高速公路橋梁混凝土護欄防腐技術研究

張 壯

(中電建冀交高速公路投資發展有限公司，河北 石家莊 050000)

0 引言

高速公路橋梁混凝土防撞護欄以其優異的防護性能在我國高速公路橋梁建設中得到廣泛應用，但在我國北方地區及高原地區等冬季降雪較多區域混凝土防撞護欄病害也與日俱增，如混凝土表面層開裂剝落、鋼筋外漏銹蝕等[1-2]。這些病害不僅影響護欄美觀，更影響了混凝土護欄的防撞能力，增加了安全隱患。做好橋梁混凝土護欄防腐工作在高速公路建設和運營期間尤為重要。相關研究人員針對提升混凝土抗腐蝕性做了一系列的研究[3-5]。本文針對河北省高速公路特點提出了混凝土防腐技術措施。

1 病害分析

據調查，目前河北省高速公路橋梁混凝土護欄病害情況大致可分為兩個區域：保定-廊坊以北地區，混凝土護欄病害非常嚴重；保定-廊坊以南地區，混凝土護欄病害較為嚴重。津石高速公路位于河北省中部平原區域，橋梁混凝土護欄病害防治工作嚴峻，通過對河北省其他高速公路項目進行考察交流，對混凝土護欄防腐技術進行了深入研究。

通過對河北省已通車運營高速公路橋梁混凝土護欄病害情況進行研究可知，病害成因主要有三個方面原因：

(1)反復凍融。路面水由于車輛行駛而濺射在混凝土護欄上，由混凝土毛細空隙吸入混凝土護欄內部，由于晝夜溫差較大，在夜晚低溫環境中混凝土內部水結冰，體積膨脹，形成膨脹力，損傷混凝土，而白天氣溫上升和陽光照射，冰融化成水后繼續滲入混凝土，夜晚低溫再次結冰。在一定時期內每天會發生一次凍融循環，經過反復凍融循環后損傷會逐步擴大。除此之外，混凝土毛細空隙之間的飽和蒸汽壓差和鹽分濃度差引起水分遷移形成滲透壓，也會損傷混凝土。混凝土在凍融作用下由外向內逐步破壞。

(2)鋼筋銹蝕。空氣中大量有害離子會隨降雨通過混凝土護欄宏觀及微觀缺陷進入混凝土內部，破壞鋼筋鈍化膜，形成“腐蝕電池”，加速鋼筋銹蝕，造成體積膨脹，破壞混凝土。另外部分混凝土碳化及混凝土護欄施工中存在缺陷，也加劇了鋼筋銹蝕現象。

(3)除冰劑腐蝕。冬季降雨降雪后路面結冰，養護工作中頻繁使用的除冰劑含有大量氯離子，車輛通過時，大量氯離子溶液濺射在混凝土護欄上，通過毛細空隙虹吸作用滲入混凝土內部，當水位和環境溫度變化時，浸入混凝土空隙中的鹽分析出，在一定條件下轉化為體積更大的結晶水合物，形成結晶壓力，破壞混凝土。同時，氯離子溶液浸入混凝土加劇了凍融破壞和鋼筋銹蝕破壞。

2 預防病害措施分析

為防止混凝土護欄表層混凝土病害，目前主要采取以下措施：

(1)混凝土護欄主要采用涂刷成膜類涂層進行病害防治。成膜類涂料一般采用環氧類涂料和聚氨酯類涂料，這些涂料施工簡單造價低廉，但是缺點顯著。混凝土構件為多孔性基材，其溫變收縮等方面與此類涂層材料存在差異，導致此類材料涂層刷涂后極易產生鼓泡、剝落等現象。此類成膜性保護涂層使用壽命一般為3～5年，二次涂刷時需鏟除舊有涂層，施工難度明顯增大，特別是運營期間更會造成重大安全隱患。

(2)混凝土護欄部分采用硅烷類防腐涂料進行刷涂來預防病害。硅烷類防腐涂料一般為硅烷膏體和硅烷液體，廣泛用于港口等混凝土防腐工程，效果明顯，近年來部分高速公路混凝土護欄均采用硅烷類涂料進行刷涂。硅烷類防腐涂料涂刷后會深入混凝土表層，與混凝土中硅離子形成聚硅氧烷，在混凝土表層形成憎水層，降低水和有害氯離子等的浸入。目前硅烷類防腐涂料國產化率較低，造價較高，市場中大量硅烷產品質量良莠不齊，使用后達不到預期效果，使用壽命很少能達到5年。

3 解決方案研究

如何有效地防治高速公路橋梁混凝土護欄病害并延長其壽命的研究意義深遠，許多單位和機構做了很多科研工作。本文通過吸取借鑒成功經驗，依托科研單位對材料、施工工藝進行研發和改進，就橋梁混凝土護欄防腐難題提出了新的解決方案。

通過對橋梁混凝土護欄和道路中央分隔帶新澤西護欄進行對比發現，中央分隔帶新澤西護欄病害明顯少于橋梁混凝土護欄。對護欄設計形式和施工控制進行研究發現，橋梁混凝土現澆護欄表面存在兩處明顯折線，施工中一般采用直立整體定型模，護欄鋼筋綁扎完成后直接支模澆筑，在彎折區域分層澆筑振搗。由于模板高度較高和鋼筋密度較大等原因造成現澆護欄彎折區域混凝土容易形成振搗不密實，存在氣泡或者振搗過度等問題，從而造成橋梁現澆混凝土護欄根部存在些許缺陷。預制混凝土護欄一般采用預制場集中生產，采用倒模施工，同樣造型的護欄在倒模施工中混凝土不易出現不密實或氣泡無法排除現象，以上原因導致預制混凝土護欄在相同環境中病害明顯低于現澆混凝土護欄。

要解決現澆混凝土護欄易發生的病害問題，首先需要解決護欄本身的缺陷，再通過對現在主要應用涂料進行比選，選取合適的涂料涂刷以達到最優防腐效果。通過調查可知，目前防腐涂料主要有兩大類，分別為成膜類涂料和硅烷類涂料。成膜類涂料由于本身特點無法和混凝土表面達到長壽命粘附且容易破損脫落，但由于造價低廉施工方便，應用率最高；硅烷類涂料有很大優勢，但是造價太高且目前市場涂料質量參差不齊，推廣難度大。通過調查目前在河北省北部部分高速公路正在試驗性推廣應用的“滲透+保護”的新型涂料可知其效果突出，造價較為合理。

新型“滲透+保護”涂料分為兩種材料，分別為納米滲透涂料和高分子聚合保護涂料。納米滲透涂料首先在混凝土表面涂刷，滲透入混凝土表面8～12 mm范圍，通過與混凝土內部鈣鎂硅等離子形成結晶聚合物，在混凝土表層阻斷毛細孔形成不透水保護層；高分子聚合保護涂料在滲透層施工完成后涂刷，本涂層具有較好的伸縮性和粘結性，對混凝土表層有很好的保護作用。通過最早的小規模實驗，經歷5年觀測涂層未見破損，效果良好。通過延崇高速公路規模性推廣應用，經觀測，效果明顯優于成膜性涂料。

4 結語

混凝土護欄病害一直對高速公路的管養造成困擾，造成病害的原因是多方面的，通過施工期的嚴格控制，結合新型防腐材料的應用，混凝土護欄病害將得以有效控制。