硅烷浸漬技術(shù)在先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁梁端防腐中的應(yīng)用

張軍（中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京　100081）

硅烷浸漬技術(shù)在先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁梁端防腐中的應(yīng)用

張軍
（中鐵十九局集團(tuán)有限公司，北京100081）

由于施工工藝控制等方面的原因，早期施工的某些先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁在運(yùn)營(yíng)近20年后于近年出現(xiàn)了梁端鋼絞線銹脹、底板混凝土大面積空鼓崩裂的狀況，危及在役橋梁的運(yùn)營(yíng)安全。在梁端鋼絞線除銹、防銹的同時(shí)，對(duì)尚未出現(xiàn)明顯空鼓的梁端底板混凝土進(jìn)行浸漬硅烷處理可有效阻隔大氣中的水分進(jìn)入梁體，防止鋼絞線進(jìn)一步腐蝕，提高結(jié)構(gòu)的耐久性。本文闡述浸漬硅烷技術(shù)的原理、特點(diǎn)、施工工藝和應(yīng)用效果。

浸漬硅烷；先張法；空心板；鋼絞線銹脹；底板崩裂

在早期的橋梁建設(shè)工程中，裝配式先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁因其造價(jià)低、建筑高度低、安全性和耐久性較高、可以工廠化生產(chǎn)、構(gòu)造簡(jiǎn)單、施工方便等優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)中小跨度公路橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用。

經(jīng)過(guò)10余年的運(yùn)營(yíng)，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁出了不同程度的病害，比較典型的有鉸縫開裂滲水甚至斷裂、底板縱向開裂及梁端斜向開裂。鉸縫開裂滲水主要是由空心板梁鉸縫構(gòu)造決定的。由于空心板梁鉸縫構(gòu)造尺寸較小，采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑且鉸縫內(nèi)設(shè)的連接鋼筋較弱而施工不便，施工質(zhì)量難以保證，導(dǎo)致其在運(yùn)營(yíng)荷載的作用下極易開裂滲水。這是目前先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁普遍存在的病害之一。底板縱向開裂主要是由于空心板梁內(nèi)模定位不準(zhǔn)導(dǎo)致底板混凝土偏薄和預(yù)應(yīng)力放張后的泊松效應(yīng)。此外在鉸縫質(zhì)量較好的情況下，空心板梁橫向連成整體后梁體空腔底部成為結(jié)構(gòu)橫向剛度最小處，在運(yùn)營(yíng)荷載作用下極易開裂。梁端斜向開裂主要出現(xiàn)在一些梁間距較大的空心板梁中，主要是由于空心板梁采用等厚度腹板構(gòu)造，梁端抗剪能力不足。

近年來(lái)，在一些早期施工的先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁中開始出現(xiàn)另一種比較普遍的病害，即梁端混凝土大面積空鼓、崩裂。本文對(duì)其病害成因和處理方法予以闡述。

1　空心板梁梁端病害及處治方案

某高速公路先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁底板梁端普遍存在縱向裂紋，底板混凝土存在大面積崩裂甚至脫落的現(xiàn)象。經(jīng)調(diào)查，有32.7%的板梁存在空鼓、破損現(xiàn)象，其中68.7%的空鼓長(zhǎng)度在30～100 cm。

底板縱向裂縫的分布與先張法板梁梁端鋼絞線失效段的布置有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系。失效段膠皮套內(nèi)鋼絞線銹蝕越嚴(yán)重，相應(yīng)的表面混凝土開裂就越嚴(yán)重。膠皮套內(nèi)固化水泥漿的多少及其密實(shí)程度與鋼絞線銹蝕程度也有對(duì)應(yīng)關(guān)系。水泥漿較多的其固化過(guò)程中析出的水也較多，因而鋼絞線銹蝕相對(duì)嚴(yán)重，但也有少量膠皮套內(nèi)存在較多水泥漿但鋼絞線未銹蝕。這主要與其固化后的密實(shí)度及析出水的去向有關(guān)。膠皮套的顏色也與鋼絞線銹蝕程度有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，較完好的膠皮套呈鮮綠色，而銹蝕嚴(yán)重的呈黃褐色。這是空氣進(jìn)入后橡膠老化褪色的結(jié)果。

底板存在崩裂的板梁其鋼絞線保護(hù)層厚度均與設(shè)計(jì)值相吻合，因而外部空氣及水汽進(jìn)入梁體更多地是在混凝土開裂之后發(fā)生的。這從部分鋼絞線距梁端較遠(yuǎn)處銹蝕相對(duì)更為嚴(yán)重的狀況可以推測(cè)出來(lái)。因?yàn)榱憾怂w影響端頭局部鋼絞線的銹蝕，當(dāng)其向內(nèi)部滲透的通道被膠皮套內(nèi)的水泥漿封堵時(shí)，則不會(huì)對(duì)鋼絞線產(chǎn)生過(guò)多的不利影響。

