柔性防腐材料在高速公路橋梁防撞墻上的研究與應用

王永崗

（山西省交通建設工程監理總公司，山西 太原 030012）

0 引言

近年來，高速公路橋梁防撞墻根部混凝土的腐蝕破壞問題越來越嚴重，通車3年左右根部表面破損是各條高速公路橋梁防撞墻的常態，通車10年以上造成鋼筋銹蝕及結構破損也在部分路段逐漸表現[1]。預防及治理混凝土腐蝕所帶來的結構破壞和延長它們的使用壽命，已逐漸被高速公路養護部門及相關科研機構所重視。對于防撞墻混凝土的破損及腐蝕問題，最簡單快捷的方法是刷涂保護層，通過密封的手段減少混凝土與外界的接觸，減少氯離子侵蝕、凍融破損及其自身的中性化[2]。但單獨的一層防腐層對混凝土的保護效果相對較差，受混凝土膨脹、外界沖擊、多重腐蝕的影響[3]，采用單層防護措施的混凝土防撞墻在應用2年后較易發生破損，故而提出對混凝土防撞墻采用多層防腐措施的柔性橋梁結構防腐技術。柔性橋梁結構防腐技術具有結構補強、涂層抗腐蝕、適應混凝土自收縮的特點，本文結合工程實例全面總結并分析防腐涂裝的材料選用和應用效果，為后續類似工程的施工提供經驗。

1 工程概況

山西省聞垣高速地處山西省中南部地區，夏季炎熱，冬季寒冷，冷熱循環極其明顯。自2010年通車運營后，冬季降雪較多，為保證高速公路正常通行，融雪劑使用較為頻繁。混凝土表面毛細孔分布較多，融雪劑中的氯離子極易向混凝土內部遷移和滲透，造成混凝土強度下降、鋼筋銹蝕等問題，加之過往車輛快速通過后帶起的石子等雜物對防撞墻表面的沖擊，防撞墻表面混凝土破損嚴重。2012年，聞垣高速公路建設管理處采用柔性橋梁結構防腐技術對聞垣高速楊家河大橋防撞墻下部30 cm區域進行了防腐處理。通過對防撞墻破損處結構補強，涂布封閉底漆、水泥基防水層、丙烯酸柔性防腐層以實現補強混凝土、透氣防水、阻止腐蝕源的進入的目的。2015年7月，經過3年多的跟蹤觀測，防撞墻表面良好，圖1為施工前后對比圖。

圖1 防撞墻在柔性橋梁結構防腐技術使用前后的應用效果

2 防腐涂裝方案設計

2.1 防腐材料的選用

根據防撞墻防腐設計要求，該防撞墻下部30 cm區域涂裝方案為水性環氧封閉底漆+水泥基防水漿料+柔性丙烯酸防腐面漆。由于聞垣高速通車兩年，防撞墻根部表面腐蝕較嚴重，需對根部破損部位進行補強處理。在打磨和清理干凈破損區域后，對原始區域進行原材料補強，之后采用水性環氧封閉底漆進行修補，水性環氧封閉底漆主要由水性環氧樹脂、固化劑及其他助劑組成，主要優點是材料與基底黏結強度高、干燥時間快、封閉效果好。

水泥基防水漿料是一種AB組分、水泥基干粉狀防水材料，生成物能滲入混凝土表層微孔中，封堵這些微型路徑并與防撞墻基面結合為一體，同時在防撞墻表面形成附著力極強的密實涂層，進一步起到封閉、防水作用。

柔性丙烯酸防腐面漆一種柔韌性極佳的純丙烯酸水性防腐涂料，單組份，采用紫外光自交聯型多元聚丙烯酸酯彈性乳液為基料，并添加多種助劑配制而成。其優點是具有良好的彈性、與基材結合良好、具有優異的常溫和低溫柔韌性和優良的防腐性、優異的抗有害氣體滲透性能、出色的耐候性、極強的抗紫外線能力、施工簡單，其主要性能見表1，經檢驗其性能符合JT/T 685—2007《混凝土橋梁結構表面涂層防腐技術條件》中Im2腐蝕環境下防腐涂料的技術要求。

經過對進場材料進行見證取樣檢驗，各項性能符合相關技術要求。

表1 柔性丙烯酸防腐面漆技術指標

2.2 涂裝方案設計及驗證

該工程混凝土結構表面涂層防腐蝕范圍主要為防撞墻根部20 cm垂直豎里面+10 cm傾斜豎里面。涂層系統由底、中、面三層次組成，各涂層設計厚度分別為：50 μm水性環氧封閉底漆、800 μm水泥基防水漿料中間層、100 μm柔性丙烯酸防腐面漆，涂裝顏色除面漆要求為黑黃色熒光漆外，其他不做要求。

為了對涂裝施工提供理論支撐，在涂裝施工前，對涂裝工藝進行了施工前的驗證性檢驗，根據試驗結果可知，水性環氧封閉底漆1遍+水泥基防水漿料中間層2遍+柔性丙烯酸防腐面漆2遍可滿足設計厚度要求，具體事例及數據見表2及圖2。

