滁河特大橋雙柱式墩身病害整治
2013-07-29 來源：維普網
1、病害概況
滁河特大橋位于津浦線東葛一林場區(qū)間，為津浦線防洪自保工程。該橋墩采用輕型雙柱式鋼筋混凝土墩身，在采用了橡膠支座橫向限位裝置對全橋加固后，允許速度提高到120 km/h。自運營以來，經檢查發(fā)現雙柱式橋墩表面混凝土保護層逐漸出現了疏松、脹鼓、開裂甚至脫落。主筋外露，銹蝕嚴重，部分箍筋銹斷，鋼筋半電池電位已低于一300 mV?；炷撂蓟俣燃涌欤蓟疃纫堰_鋼筋表面，所占比例最大達60%，一般均在30%以上，墩身混凝土保護層病害嚴重。
2、病害產生原因分析
（1）保護層施工質量控制較差?，F場澆筑時，保護層厚度的變異性很大，局部保護層厚度僅為5 nlnl。經鑿開檢查，達不到設計厚度的達60%。
?。?）空氣中氯離子的侵蝕。測試結果表明保護層中氯離子的含量為0．3%～1．26%，大部分超過了鋼筋產生銹蝕的氯離子含量的臨界值0．35% 。氯離子的侵蝕進一步加快了鋼筋銹蝕的電化學進程。
?。?）紫外線的直射。從病害分布看，墩身外側受陽光直射側病害比其他區(qū)域嚴重。
（4）從統(tǒng)計結果看，自1996年提速以來病害發(fā)展速率加快，這與雙柱式橋墩剛度不足、搖晃加劇有必然的聯系。
3、病害整治材料與方法的選擇
?。?）單純的聚合物材料修補法
對于混凝土剝落開裂及鋼筋銹蝕病害國內較多采用的方法為：去除已空鼓、疏松或失效的混凝土保護層后，除銹，然后采用聚合物水泥砂漿或聚合物混凝土修補；對裂縫進行壓注改性環(huán)氧樹脂；外涂以聚合物水泥砂漿或聚合物類涂料。其目的為恢復墩身及混凝土保護層的有效性，并盡可能隔斷外界水、氧氣及氯離子等有害介質的侵蝕。但該方法不能恢復鋼筋表面穩(wěn)定的鈍化膜，一段時間后鋼筋將繼續(xù)銹蝕，顯然這種辦法不是最佳選擇。
（2）一般的鋼筋阻銹劑修補法
對于鋼筋銹蝕的電化學反應過程，如能引進一種外加劑（阻銹劑），即其能夠抑制電化學反應陽極或陰極反應的一種，使鋼筋表面存在具一定穩(wěn)定性的鈍化膜，并使陽極反應難以進行，以達到阻止鋼筋銹蝕的目的，顯然是較為理想的。在國內外應用較多的為亞硝酸鹽，但近年來的研究表明，亞硝酸鹽會降低混凝土的濃度比，加速其風化，并易使混凝土結構產生堿一集料反應（AAR）。且只有當其用量足夠多時才較有效，如其濃度不夠，反而會產生嚴重的局部腐蝕，并使鋼筋銹蝕進一步發(fā)展。由于亞硝酸鹽類鋼筋阻銹劑毒性較大，不利于環(huán)保，在歐洲已被禁用。
?。?）MCI系列鋼筋阻銹劑及HD50砂漿修補法
MCI系列遷移式鋼筋阻銹劑是一種具滲透移動功能的、有機陽極／陰極混合式銹蝕抑制劑，它對于鋼筋的陽極及陰極皆可實現完整的保護作用。其防銹機理為：先以液態(tài)與氣態(tài)擴散到混凝土的水分內，由于具有相當高的氣化壓，因此能沿著混凝土中的空隙與微細裂紋處滲透移動，然后藉陽極/陰極電位的吸附，在已埋置的鋼筋陽極和陰極形成一層很薄的MCI單分子保護層，從而防止鋼筋因碳化及氯離子侵蝕而產生的銹蝕現象，它既可以在新建的混凝土結構物中作為外加劑以預防鋼筋的銹蝕和確保結構物的耐久性，也可以摻入修補砂漿中對結構物進行修補工作，還可以直接涂抹在結構混凝土表面，而不需要破壞結構物的整體性。試驗表明，MCI系列鋼筋阻銹劑不影響混凝土的物理性能，不含任何致癌物質，不危害環(huán)境。
HD50是一種快凝、纖維增強、乳膠改性、耐重負荷的混凝土修補材料，它能用于需要快速獲得強度以減少因修補而占用時間的場合。它既可以作為砂漿，也可以摻入粗骨料作為混凝土使用。HD50能夠在一12％氣候條件下使用，可耐鹽滲透侵蝕、耐凍融，不含氯化物或磷酸鎂，符合ASTM C一928快硬水泥材料規(guī)范，與一般普通水泥的粘接性和相容性好，因而在行車狀態(tài)下對施工影響很小。
4、修補方案的確定
