混凝土橋梁涂裝材料性能及檢測研究

楊波

（中鐵十二局集團第三工程有限公司，山西 太原 030024）

0 引言

我國混凝土橋梁數量在不斷增加，為使橋梁的使用壽命能夠得到提升，同時提高橋梁的使用質量，需要在其表面進行涂裝，降低環境的腐蝕作用。相關研究人員應加強對不同類型涂裝材料的了解和分析，不斷優化涂裝材料性能，從而提高橋梁的使用質量，提升橋梁安全性。

1 混凝土橋梁腐蝕原理

混凝土橋梁內部一般含有大量鋼筋，通過混凝土包裹鋼筋，達到良好的保護效果。正常情況，混凝土橋梁在受到腐蝕的影響下，對橋梁的影響速度較為緩慢。但在橋梁長時間使用的情況下，腐蝕影響必然會加大，對橋梁的質量和安全性產生不利影響。混凝土在凝結后呈多孔狀態，能夠吸收空氣和水，空氣中的二氧化碳以及氯離子和硫離子等與水反應的生成物具有酸性，生成物會通過混凝土的孔隙滲透到內部鋼筋處，對鋼筋進行腐蝕。長時間腐蝕影響下，混凝土表層會出現脆化的情況，內部鋼筋會銹蝕，并且力學性能降低，從而使整體結構受到嚴重的不利影響，在受力時容易出現斷裂現象，對人們的生命安全造成威脅。

2 混凝土橋梁涂裝材料性能檢測的必要性

混凝土材料是目前最常用的建筑材料之一，其不僅使用簡單，同時成本較為低廉，且本身具有較強的耐久性，在現代化工程建設中具有不可替代的重要作用。因此混凝土材料的使用安全性具有重要作用。混凝土在長時間使用過程中，受到環境腐蝕等情況的影響，出現內部結構損壞，導致混凝土的使用壽命大大縮短。在建設橋梁的過程中，為提高整體穩定性和承重效果，大部分會在水中進行樁基礎建設，惡劣的環境加速橋梁結構受腐蝕的速度，更加不利于維持橋梁安全建設的穩定性。為提高混凝土橋梁的耐久性，一般會選擇相應的材料進行涂裝。想要使混凝土橋梁耐久性得到進一步提升，需對涂裝材料的性能進行了解和檢測，再結合涂裝材料的實際情況，選擇適合的材料進行涂裝，從而提高混凝土橋梁的耐久性。

3 對混凝土橋梁涂裝材料性能的要求

為有效提高對混凝土橋梁的保護效果，涂裝材料應具有一定的性能，具體如下：①耐高低溫能力，混凝土橋梁的建設范圍較為廣泛，因此所處環境的溫度具有較大差異，如南方區域溫度較高，需要涂裝材料具有耐高溫能力，北方的冬季較為寒冷，需要涂裝材料在低溫環境下保持性能穩定。②抗紫外線能力，橋梁直接暴露在陽光下，在紫外線的照射下涂裝材料容易出現降解、脆化等情況，為保持涂裝材料對混凝土的保護效果，應使用具有較強抗紫外線能力的涂裝材料。③抗碳化能力，大氣中含有一定的二氧化碳氣體，在使用過程中易出現碳化現象，因此涂裝材料應具有抗二氧化碳滲透能力，隔絕二氧化碳帶來的影響[1]。④強附著性和延伸性。在涂裝施工過程中，應確保涂裝材料具有延伸性，以便材料能夠全面的覆蓋混凝土橋梁，同時材料的附著性應較強，才能固定在混凝土表面起到防護作用。⑤不透水性。部分橋梁基礎在水中進行建設，需要涂裝材料具有較強的不透水性，避免水分進入混凝土中，對混凝土內部結構產生腐蝕。⑥美觀性，涂裝材料作為橋梁最外層結構，需要具有一定的美觀性，才能夠更好的滿足建設需求。

