摘 要:對(duì)上海地區(qū)五座被腐蝕的橋梁混凝土的現(xiàn)場(chǎng)取樣測(cè)試結(jié)果顯示,原365JT設(shè)計(jì)強(qiáng)度為Ｃ30混凝土強(qiáng)度和耐久性均嚴(yán)重降低。近年來(lái)上海建成了大量橋梁、高架和軌道365JT交通工程,鋼筋混凝土防腐365JT技術(shù)措施研究無(wú)疑將成為一個(gè)緊迫的課題。通過(guò)對(duì)涂有(純丙乳液、苯丙乳液、叔碳酸鹽和有機(jī)硅)涂層的混凝土的氯離子滲透性、氣體滲透性以及碳化性能進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)除有機(jī)硅外,其他幾種涂層對(duì)混凝土防腐效果顯著,其中苯丙乳液效果最佳。
關(guān)鍵詞:混凝土 防腐蝕 涂層 耐久性
從20世紀(jì)80年代后期至今,經(jīng)過(guò)十幾年的建設(shè),上海的道路交通設(shè)施發(fā)生了巨大的變化,建成了內(nèi)環(huán)高架道路、延安路高架道路、南北高架道路、南浦大橋、楊浦大橋、徐浦大橋和高架明珠軌道線等。在這些工程中,鋼筋混凝土構(gòu)筑物的量不斷增加,就目前所修的橋梁結(jié)構(gòu)而言,絕大部分為鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)目前對(duì)上海地區(qū)范圍內(nèi)立交橋和高架道路的初步觀察發(fā)現(xiàn),混凝土構(gòu)筑物在耐久性方面存在著不同程度的問(wèn)題,嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)正常的使用壽命,主要表現(xiàn)特征為某些部位的混凝土開(kāi)裂,鋼筋銹蝕,混凝土鋼筋保護(hù)層太薄,混凝土抗水、有害離子滲透性及抗碳化性能差等等。如不予以重視,不盡早根據(jù)其使用狀況和應(yīng)用環(huán)境采取必要的保護(hù)措施,不久的將來(lái)會(huì)對(duì)國(guó)家和人民的財(cái)產(chǎn)和安全帶來(lái)嚴(yán)重的后果。混凝土腐蝕劣化過(guò)程一般經(jīng)過(guò)兩個(gè)階段。初始階段和擴(kuò)展階段,在初始階段沒(méi)有顯著的材料弱化或結(jié)構(gòu)功能退化現(xiàn)象出現(xiàn),但某些保護(hù)層被侵蝕介質(zhì)破壞。而在擴(kuò)展階段
,將出現(xiàn)主動(dòng)性的損傷并加速發(fā)展,如鋼筋腐蝕。到目前為止,如何減緩和防止混凝土橋梁腐蝕,以提高混凝土橋梁耐久性能,延長(zhǎng)其使用壽命還沒(méi)有一套有效的方法。因此,本文就保護(hù)材料及工藝,保護(hù)技術(shù)方面加以研究,并提出一套有效的混凝土防腐蝕保護(hù)技術(shù)。
1 試 驗(yàn)
1．1 原材料水
泥采用ＰＯ32．5普通硅酸鹽水泥,砂采用細(xì)度模數(shù)為2．6的中砂,粗集料采用5～38ｍｍ的石灰石。混凝土配合比見(jiàn)表1。
聚合物涂層采用純丙乳液(ＡＣ)、苯丙乳液(ＰＡ)、叔碳酸鹽乳液(ＴＣ)和有機(jī)硅(ＯＳ)等四種聚合物。
1．2 試驗(yàn)方法
混凝土碳化試驗(yàn)按照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)方法》(ＧＢＪ82-85)中快速碳化試驗(yàn)進(jìn)行。采用100ｍｍ×100ｍｍ×300ｍｍ長(zhǎng)方體試件,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)26ｄ,在
混凝土氣體滲透試驗(yàn)按照ＲＩＬＥＭＴＣ116-ＰＣＤ[1]步驟進(jìn)行。每組2塊,試塊采用直徑150ｍｍ,高度為50ｍｍ的圓柱體。養(yǎng)護(hù)時(shí)盡量減少試塊與外界環(huán)境的水分交換。養(yǎng)護(hù)在2
2 試驗(yàn)結(jié)果與分析
2．1 鋼筋混凝土橋梁耐久性劣化現(xiàn)狀和力學(xué)性能現(xiàn)狀
我們調(diào)查了上海公路系統(tǒng)的團(tuán)港橋、內(nèi)港河橋、醫(yī)院橋、五灶港橋和六灶港橋等鋼筋混凝土橋梁。這些橋梁均有不同程度腐蝕破壞。從現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鉆孔取樣,并根據(jù)要求制樣,以測(cè)定其氯離子滲透性、碳化深度和強(qiáng)度。
