硅烷浸渍技术在先张法预应力混凝土空心板梁梁端防腐中的应用

张军（中铁十九局集团有限公司，北京　100081）

硅烷浸渍技术在先张法预应力混凝土空心板梁梁端防腐中的应用

张军
（中铁十九局集团有限公司，北京100081）

由于施工工艺控制等方面的原因，早期施工的某些先张法预应力混凝土空心板梁在运营近20年后于近年出现了梁端钢绞线锈胀、底板混凝土大面积空鼓崩裂的状况，危及在役桥梁的运营安全。在梁端钢绞线除锈、防锈的同时，对尚未出现明显空鼓的梁端底板混凝土进行浸渍硅烷处理可有效阻隔大气中的水分进入梁体，防止钢绞线进一步腐蚀，提高结构的耐久性。本文阐述浸渍硅烷技术的原理、特点、施工工艺和应用效果。

浸渍硅烷；先张法；空心板；钢绞线锈胀；底板崩裂

在早期的桥梁建设工程中，装配式先张法预应力混凝土空心板梁因其造价低、建筑高度低、安全性和耐久性较高、可以工厂化生产、构造简单、施工方便等优点在我国中小跨度公路桥梁中得到了广泛的应用。

经过10余年的运营，先张法预应力混凝土空心板梁出了不同程度的病害，比较典型的有铰缝开裂渗水甚至断裂、底板纵向开裂及梁端斜向开裂。铰缝开裂渗水主要是由空心板梁铰缝构造决定的。由于空心板梁铰缝构造尺寸较小，采用现场浇筑且铰缝内设的连接钢筋较弱而施工不便，施工质量难以保证，导致其在运营荷载的作用下极易开裂渗水。这是目前先张法预应力混凝土空心板梁普遍存在的病害之一。底板纵向开裂主要是由于空心板梁内模定位不准导致底板混凝土偏薄和预应力放张后的泊松效应。此外在铰缝质量较好的情况下，空心板梁横向连成整体后梁体空腔底部成为结构横向刚度最小处，在运营荷载作用下极易开裂。梁端斜向开裂主要出现在一些梁间距较大的空心板梁中，主要是由于空心板梁采用等厚度腹板构造，梁端抗剪能力不足。

近年来，在一些早期施工的先张法预应力混凝土空心板梁中开始出现另一种比较普遍的病害，即梁端混凝土大面积空鼓、崩裂。本文对其病害成因和处理方法予以阐述。

1　空心板梁梁端病害及处治方案

某高速公路先张法预应力混凝土空心板梁底板梁端普遍存在纵向裂纹，底板混凝土存在大面积崩裂甚至脱落的现象。经调查，有32.7%的板梁存在空鼓、破损现象，其中68.7%的空鼓长度在30～100 cm。

底板纵向裂缝的分布与先张法板梁梁端钢绞线失效段的布置有明显的对应关系。失效段胶皮套内钢绞线锈蚀越严重，相应的表面混凝土开裂就越严重。胶皮套内固化水泥浆的多少及其密实程度与钢绞线锈蚀程度也有对应关系。水泥浆较多的其固化过程中析出的水也较多，因而钢绞线锈蚀相对严重，但也有少量胶皮套内存在较多水泥浆但钢绞线未锈蚀。这主要与其固化后的密实度及析出水的去向有关。胶皮套的颜色也与钢绞线锈蚀程度有一定的对应关系，较完好的胶皮套呈鲜绿色，而锈蚀严重的呈黄褐色。这是空气进入后橡胶老化褪色的结果。

底板存在崩裂的板梁其钢绞线保护层厚度均与设计值相吻合，因而外部空气及水汽进入梁体更多地是在混凝土开裂之后发生的。这从部分钢绞线距梁端较远处锈蚀相对更为严重的状况可以推测出来。因为梁端水体影响端头局部钢绞线的锈蚀，当其向内部渗透的通道被胶皮套内的水泥浆封堵时，则不会对钢绞线产生过多的不利影响。