4 檢測混凝土橋梁涂裝材料性能方案

4.1 常見混凝土涂裝材料類型

目前混凝土涂裝材料主要類型如下。

（1）環氧樹脂類涂裝材料。環氧樹脂材料用于涂裝時，其具有較為良好的使用性能，一方面，其具有較強的耐化學品性，在堿性環境中能夠保持正常狀態，同時具有耐熱和絕緣性，在高溫條件下不易發生變形。另一方面，該類型材料的附著力較強，且具有較為良好的保色性，使用過程中可以保持美觀性。此外，環氧樹脂類材料的硬度較大，能夠用于混凝土缺陷修補，具有一定的加固效果。

（2）氯化橡膠類，該類型材料為高分子材料，其內部含有不同官能團，具有更多的功能作用如抗酸堿性、抗變形等[2]。在用作涂料時，能夠起到超強防水功能，保護內部材料不受水分腐蝕影響，并且該材料的使用較為簡便，使用壽命較長，適合用于橋梁的水下部分涂裝。

（3）聚氨酯類，該類型的涂料同樣具有較強的防水性能，聚氨酯涂料為反應固化型涂料，在使用過程中具有較強的靈活性，對構件變形情況具有較強的適應能力。該涂料的性能較為優質，不僅強度較大，并且具有較強的防水和防腐性能，是一種性能優異的環保材料。在使用時能夠在不同的基面上操作，在潮濕環境下同樣具有良好的涂裝防護效果。

4.2 混凝土試件制備及材料涂裝

試件終凝結束后，使用不同材料進行涂裝，并放在同一環境中進行試驗檢測。

4.3 涂裝試樣性能試驗

設計試驗，對涂裝材料的基礎性能進行檢測。選擇環氧樹脂材料、氯化橡膠材料以及聚氨酯材料三種涂裝材料進行性能檢測。

4.3.1 檢測材料的強度及拉伸能力

選擇3種涂裝材料制成的條形試樣，將其置于不同環境中，使用設備進行拉伸測試，對材料撕裂強度進行記錄，并將3種材料的實驗數據進行對比分析。實驗過程中應需要使用專門的拉伸機械設備。準備不同實驗環境：正常環境、高溫環境、氯化鈉溶液環境。在不同環境中進行強度測試，保持均勻的拉伸速度對試件進行施力，并得到詳細的實驗結果。

撕裂強度計算時使用如式（1）所示。

其中：P——拉伸強度，MPa；F——試件撕裂時最大載荷，N；A——試件斷裂部分的面積，mm2，常見試件為長方形，計算時可以利用試件的寬度和厚度相乘得到。

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計算試件伸拉能力時，對其延伸率進行測試，使用如式（2）所示。

其中：L——時間的延伸率；L1——試件斷裂時的長度，mm；L0——試件原本長度。

4.3.2 涂裝材料高溫條件下伸縮變化測試

通過在高溫條件下對三種涂裝材料的變形情況進行測試，了解涂料的抗高溫能力。將涂裝材料噴涂在光滑的玻璃表面上，使不同涂料的厚度和面積保持一致。在涂料干燥成膜后進行脫模，并制成統一形狀和大小的試樣。對試樣的長度進行測量，得到S1，隨后放入電熱干燥箱中恒溫168h，隨后取出常溫放置4h，對材料的長度進行測量，得到S2，對其加熱條件下的伸縮率S進行計算，使用如式（3）所示。

4.3.3 涂裝材料低溫柔性檢測

對低溫環境下涂裝材料的柔性情況進行測試，能夠了解到材料在寒冷環境中能夠有效的起到保護效果。在進行測試時，需要將3種材料進行成膜，并設置為相同規格的試樣。對材料的彎曲度和彎曲狀態進行檢查和記錄，將材料放入低溫冰箱中進行儲存，-40℃條件下儲存2h，取出后按照同樣彎曲度進行彎曲折疊，并對試樣的狀態進行觀察。

4.3.4 紫外線照射測試

判斷涂裝材料在外界陽光照射的情況下老化的速度和情況，在進行試驗時，需要使用專門的紫外線照射箱，在材料成模后制成試樣，放置在紫外線燈下進行照射，在恒溫照射200h后取出進行拉伸強度實驗，觀察試樣變化情況，并對其狀態進行判斷。

