硅烷浸漬技術在高寒地區(qū)路橋保護中的應用研究

高立軍

（黑龍江道弘路橋養(yǎng)護工程有限公司，黑龍江 哈爾濱 150090）

由于氣候條件影響，中國北方公路有5個月左右積雪期，秋冬、冬春交替時間長，凍融頻繁，對公路工程耐久性造成很大影響，出現(xiàn)了大量的路橋病害，橋梁主要病害表現(xiàn)在混凝土裂縫、表面開裂與剝蝕、骨料與鋼筋裸露、鋼筋銹蝕、混凝土碳化等。橋梁病害中多發(fā)且危害最大的是橋墩水位變化區(qū)域混凝土剝落和鋼筋銹蝕。混凝土路面病害主要表現(xiàn)在大面積剝蝕、縱橫向裂縫、交叉裂縫和板角裂縫等，破壞了面層結構完整性，有的面層局部發(fā)生裂紋、起皮、麻面、坑洞等現(xiàn)象，甚至發(fā)生錯臺、沉陷、隆起和拱起等變形，極大地縮短了公路使用壽命。

1 病害原因分析及解決途徑

主要是混凝土本身的多孔結構具有吸水性能，使其防水、抗?jié)B、抗鹽腐蝕、抗凍融能力先天不足。首先、砼本身的多孔結構致使其具有一定的吸水能力，而水又能通過凍融循環(huán)的應力作用，對砼結構造成持續(xù)性的破壞。其次，在寒冷地區(qū)經(jīng)常使用除冰鹽、融雪劑等用以除去公路表面積雪、積冰，在除冰雪的同時也促使了CI-、SO4、Mg2+等向混凝土中遷移和滲透，與水共同作用產(chǎn)生鹽凍、鹽蝕，破壞砼路面，結果造成砼路面大面積嚴重剝蝕。

到目前為止，國內(nèi)還沒有任何能夠解決此問題的經(jīng)濟適用的修復方法，致使有的公路使用不到設計年限的一半就需大修，既嚴重影響了路面通車質量又給國家造成了較大的經(jīng)濟損失。可見，做好混凝土路面和橋梁的防水和防止氯離子向混凝土中遷移和滲透，是目前唯一能減少混凝土路面和橋梁凍融、鹽凍、鹽蝕損害，提高混凝土路面和橋梁結構耐久性的經(jīng)濟實用的根本途徑。

為此交通部《公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范》JTG F30-2003中對防止鹽凍剝落破損設置了一些方法，如使用引氣劑、減小氣泡間距、控制水灰比等。這些方法雖然能減少冰凍損害，但對鹽凍剝落破壞即使正確使用上述方法也只能減緩，卻不能防止。而硅烷浸漬技術則是既能防水、防凍融，又能防鹽蝕的最有效方法。為此交通部JTG/T1307-01-2006《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》將硅烷浸漬作為水泥混凝土路面和橋梁防水、防凍融、防鹽蝕的主要措施。

2 硅烷浸漬技術的優(yōu)越性

“硅烷浸漬技術”就是將無色、透明、無味、滲透型的美國道康寧砼抗水劑產(chǎn)品，均勻地噴涂到水泥混凝土路面、防撞墻、隔離墩、橋面、橋身和橋墩等混凝土結構表面上，利用硅烷活性物質的滲透性，并與混凝土基材中的堿性物質作用，生成幾毫米至十幾毫米厚度的憎水層，這層憎水層在混凝基材表面以下，所以不會因噴涂而改變混凝土表面的外觀，也不會因表面磨損而破壞，從而提高砼表面的防水、抗?jié)B能力，進而提高砼的抗凍融能力，防止氯離子對砼的損害，抵御除冰鹽、融雪劑對公路砼路面的鹽腐蝕破壞，增加砼的耐久性，有效地延長高寒地區(qū)路橋的使用壽命，降低其維護成本

2.1 優(yōu)異的防水性，顯著降低混凝土的吸水率，提高混凝土防水抗?jié)B能力

硅烷液體具有較小的表面張力，滲入混凝土內(nèi)，同混凝土基材中的堿性物質互相作用，生成幾毫米至十幾毫米厚度的憎水層，通過硅烷分子的斥水性，切斷了水進入結構體的通道，極大的降低混凝土吸水量。C50混凝土應用JC9801硅烷抗水劑保護后，其吸水降低率為91.7%，應用JC9802硅烷抗水劑保護后，其吸水降低率為90%。顯著的降低混凝土的吸水率，提高了混凝土的抗?jié)B和防水能力。