綜上，先張法預(yù)應(yīng)力鋼絞線失效段銹蝕脹裂是導(dǎo)致梁端底板混凝土空鼓、崩裂的直接原因。外部水體經(jīng)梁端和底板滲入是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)病害加劇的外部因素。

對(duì)于該病害的處理首先應(yīng)是切斷外部水體進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的通道，從而阻止鋼絞線進(jìn)一步銹蝕，防止因空心板梁底板混凝土大面積崩裂使得梁端有效預(yù)應(yīng)力筋失效而威脅結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)安全。

對(duì)于梁端空鼓面積較小的板梁采用如下方式進(jìn)行防腐處理：①對(duì)梁端失效段鋼絞線進(jìn)行防腐處理，避免其進(jìn)一步銹脹，通過(guò)在梁端底板開設(shè)2～3道槽口，然后對(duì)槽口內(nèi)鋼絞線除銹后噴涂阻銹劑實(shí)現(xiàn)；②對(duì)梁端底板表面做防腐處理，避免外部水汽進(jìn)入梁體導(dǎo)致鋼絞線銹蝕，擬對(duì)梁端混凝土表面采用硅烷浸漬憎水處理。

2　硅烷浸漬技術(shù)

2.1硅烷防水原理及特點(diǎn)

混凝土結(jié)構(gòu)防腐用硅烷是一種水性高分子滲透型有機(jī)硅，其有效成分為異丁基/烯三乙氧基硅烷（液體）或異辛基三乙氧基硅烷（膏體）。

硅烷的小分子結(jié)構(gòu)可穿透混凝土膠結(jié)體表面，滲透到其內(nèi)部與暴露在酸性或堿性環(huán)境中的空氣及基底中的水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成憎水層，從而阻止水分進(jìn)入到基底中，在防水、防 Cl-、抗紫外線的同時(shí)具有透氣性，可有效防止基材因滲水、日照、酸雨和海水的侵蝕而導(dǎo)致混凝土及內(nèi)部鋼筋腐蝕、疏松或剝落，從而提高結(jié)構(gòu)的耐久性。硅烷浸漬處理混凝土表面效果如圖1所示。

硅烷浸漬用于混凝土結(jié)構(gòu)防腐具有以下優(yōu)點(diǎn)：①硅烷小分子能迅速滲透至基材內(nèi)部的毛細(xì)孔壁上，化學(xué)反應(yīng)速度適中，從而擁有極佳的滲透能力和滲透深度；②硅烷與空氣中的水汽和基材的中水分反應(yīng)生成的憎水硅樹脂，能與基材有機(jī)結(jié)合，形成堅(jiān)固、剛?cè)岬姆浪畬樱虎酃柰榕c基材反應(yīng)形成的硅酮高分子是一種膠狀物質(zhì)，有著優(yōu)異的彈性和拉伸強(qiáng)度，能夠防止開裂且能夠彌補(bǔ)寬度≤0.2 mm的裂縫；④當(dāng)憎水層表面由于非正常原因（如外力作用）破損時(shí)，其破損面上的硅烷與水分繼續(xù)發(fā)生新的反應(yīng)，使破損表面的防水層得到自我修復(fù)；⑤處理后的基材形成了遠(yuǎn)低于水的表面張力，并產(chǎn)生毛細(xì)逆氣壓現(xiàn)象，形成單向透氣防止水分浸入的特殊防水層；⑥防水基材的表面不留任何涂層膜，涂刷基材后不改變基材摩擦系數(shù)，有助于提高基材強(qiáng)度，保持原有外觀，既環(huán)保又安全。

圖1　硅烷浸漬處理混凝土表面效果

2.2硅烷材料性能與應(yīng)用

混凝土表面防腐用硅烷浸漬材料多采用異辛基三乙氧基硅烷膏體，其主要質(zhì)量要求和性能指標(biāo)見表1。

表1　硅烷浸漬材料質(zhì)量要求和性能指標(biāo)

目前硅烷浸漬技術(shù)多用于海港工程混凝土結(jié)構(gòu)的防腐處理，在公路工程中主要用于大跨度跨海橋梁墩柱的防腐，在主梁結(jié)構(gòu)的防腐上應(yīng)用案例較少。

2.3硅烷浸漬主要施工工藝

主要工序：①結(jié)構(gòu)表面處理，清理預(yù)埋件、鋼筋頭，修補(bǔ)混凝土表面缺陷；②基底清理，打磨清除不牢固的附著物；③硅烷浸漬涂裝，2道涂敷，按設(shè)計(jì)及規(guī)范要求保證硅烷膏體用量；④按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行驗(yàn)收。

硅烷浸漬前的混凝土表面處理：①用水泥漿修補(bǔ)蜂窩、露石等明顯缺陷，用鋼鏟刀清除表面碎屑及附著物；②修補(bǔ)寬度＞0.2 mm的裂縫；③清除不利于硅烷浸漬的灰塵、油污、銹跡等有害物與污染物；④混凝土表面應(yīng)為干燥狀態(tài)，進(jìn)行上述清除工作需要使用飲用水時(shí)，應(yīng)在沖洗后自然干燥72 h。