5 性能檢測結果分析

5.1 不同涂裝材料強度及拉伸性能判斷

在3種涂裝材料完成拉伸試驗后，對3種材料在不同環境下的測試結果進行分析，具體見表1。

表1 不同條件下涂裝材料的拉伸強度測試結果

通過在常溫環境和氯化鈉水溶液中進行試驗，結果顯示在常溫環境下，氯化橡膠材料的延伸率最高，環氧樹脂材料的延伸率最低，在氯化鈉環境中，結果相似。在常溫環境中，聚氨酯材料的強度最大，氯化橡膠材料的強度最小，在氯化鈉溶液中結果相似。

因此，在混凝土橋梁施工建設過程中，若對其水下部分進行施工，可以使用氯化橡膠材料或聚氨酯材料進行涂裝，提高在水下環境中對混凝土的保護效果。在陸地常溫條件下，可以選擇強度較大的環氧樹脂材料或聚氨酯材料，以提高混凝土橋梁穩定效果[3]。

5.2 不同涂裝材料在高溫條件下的拉伸度結果分析

在高溫條件下對3種材料的伸縮情況進行測量和對比，具體情況如表2所示。

表2 高溫條件下涂裝材料的伸縮比

通過試驗結果可以了解到，在高溫條件下，環氧樹脂材料發生的變化最大，抗高溫環境性能較小，聚氨酯材料的伸縮率最小，抗溫度能力較強。

5.3 不同涂裝材料在低溫環境下變化情況分析

在低溫條件下，對柔性試驗完畢后的材料進行觀察，并對其結果進行分析，通過利用放大鏡等進行觀察，能夠發現聚氨酯材料表面出現裂縫。因此聚氨酯材料的抗低溫能力較低，在寒冷區域進行施工時可以選擇環氧樹脂材料或橡膠材料作為涂裝材料[4]。

5.4 不同材料在紫外線環境下老化結果分析

通過試驗觀察，整理試驗結果如表3所示。

表3 紫外線條件下涂裝材料的強度

通過觀察可以發現在紫外線條件下，聚氨酯材料的強度最高，其受到紫外線老化的影響最小，氯化橡膠材料受到紫外老化的影響最大。因此在高原等紫外線較強的環境中進行橋梁建設時，應避免使用橡膠類涂裝材料。

6 提高混凝土橋梁涂裝防腐效果的途徑

6.1 涂裝材料選用與調配

為避免混凝土涂裝材料在涂裝完畢后出現失光或粉化等不良情況，在選擇涂裝超材料的過程中，應注意選擇密度且覆蓋率較強的材料。在材料的生產過程中，應盡可能選擇研磨度更高的材料，以提高涂裝材料的細度，進而使整體的涂裝效果更具光澤性，同時降低粉化、起泡等故障發生的可能性，提高對混凝土的保護效果。在進行涂裝材料的調配過程中，為避免材料混合過程中出現泡沫，可以適當添加消泡劑，避免過多泡沫影響涂裝效果。

6.2 提高涂裝材料的施工技術

在混凝土涂裝施工過程中，應根據實際的施工環境情況，對涂裝施工方式進行優化調整，以提高整體混凝土涂裝質量。首先，在施工前，應對混凝土進行清潔，避免表面存在浮土和油污等情況，并適當對混凝土表面進行打磨，提高混凝土與涂裝材料之間的粘合效果。其次，應對涂層的厚度進行控制，避免涂層過厚，不僅浪費材料，同時影響防護效果，最后，在進行涂裝施工過程中，應注意涂層保養，避免受到雨淋露浸，影響涂裝材料的穩定性。部分涂裝材料需要進行多次施工，為保障涂裝效果，應在底層涂裝材徹底干透后再進行施工，避免影響整體涂裝效果。

6.3 涂層服役期間加強養護

在混凝土涂裝材料服役期間，為使材料能夠保持較長的使用壽命和使用效果，應對其進行定期的養護管理。如在發現涂層表面出現粉化情況時，應對表面進行打磨，掃去浮粉，并在該處進行補涂，避免故障區域長時間未得到養護而愈發嚴重，影響混凝土質量。

7 結語

綜上所述，在進行混凝土橋梁建設的過程中，為提高對混凝土的保護效果，應結合實際的施工環境選擇恰當的涂裝材料。