經過對HD50修補砂漿及MCI系列遷移式鋼筋阻銹劑性能及產品機理的研究分析，根據對輕型橋墩病害程度的分類及功能的需求，分別采用了MCI系列中MCI一2000鋼筋阻銹混凝土外加劑、MCI一2020鋼筋阻銹表面處理劑及MCI-2021鋼筋阻銹混凝土表面密封劑，來整治并預防墩身主筋銹蝕，用HD50砂漿恢復墩身混凝土保護層的整治修補方案。通過使用SCM一2000手持式鋼筋半電池電位測定儀，結合目測、鑿開檢查等，判定鋼筋銹蝕程度，最后確定各病害墩的整治方案。
?。?）對于半電池電位低于一350 mV、鋼筋已出現銹蝕的橋墩，應在鑿除松動、剝落的混凝土及鋼筋徹底除銹后，涂MCI-2020鋼筋阻銹表面處理劑，用摻有MCI-2000鋼筋阻銹混凝土外加劑的HD50砂漿恢復保護層；然后，表面再涂MCI-2020鋼筋表面處理劑；最后涂MCI-2021鋼筋阻銹混凝土表面密封劑。通過以上修補，既可完全抑制鋼筋的電化學反應，提高混凝土的密實度，阻止氯化物的侵入，減緩混凝土碳化速率，又不影響混凝土的呼吸功能。
?。?）對于半電池電位高于一350 mV，鋼筋尚未出現銹蝕或輕微銹蝕的情況，原則上只涂MCI一2021鋼筋阻銹混凝土表面密封劑；若半電池電位大面積接近于-300-350 mV時，依照第一方案施工。
（3）對于大面積鋼筋外露或保護層嚴重不足時，應用摻有MCI一2000鋼筋阻銹混凝土外加劑的HD50砂漿恢復保護層或個別進行修補。
（4）對于非疏松層的較寬裂縫，采用壓注改性環(huán)氧樹脂類材料進行修補。
5、病害整治施工
（1）首先對墩身進行全面細致的檢查，對于混凝土保護層已經鼓裂及出現空響的應當全部鑿除，并對內部鋼筋進行徹底除銹，鋼筋表面涂上MCI一2020鋼筋阻銹表面處理劑，然后立模或壓抹按一定比例配制的含有MCI一2000鋼筋阻銹混凝土外加劑的HD50修補砂漿，恢復混凝土保護層。
?。?）待干燥后，涂刷或噴涂MCI一2020鋼筋阻銹表面處理劑。其用量可以根據病害的輕重確定，一次不能滿足要求時，可分次進行。涂完MCI一2020鋼筋阻銹表面處理劑后7～8h，以清水沖刷由于MCI-2020鋼筋阻銹表面處理劑氧化所形成的梁體表面反應物。
（3）待干燥后，按設計量噴涂MCI一2021鋼筋阻銹表面密封劑。
?。?）由于施工工序較多，技術要求復雜，應當由技術人員對梁的病害情況及每個工序的作業(yè)時間、質量作好記錄。為加快施工進度，要求作好合理的分工。
（5）高空作業(yè)人員應當認真系好安全帶（繩），搭設好架子板和安全網。
6、整治效果及經濟分析
針對滁河特大橋混凝土保護層病害情況，最初采用環(huán)氧樹脂整治了10個橋墩，對墩身混凝土保護層露筋進行了包固處理（厚度30mm），修補后經檢查觀測，2月～3月后包固表面即出現裂紋，整修效果不理想。經多方論證，最終采用了MCI系列阻銹劑及HD50砂漿修補法對13處病害較嚴重的橋墩進行了混凝土保護層病害整治。經觀測，整治過的墩身混凝土至今保護層沒有出現剝落、開裂等病害，經測試墩內銹蝕電位基本沒有變化，病害己基本得到控制。
據估算，采用環(huán)氧樹脂進行墩身混凝土保護層修補，總計花費1．5萬元/墩，采用MCI阻銹劑及HD50砂漿修補法的費用2．0萬/墩。由此可見，采用MCI系列鋼筋阻銹劑及HD50砂漿修補法比采用環(huán)氧樹脂進行墩身混凝土保護層修補的費用每個橋墩要高0．5萬元左右，但從效果和長遠效益上分析，還是可行的。
7、存在的問題及對策
?。?）從現場情況看，由于高空風大且多在秋季施工，空氣干燥，拌和好的HD50砂漿的水分損失較快，水的用量可適當加大，配合比可適當調整為：粉劑：級配砂：水：MCI一2000=1：1．27：（0．36～0．4）：0．000 8。這樣就有利于拌和和有利于在一定時間范圍內使用，而不需要第二次再加水。
?。?）從施工的情況看，當HD50砂漿固化，修補砂漿的表面溫度較高，因而，應在其熱量基本散發(fā)后，才能灑水養(yǎng)護。
（3）從HD50砂漿的施工方法看，能夠立模的應立模，既能提高速度，又減少了浪費，對砂漿的稠度要求也低。若采用分層壓抹，對砂漿的稠度要求較嚴格，抹不住容易往下掉，浪費太大。