2.2 優(yōu)異的抗氯離子能力，耐酸堿腐蝕能力

硅烷所具有的斥水性，在極大的降低混凝土吸水率同時，也極大的降低了混凝土吸收各種溶水有害化學物質進入。減少了有害化學物質對混凝土的破壞。經(jīng)檢測，JC9801的氯離子吸收率降低86.4%，JC9802的氯離子吸收率降低82.5%。非常適合酸、鹽、堿地區(qū)的混凝土結構保護，從根本上解決因酸堿鹽浸漬造成的鋼筋銹蝕、鋼筋裸露等病害，保證結構體的各項力學指標和結構的強度及耐久性。

2.3 顯著的提高混凝土抗凍融能力和抗鹽凍能力

經(jīng)過硅烷浸漬技術保護后的混凝土結構其自身吸水量非常小，避免了因凍融產(chǎn)生的混凝土破壞，也避免了自然界酸、堿、鹽及人工除冰鹽和除雪劑等有害物質對混凝土的破壞。在交通廳重點科研課題研究中，根據(jù)樣板路段、樣板橋使用硅烷浸漬和實驗數(shù)據(jù)得出結論，經(jīng)硅烷浸漬保護后的結構體抗鹽凍能力平均提升了5倍以上，C30砼涂JC-9802抗鹽凍能力提升543%，C40砼涂JC-9802抗鹽凍能力在提升522%，C40砼涂JC-9801抗鹽凍能力在提升511%，C50砼涂JC-9802抗鹽凍能力在提升441%。

涂刷硅烷后混凝土的在氯化鈉溶液中的凍融次數(shù)

2.4 小分子結構，深入滲透混凝土內(nèi)部，在不改變混凝土外觀和顏色的同時，保證了混凝土的透氣性，又保證了各項路用指標。硅烷液體具有較小的表面張力，噴涂在混凝土表面后，可以很快的滲入混凝土1～20微米的毛細孔內(nèi)，與混凝土中的堿反應、結合，形成一道深入混凝土內(nèi)部的防護膜，其深度可達3～13mm。該斥水層即不改變混凝土的外觀，也不改變路面的構造深度、摩擦系數(shù)等路用行車安全指標，硅烷產(chǎn)生的斥水性，抑制水分子滲入的同時，又能保證混凝土的透氣性。

2.5 水泥混凝土結構磨耗后仍具有良好的保護能力，可與結構同壽命。

根據(jù)磨耗后性能測試實驗，對六種滲透型混凝土防護材料進行磨耗性能測試，其中包括硅烷、丙烯酸和環(huán)氧樹脂等多種材料。在測試前，它們的耐氯離子滲透有效率均為90%左右。第一次，磨掉處理后混凝土表面1mm，此時，丙烯酸和環(huán)氧樹脂等處理的混凝土表面的耐氯離子滲透有效率下降為30%左右，而硅烷處理的混凝土表面仍然為90%左右；第二次，磨掉3～4mm，此時，丙烯酸和環(huán)氧樹脂等處理的混凝土表面的耐氯離子滲透有效率下降為0%，而硅烷處理的混凝土表面，低濃度、淺滲透的表面下降為30～40%，而高濃度、深滲透的表面仍然保持為90%左右。

2.6 防微裂縫滲水能力

混凝土開裂是非常難以控制的。硅烷對于混凝土的微裂縫也能提供一定的防水保護。根據(jù)道康寧的測試，由于硅烷的作用機理和虹吸作用，異丁基三乙氧基硅烷對于0.2mm以下的混凝土裂縫能提供防滲保護。

3 科研成果及應用

公司從美國道康寧引進硅烷浸漬技術，由省交通廳設立專項科研課題，委托省公路局組成專家課題組，針對硅烷浸漬技術在高寒地區(qū)應用，進行了可行性研究，取得了詳實數(shù)據(jù)，證實了應用硅烷浸漬技術對水泥混凝土結構防水、防凍融、防鹽蝕效果很好，順利通過專家組驗收，給予了成果國內(nèi)技術領先的肯定，建議推廣應用。

該技術我們分別在克訥公路、同三公路、鶴大公路、哈牡高速公路和聯(lián)眾橋、新聯(lián)橋、哈爾濱太平國際機場、富綏松花江大橋等工程中應用，最早工程時間都已過去了六年以上，該路面和橋梁沒有再發(fā)生剝蝕、斷縫等現(xiàn)象，取得了防水、防凍融、防鹽蝕的成功。

4 應用建議

根據(jù)寒區(qū)公路和橋梁的具體情況，建議在經(jīng)常使用除冰鹽、融雪劑的混凝土路段，特別大型橋梁及公路收費區(qū)的建設養(yǎng)護中重點使用，如果在混凝土路面和橋梁建成通車之前應用此技術，則效果更佳，將會帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

[1]交通部《公路水泥混凝土路面施工技術規(guī)范》JTG F30-2003

[2]交通部《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》JTG/T1307-01-2006