圖2 涂裝前厚度與涂刷遍數驗證試驗

表2 防腐涂裝遍數及濕膜、干膜厚度試驗檢測結果對照表

3 應用效果評估

對防撞墻防護效果的應用效果評估從兩方面進行考慮，一方面是短期性能評價，開展模擬效果評估，即通過模擬試驗測定防撞墻的防護效果，這里我們采用電量法。另一方面是長期性能評價，通過長期外觀觀測及鉆取混凝土樣芯，開展對比試驗，測定混凝土的氯離子含量變化。從而綜合分析柔性橋梁結構防腐技術對防撞墻的防護效果。

3.1 電量法測定混凝土的導電量

根據ASTM C1202—2010混凝土抗氯離子滲透性能的電動指示試驗方法進行混凝土氯離子滲透性測試，測試混凝土的防腐效果，表3為ASTM C1202評價標準[4]。采用C30混凝土制備直徑100 mm，高50 mm的6組標準芯樣，6組芯樣表面采用不同方式處理，包括空白樣、刷涂市面上通用防腐反光漆、刷涂柔性橋梁結構防腐技術各涂層及全部涂層。將試件安裝于試驗槽內，在外加電場下，記錄持續通電6 h后通過混凝土試件的總電量，見表4，取同組芯樣通過電量的平均值作為該種試件的通電量，以此來評價混凝土氯離子滲透性。

表3 ASTM C1202評價標準

表4 ASTM C1202試驗混凝土滲透性評價

通過ASTM C1202混凝土滲透性試驗，未采取保護措施的混凝土空白樣通電量較高，氯離子滲透性評級達中級水平。采用保護措施后，其氯離子滲透性顯著下降，對比柔性橋梁結構防腐技術體系與各涂層的氯離子滲透性，可知采用復合防腐技術較單一防腐技術其防護效果更優。對比各涂層的通電量，由于滲透性均處于很低的水平，故引入通電量比的概念，即涂層樣芯通電量與空白樣芯的比值，市售通用反光漆與水泥基防水漿料中間層的通電量比處于同一水平，但較柔性丙烯酸防腐面漆較差，市售通用防腐反光漆防腐蝕效果遠遠不及柔性橋梁結構防腐技術體系。

對于混凝土滲透性試驗，混凝土的通電量與混凝土的密實度密切相關，混凝土的防護效果越好，其內部空隙就越少，從而減少了試驗中離子的遷移通道。涂層保護和混凝土自身抵抗的禍合作用對混凝土的保護效果較明顯，混凝土采用防腐涂層保護后其通電量明顯得到下降,等級變為“很低”和“忽略”使混凝土滲透性改善了一個等級。

3.2 現場鉆芯測定Cl-的化學濃度

為全面掌握柔性橋梁結構防腐技術應用效果，2015年7月，在聞垣高速楊家河大橋上對4個測區進行氯離子含量測定，其中一個為未做任何防護的空白樣，3個為經相同防護處理的對比測定區，在防撞墻根部相同高度位置上鉆取不同深度的混凝土粉末樣品進行化學分析，根據混凝土中鋼筋處氯離子含量，按表5評判其誘發鋼筋銹蝕的可能性，根據不同測區深度Cl-含量變化，驗證柔性橋梁結構防腐技術的應用效果，具體數據見圖3。

表5 混凝土氯離子含量評定標準

經檢測，該橋梁混凝土中Cl-含量隨構造深度的增加而逐漸減少，未做防護的空白區Cl-最高值達0.921%，鋼筋附近Cl-最低值也在0.382%，Cl-含量總體較高，混凝土腐蝕嚴重，誘發鋼筋銹蝕可能性為不確定，但存在鋼筋銹蝕的傾向。該橋段防護處理區的3個測區Cl-含量均處于較低水平，說明柔性橋梁結構防腐技術對該橋段的防護處理起到了實效，其外觀良好的同時防護效果顯著，3個測區鋼筋附近氯離子含量最高值為0.084%，根據《公路橋梁承載能力檢測評定規程》[5]，橋梁氯離子誘發鋼筋銹蝕的可能性很小。

圖3 不同構造深度的混凝土氯離子含量

4 結論

凍融破壞及氯離子引起的混凝土破損、鋼筋腐蝕是造成高速公路通行環境下混凝土結構性能劣化的主要原因。各高速公路養護部門在總結過往經驗上，已對混凝土防撞墻的腐蝕破壞問題高度重視。以楊家河大橋為示范工程的柔性橋梁結構防腐技術，借助自身多層復合結構的保護措施，嚴格控制水分及氯離子的進入，適應混凝土的自收縮，抵抗外界雜物的沖擊。在歷經多年應用后，應用效果良好，防護作用顯著。用實例證明柔性橋梁結構防腐技術在應對高速公路錯綜復雜環境下混凝土腐蝕破損的應用效果。