施工注意事項(xiàng)：①噴涂硅烷的混凝土齡期應(yīng)≥28 d，混凝土修補(bǔ)后應(yīng)≥14 d。②混凝土表面溫度在5～45℃，空氣相對(duì)濕度應(yīng)＜85%，理想的氣候環(huán)境為干燥無(wú)風(fēng)、常溫18～25℃。下雨、強(qiáng)風(fēng)或強(qiáng)烈陽(yáng)光直射時(shí)不得作業(yè)。如果施工過(guò)程中出現(xiàn)下雨，應(yīng)對(duì)剛施工過(guò)的區(qū)域采取遮擋等保護(hù)措施，防止未滲入混凝土結(jié)構(gòu)的硅烷材料損失；如有損失而達(dá)不到施工要求的應(yīng)修補(bǔ)；如果表面沒有泥沙等阻擋物或者結(jié)構(gòu)未破壞，修補(bǔ)時(shí)工作面無(wú)需特殊處理。③浸漬材料應(yīng)原罐密封，貯存于陰涼干燥處，并設(shè)立符合職業(yè)衛(wèi)生和安全部門要求的警示牌。浸漬所需的全部硅烷用料在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)一次備足，使用前方可啟封，并應(yīng)于啟封后72 h內(nèi)用完，否則應(yīng)予廢棄。④施工現(xiàn)場(chǎng)附近須無(wú)明火，操作人員使用必要的安全保護(hù)設(shè)施。避免硅烷和氯丁橡膠、瀝青質(zhì)密封材料等其他可能腐蝕的材料接觸。⑤膏體采用無(wú)汽噴涂設(shè)備進(jìn)行施工，使用量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土狀況及設(shè)計(jì)要求達(dá)到的滲透深度來(lái)確定，一般膏體涂敷用量為0.20～0.33 kg/m2。

3　應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

在項(xiàng)目施工完成半年后，對(duì)梁體硅烷浸漬效果進(jìn)行了檢測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)抽樣選取2組芯樣，對(duì)硅烷浸漬深度、吸水率比和氯化物吸收量降低效果進(jìn)行了檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》（JTG/T B07-01—2006）的要求，見表2。目前來(lái)看，梁體硅烷浸漬效果良好，后期運(yùn)營(yíng)中可進(jìn)一步對(duì)其耐久性進(jìn)行跟蹤觀測(cè)。

表2　梁體硅烷浸漬檢驗(yàn)結(jié)果

4　結(jié)語(yǔ)

混凝土結(jié)構(gòu)特別是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的防腐問(wèn)題正在逐步引起重視。本文所述先張法預(yù)應(yīng)力混凝土空心板梁在運(yùn)營(yíng)近20年后即出現(xiàn)因失效段鋼絞線銹蝕導(dǎo)致的梁端混凝土普遍大面積崩裂的情況。本次采用梁體表面硅烷浸漬的方式對(duì)空心板梁梁端底板進(jìn)行憎水處理，效果良好，可供類似工程借鑒。

［1］中華人民共和國(guó)交通部.JTG/T B07-01—2006公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)交通部.JTJ 275—2000海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范［S］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］李化建，易忠來(lái)，謝永江.混凝土結(jié)構(gòu)表面硅烷浸漬處理技術(shù)研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2012，26（2）：120-124.

［4］王原原，孫仁娟，紀(jì)續(xù)，等.硅烷浸漬實(shí)施條件對(duì)公路結(jié)構(gòu)混凝土防護(hù)效果研究［J］.公路，2015（11）：189-193.

［5］羅志權(quán)，郭琦，陳斌，等.不同老化處理方式對(duì)混凝土防腐蝕涂層表面狀態(tài)和拉伸性能的影響［J］.鐵道建筑，2015 （10）：172-175.

［6］李化建，謝永江.我國(guó)鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)［J］.鐵道建筑，2016（2）：1-8.

（責(zé)任審編李付軍）

Application of Silane Impregnation Technology to Corrosion-prevention of Pretensioned Concrete Hollow Slab Girder

ZHANG Jun
（China Railway 19th Bureau Group Co.，Ltd.，Beijing 100081，China）

After nearly twenty years of operation，pretensioned concrete voided slab girders have defects including corrosion and expansion of steel strands in the end，and hollowing and cracking at the bottom，threatening the service of bridges.T hese defects may be partly because of bad construction control.Silane treatment may prevent further corrosion of strands，and effectively prevent water penetration when the bottom slab has not significant hollow. T hus，it improves structure durability.In this paper，the principle，characteristic，construction and application effect of silane treatment are introduced.

Silane treatment；Pretension；Hollow slab；Corrosion and expansion of steel strand；Slab bottom cracking

U449.7

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.14

1003-1995（2016）08-0057-03

2016-05-11；

2016-06-21

張軍（1972— ），男，高級(jí)工程師。