2．1．1 鋼筋混凝土氯離子滲透性的檢測(cè)
從表2中可見(jiàn),橋梁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的混凝土試樣抗氯離子滲透性明顯比中部試樣差,內(nèi)外側(cè)試樣的導(dǎo)電量大部分超過(guò)4000Ｃ,說(shuō)明混凝土的抗氯離子滲透性能已經(jīng)很差,混凝土耐久性受到嚴(yán)重劣化,混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用已經(jīng)很弱。中部試樣的導(dǎo)電量大約為兩側(cè)混凝土導(dǎo)電量的3 4,說(shuō)明中部混凝土的抗氯離子滲透性也受到了較嚴(yán)重的劣化。
表2 橋梁取芯試樣氯離子滲透性樣2．1．2 鋼筋混凝土碳化深度的檢測(cè)
表3顯示五座橋均受到一定程度的碳化腐蝕,其中團(tuán)港橋的外側(cè)和六灶港橋的內(nèi)側(cè)尤其嚴(yán)重,碳化深度分別為19．5ｍｍ和18．0ｍｍ。從表2和表3中可見(jiàn),混凝土的氯離子滲透性和碳化深度有很好的相關(guān)性,說(shuō)明氯離子滲透性和碳化深度對(duì)混凝土耐久性的評(píng)價(jià)是一致的。
表3 橋梁取芯碳化深度
2．1．3 鋼筋混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)試
從表4中可以看出,原設(shè)計(jì)強(qiáng)度為Ｃ30的混凝土現(xiàn)在的強(qiáng)度都有大幅度降低,抗壓強(qiáng)度最低只有14．8ＭＰａ,回彈強(qiáng)度只能達(dá)到14．6ＭＰａ。同時(shí)結(jié)合氯離子滲透和碳化深度測(cè)試的結(jié)果發(fā)現(xiàn),強(qiáng)度低的試樣其抗氯離子滲透性差,同時(shí)已被碳化的深度大。
表4 橋梁取芯試樣抗壓強(qiáng)度樣
2．2 鋼筋混凝土橋梁防腐技術(shù)措施研究以
上對(duì)取芯試樣的測(cè)試結(jié)果表明:受調(diào)查的上海地區(qū)這幾座橋梁的混凝土均受到了相當(dāng)嚴(yán)重的腐蝕。可以推測(cè)其他橋梁也應(yīng)該受到一定程度的影響,所以如何防止鋼筋混凝土橋梁的腐蝕應(yīng)該成為一個(gè)迫在眉睫的重大課題。本文就此提出鋼筋混凝土防腐技術(shù)措施,并對(duì)其作出評(píng)價(jià)。試驗(yàn)分別對(duì)不涂涂層的基準(zhǔn)混凝土(ＮＯ)和涂有不同聚合物涂層:純丙乳液(ＡＣ)、苯丙乳液(ＰＡ)、叔碳酸鹽乳液(ＴＣ)和有機(jī)硅(ＯＳ)的混凝土的氯離子滲透性、抗碳化性能和氣體滲透性進(jìn)行了研究。并且對(duì)不同厚度的苯丙乳液(ＰＡ)涂層對(duì)耐久性的影響進(jìn)行了研究。
2．2．1 不同涂層對(duì)混凝土氯離子滲透性的影響
氯離子滲透性對(duì)于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是一個(gè)重要考察指標(biāo)。氯離子即使在高堿度下,對(duì)破壞鋼筋的鈍化膜都有特殊的能力。鋼筋的銹蝕最終會(huì)導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度大大降低,這對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)是一個(gè)潛在的巨大威脅。試驗(yàn)表明,基準(zhǔn)混凝土通過(guò)的電量為1233Ｃ。而涂有各種涂層的混凝土的氯離子滲透性得到顯著改善,對(duì)比表5所列的ＡＳＴＭＣ1202標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)的電量基本可以忽略。其中涂有苯丙乳液(ＰＡ)的混凝土滲透性接近于0。
表5 混凝土滲透性評(píng)價(jià)(ＡＳＴＭＣ1202)
2．2．2 不同涂層對(duì)混凝土氣體滲透性的影響
