筋和增加钢筋与混凝土的粘合力,起到对裂缝修复并对结构局部增强并提高耐久性的作用,贯穿性裂缝以及蜂窝状混凝土局部缺陷的补强和封闭。
3、混凝土裂缝注胶步骤
裂缝注射前的准备,查清裂缝的长度、宽度、走向、贯穿及漏水情况,确定注射位置及注射间距。
粘结注射端口,在确定注射的位置粘接注射端口,其间距在300mm左右,应特别注意涂抹粘接剂时防止堵塞注胶嘴端口。
1)裂缝的端部设置注胶嘴。
2)在裂缝最大宽度处设置注胶嘴。
3)裂缝交叉处设置注胶嘴。
4)注胶嘴间距控制在20—30cm。
3、涂抹封缝,使用封缝胶涂抹裂缝表面,涂抹厚约2mm,宽约25mm,封缝好4—6个小时以后才能进行下道工序的施工。
4、封缝要求:
与混凝土表面粘贴严密。
表面光洁平滑,无裂隙、无气孔。
与注胶嘴连接成整体。
用封缝胶对注胶嘴周圈封闭。
5、连接注胶管,水平孔从任意端开始,垂直孔从最低处开始,依次向另外一端,把注胶管连接到注胶嘴端口上,要保证所有的未注胶的注胶嘴处于开启通气状态。
6、注射裂缝胶,要保证所有的未注胶胶嘴端口处于开启通气状态,确保注胶效果可靠。
从裂缝下端逐渐向上依次安装注胶嘴。
胶枪内囊胶量不足时即时更换裂缝胶补充。
每隔一个注入孔安置一个注胶嘴,当观察前面胶嘴口有胶反出时,堵住观察孔,再压5-10分钟。
裂缝胶初凝后,拆除注胶胶嘴。
注胶时,若封缝有漏胶,需马上用快干封缝胶重新封闭。
7、养护
胶液固化前避免水侵蚀。
注缝胶有瞬间固化功能,可以不中断交通。
8、拆除注胶嘴。
4.1.8涂刷混凝土腐蚀防渗FH-JTR1
确保混凝土处于饱和表面干燥状态,使用半硬的鬃毛刷子或尼龙刷子将材料采用涂刷方法已经处理好的混凝土基面,涂层涂刷要均匀如使用尼龙刷需用力来回纵横涂刷,保证凹凸处都能均匀涂刷。
首先涂刷混凝土防腐防渗封闭材料FH-JTR1(底涂),然后涂刷混凝土防腐防渗封闭材料FH-JTR1(面涂)。
4.1.9施工安全及注意事项
⑴施工中严格遵守执行《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)、《公路养护安全作业规程》(JTGH30-2004)、《公路工程施工安全技术规程》进行施工,做到专用设备专职使用;
⑵为保证施工安全、结构安全及工作的顺利开展,在施工前必须对施工机具、临时设备及其它保障措施进行详细检查、核对,在确保万无一失后方可施工;
⑶对于此混凝土表面,应清除疏松混凝土层,并加以重复你浸润和冲洗干净、不得有积水。
⑷不能在小于5度的温度条件下施工,无论是涂刷还是喷涂,均要求涂层厚度均匀、无漏喷、无空白。
并且在涂层养护开始的两昼夜内,应避免受到暴风、暴晒、雨淋以及负温受冻,五天内避免行车,七天内不得长期浸水。
5结束语
本文所提出的混凝土盐害、腐蚀处置与预防在桥梁预防性养护中的设计与施工技术既具有良好的适用性,FH-CTR1混凝土防腐材料无毒性,获得NSF批准用于饮用水的容器,施工对人体无危害;适用于新、旧混凝土,防水性能耐久性同混凝土寿命一样。
此预防性养护技术充分发挥了此防腐材料的高浓度、高渗透性,施工简单,无毒性等特性,有效解决了混凝土裂缝、脱皮掉块、表皮碳化、中性化等以往难以解决的问题,提高了混凝土的耐久性。
新材料应用使施工工艺更加简单,减少施工中人为操作失误,养护效果比传统材料更为优越。
参考文献
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【2】黎明亮.公路工程养护技术.人民交通出版社.2010.7.
【3】《混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2006).
【4】交通部.JTGH10-2009.公路养护技术规范.人民交通出版社.2009.10.
【5】交通部.JTG/TJ23-2008.公路桥梁加固施工技术规范.人民交通出版社.2008.10.
【6】交通部.JTGF80/1-2004.公路工程质量检验评定标准.人民交通出版社.2004.10.
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