桥梁钢结构混凝土防腐蚀涂层耐久性技术研究

 赵云一

 (唐山市丰南区交通运输局  唐山  063300)

摘要  钢筋混凝土防腐技术一直是从事公路工程施工建设者的一个挑战。文中通过对涂有不

同涂层的混凝土的氯离子渗透性、气体渗透性，以及碳化性能进行对比、分析，得出了对混凝土防腐效果最佳的涂层，以供同行借鉴。

关键词  混凝土  防腐蚀涂层耐久性

 唐山地区近年修建的桥梁，绝大部分为钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土结构。通过现状调查，发现混凝土构筑物在耐久性方面存在着或多或少的问题，如不予以重视，尽早进行处理，将会导致混凝土构筑物使用寿命缩短，甚至会形成安全事故。因此，本文就混凝土防腐蚀保护材料、工艺，以及保护技术方面加以探讨。

1原材料及混凝土配比的选用

 原材料为32.5号的普通硅酸盐水泥，中砂，粗集料采用7～35 mm的石灰石。

 混凝土配合比（质量比）采用水泥：水：砂：碎石=390：175：587：1 248，聚合物涂层采用有机硅(OS)、纯丙乳液(AC)、苯丙乳液(PA)、碳酸盐乳液(TC)等4种聚合物。

2试验结果与分析

2.1  钢筋混凝土桥梁耐久性和力学性能现状

 对唐山市的宣庄一稻地陡河桥、夏新庄桥、东纪各庄桥、范庄大桥、唐乐公路沙河大桥等钢筋混凝土桥梁进行了调查。这些桥梁均有不同程度的腐蚀破坏。从现场进行钻孔取样，制作样品，以测定其氯离子渗透性、碳化深度和强度。

 (1)钢筋混凝土氯离子渗透性的检测数据，见表1。

 由表1可见，桥梁内侧和外侧的混凝土试样抗氯离子渗透性明显比中部试样的差，内外侧试样的导电量大部分超过4 000 C。说明混凝土的抗氯离子渗透性能已经很差，混凝土的耐久性严重劣化，混凝土对钢筋保护作用已经很弱。中部试样的导电量大约为两侧混凝土导电量的3/4，说明中部混凝土的抗氯离子渗透性也有较强的劣化。

(2)钢筋混凝土碳化深度的检测结果，见表2。

 表2显示5座桥均受到了一定程度的碳化腐蚀，其中陡河桥外侧和沙河大桥内侧尤其严重，碳化深度分别为19.7 mm和18.1 mm。从表1和表2可见，混凝土氯离子渗透性和碳化深度有很大的相关性，说明氯离子渗透性和碳化深度对混凝土耐久性的评价是一致的。

(3)钢筋混凝土抗压强度测试结果，见表3。

 由表3可见，原设计强度为C30的混凝土现在的强度都有大幅度降低，抗压强度最低只有14.8 MPa，回弹强度只能达到14.6 MPa。同时结合氯离子渗透和碳化深度测试的结果发现，强度低的试样其抗氯离子渗透性差，同时已碳化的深度大。

2.2钢筋混凝土桥梁防腐措施研究

 以上对取心试样的测试结果表明：受调查的桥梁的混凝土均受到了相当严重的腐蚀。可以推测其他桥梁也应该受到类同影响，所以防止钢筋混凝土桥梁的腐蚀迫在眉睫。本文提出钢筋混凝土防腐技术措施，并对其作出评价。

 试验分别对不涂涂层的基准混凝土(NO)和涂有不同聚合物涂层：纯丙乳液(AC)、苯丙乳液(PA)、叔碳酸盐乳液(TC)和有机硅(OS)的混凝土的氯离子渗透性、抗碳化性能和气体渗透性进行研究；并且对不同厚度的苯丙乳液(PA)涂层对耐久性的影响进行研究。

 (1)不同涂层对混凝土氯离子渗透性的影响。氯离子渗透性是钢筋混凝土桥梁结构耐久性的重要指标。氯离子即使在高碱度下，对破坏钢筋的钝化膜都有特殊的能力，钢筋的锈蚀最终会导致混凝土强度大大降低。不同涂层对混凝土氯离子渗透性的影响示意见图1，混凝土渗透性评价(ASTMC1202)，见表4。

 由图1可见，基准混凝土通过的电量是1 238C。而涂有各种涂层的混凝土的氯离子渗透性得到了显著的改善，对比表4所列的ASTMC1202标准，通过的电量基本可以忽略。其中涂有苯丙乳液(PA)的混凝土渗透性接近于0。

(2)不同涂层对混凝土气体渗透性的影响。混凝土气体渗透性也是钢筋混凝土桥梁结构耐久性的重要指标。不同涂层对混凝土气体渗透性的影响见表5。

 与基准混凝土相比，纯丙乳液涂层对混凝土气体渗透性影响较大，叔碳酸盐涂层渗透性影响较小，有机硅对混凝土的气体渗透性影响很小，而涂有苯丙乳液的混凝土根本就不透气。

(3)不同涂层对混凝土碳化深度的影响。混凝土碳化严重影响钢筋混凝土桥梁结构的耐久性，不同涂层对碳化深度的影响也各不相同，见表6。

 由表6可见，除了有机硅涂层外，其他的涂层对防止混凝土的碳化都有很好的效果，基准混凝土28 d碳化深度为25.1 mm，而涂有苯丙乳液的混凝土28 d碳化深度为0.6 mm，纯丙乳液碳化深度为2.8 mm，叔碳酸盐乳液为5.8 mm。从碳化的发展速度来看，基准混凝土和涂有纯丙乳液、叔碳酸盐涂层的混凝土早期碳化发展较快，后期较慢。这是因为碳化产生了不溶于水的碳酸钙填充了混凝土的部分空隙，使得二氧化碳气体扩散变得更难，所以减缓了碳化速度。而涂有苯丙乳液涂层的混凝土碳化速度均匀，是因为涂层本身对二氧化碳的渗透性几乎为0，所以碳化产生很少的碳酸钙不至于影响碳化速度。

(4)不同厚度的涂层对混凝土耐久性的影响。分别调整苯丙乳液涂层的厚度为0.7，1.0和1.3 mm，进行混凝土碳化深度测试。试验结果见表7。

 由试验结果可以发现，混凝土28 d的碳化深度随涂层厚度的增加而明显减小。其中1.0mm涂层的混凝土碳化深度为0.7 mm，而0.7 mm涂层的混凝土碳化深度增加到3.3 mm.而涂层厚度1.3 mm对混凝土碳化进度几乎没有影响，综合考虑经济与效果两方面因素，建议选择涂层厚度为1.0mm。

3结论

 (1)桥梁混凝土现场取样试验结果表明，原设计强度为C30的混凝土强度和耐久性下降显著，应立即采取桥梁防腐措施。

 (2)不同涂层对混凝土的氯离子渗透性、气体渗透性和防碳化方面都有显著的效果，其中苯丙乳液最理想，可以使混凝土的气渗系数降低至0，抗氯离子渗透性能大大提高，碳化深度下降明显。

 (3)苯丙乳液涂层厚度对混凝土气渗和氯离子渗透几乎没有影响，而混凝土28 d的碳化深度随涂层厚度增加而明显减小。综合考虑经济与效果，建议苯丙涂层的厚度为1.0mm。