圖1中可見(jiàn)涂有不同涂層的混凝土氣體滲透系數(shù)相差很大。與基準(zhǔn)混凝土相比,純丙乳液涂層可以使混凝土氣體滲透系數(shù)降低1個(gè)數(shù)量級(jí),叔碳酸鹽涂層可以使?jié)B透系數(shù)降低2個(gè)數(shù)量級(jí)以上,而涂有苯丙乳液的混凝土根本就不透氣。有機(jī)硅對(duì)混凝土的氣體滲透性影響很小。2．2．3 不同涂層對(duì)混凝土碳化深度的影響
混凝土碳化是指空氣中的二氧化碳?xì)怏w不斷透過(guò)混凝土毛細(xì)孔擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部,氣相擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部充水的
毛細(xì)孔中與其中的孔隙液所溶解的氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng),生成碳酸鹽或其他物質(zhì)的現(xiàn)象。從總體上可以把混凝土碳化過(guò)程分成兩個(gè)步驟:第一個(gè)步驟是二氧化碳?xì)怏w擴(kuò)散到混凝
土孔隙中;第二個(gè)步驟是二氧化碳與混凝土中物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。很明顯,前者是發(fā)生碳化腐蝕的前提條件。利用涂層包裹混凝土的表面,從而形成致密的保護(hù)層可以防止二氧化碳?xì)怏w的擴(kuò)散。從表6的數(shù)據(jù)可見(jiàn),除了有機(jī)硅涂層外,其他涂層對(duì)防止混凝土的碳化都有很好的效果,基準(zhǔn)混凝土28ｄ碳化深度為24．7ｍｍ,而涂有苯丙乳液的混凝土28ｄ碳化深度最小僅為0．7ｍｍ,純丙乳液次之為2．7ｍｍ,叔碳酸鹽再次之為5．9ｍｍ。從碳化的發(fā)展速度來(lái)看,基準(zhǔn)混凝土和涂有純丙乳液、叔碳酸鹽涂層的混凝土早期碳化發(fā)展較快,后期較慢。這是因?yàn)樘蓟a(chǎn)生了不溶于水的碳酸鈣填充了混凝土的部分空隙[3],使得二氧化碳?xì)怏w擴(kuò)散變得更難,所以減緩了碳化速度。而涂有苯丙乳液涂層的混凝土碳化速度均勻,是因?yàn)橥繉颖旧韺?duì)二氧化碳的滲透性就幾乎為零,所以碳化產(chǎn)生很少的碳酸鈣不至于影響碳化速度。
表6 不同涂層對(duì)碳化深度的影響
2．2．4 不同厚度的涂層對(duì)混凝土耐久性的影響
分別調(diào)整苯丙乳液涂層的厚度為0．7ｍｍ、1．0ｍｍ和1．3ｍｍ,進(jìn)行混凝土氯離子滲透、氣滲、碳化深度測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖2。由試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),混凝土28ｄ的碳化深度隨涂層厚度的增加而明顯減小。其中1．0ｍｍ涂層的混凝土碳化深度為0．8ｍｍ,而0．7ｍｍ涂層的混凝土碳化深度增加到3．2ｍｍ。而涂層厚度對(duì)混凝土氣滲和氯離子滲透幾乎沒(méi)有影響,綜合考慮經(jīng)濟(jì)與效果兩方面因素,建議選擇涂層厚度為1．0ｍｍ。
3 結(jié) 論
1)橋梁混凝土現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)結(jié)果表明,原設(shè)計(jì)強(qiáng)度為Ｃ30的混凝土強(qiáng)度和耐久性都有驚人的下降,如不立即采取橋梁防腐措施,后果不堪設(shè)想。
2)不同涂層對(duì)混凝土的氯離子滲透性、氣體滲透性和防碳化方面都有顯著的效果,其中苯丙乳液最理想,可以使混凝土的氣滲系數(shù)降低至0,抗氯離子滲透性能提高3個(gè)數(shù)量級(jí),碳化深度下降到1 35。
3)苯丙乳液涂層厚度對(duì)混凝土氣滲和氯離子滲透幾乎沒(méi)有影響,而混凝土28ｄ的碳化深度隨涂層厚度增加而明顯減小。綜合考慮經(jīng)濟(jì)與效果,建議苯丙涂層的厚度為1．0ｍｍ。震及豎向荷載作用下避免嚴(yán)重垮塌。對(duì)此,本文提出了“強(qiáng)轉(zhuǎn)換”、“強(qiáng)底梁、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)剪弱彎”的抗震設(shè)計(jì)總原則。