综上，先张法预应力钢绞线失效段锈蚀胀裂是导致梁端底板混凝土空鼓、崩裂的直接原因。外部水体经梁端和底板渗入是导致结构病害加剧的外部因素。

对于该病害的处理首先应是切断外部水体进入混凝土结构内部的通道，从而阻止钢绞线进一步锈蚀，防止因空心板梁底板混凝土大面积崩裂使得梁端有效预应力筋失效而威胁结构运营安全。

对于梁端空鼓面积较小的板梁采用如下方式进行防腐处理：①对梁端失效段钢绞线进行防腐处理，避免其进一步锈胀，通过在梁端底板开设2～3道槽口，然后对槽口内钢绞线除锈后喷涂阻锈剂实现；②对梁端底板表面做防腐处理，避免外部水汽进入梁体导致钢绞线锈蚀，拟对梁端混凝土表面采用硅烷浸渍憎水处理。

2　硅烷浸渍技术

2.1硅烷防水原理及特点

混凝土结构防腐用硅烷是一种水性高分子渗透型有机硅，其有效成分为异丁基/烯三乙氧基硅烷（液体）或异辛基三乙氧基硅烷（膏体）。

硅烷的小分子结构可穿透混凝土胶结体表面，渗透到其内部与暴露在酸性或碱性环境中的空气及基底中的水分子发生化学反应，形成憎水层，从而阻止水分进入到基底中，在防水、防 Cl-、抗紫外线的同时具有透气性，可有效防止基材因渗水、日照、酸雨和海水的侵蚀而导致混凝土及内部钢筋腐蚀、疏松或剥落，从而提高结构的耐久性。硅烷浸渍处理混凝土表面效果如图1所示。

硅烷浸渍用于混凝土结构防腐具有以下优点：①硅烷小分子能迅速渗透至基材内部的毛细孔壁上，化学反应速度适中，从而拥有极佳的渗透能力和渗透深度；②硅烷与空气中的水汽和基材的中水分反应生成的憎水硅树脂，能与基材有机结合，形成坚固、刚柔的防水层；③硅烷与基材反应形成的硅酮高分子是一种胶状物质，有着优异的弹性和拉伸强度，能够防止开裂且能够弥补宽度≤0.2 mm的裂缝；④当憎水层表面由于非正常原因（如外力作用）破损时，其破损面上的硅烷与水分继续发生新的反应，使破损表面的防水层得到自我修复；⑤处理后的基材形成了远低于水的表面张力，并产生毛细逆气压现象，形成单向透气防止水分浸入的特殊防水层；⑥防水基材的表面不留任何涂层膜，涂刷基材后不改变基材摩擦系数，有助于提高基材强度，保持原有外观，既环保又安全。

图1　硅烷浸渍处理混凝土表面效果

2.2硅烷材料性能与应用

混凝土表面防腐用硅烷浸渍材料多采用异辛基三乙氧基硅烷膏体，其主要质量要求和性能指标见表1。

表1　硅烷浸渍材料质量要求和性能指标

目前硅烷浸渍技术多用于海港工程混凝土结构的防腐处理，在公路工程中主要用于大跨度跨海桥梁墩柱的防腐，在主梁结构的防腐上应用案例较少。

2.3硅烷浸渍主要施工工艺

主要工序：①结构表面处理，清理预埋件、钢筋头，修补混凝土表面缺陷；②基底清理，打磨清除不牢固的附着物；③硅烷浸渍涂装，2道涂敷，按设计及规范要求保证硅烷膏体用量；④按相关规范要求进行验收。

硅烷浸渍前的混凝土表面处理：①用水泥浆修补蜂窝、露石等明显缺陷，用钢铲刀清除表面碎屑及附着物；②修补宽度＞0.2 mm的裂缝；③清除不利于硅烷浸渍的灰尘、油污、锈迹等有害物与污染物；④混凝土表面应为干燥状态，进行上述清除工作需要使用饮用水时，应在冲洗后自然干燥72 h。

施工注意事项：①喷涂硅烷的混凝土龄期应≥28 d，混凝土修补后应≥14 d。②混凝土表面温度在5～45℃，空气相对湿度应＜85%，理想的气候环境为干燥无风、常温18～25℃。下雨、强风或强烈阳光直射时不得作业。如果施工过程中出现下雨，应对刚施工过的区域采取遮挡等保护措施，防止未渗入混凝土结构的硅烷材料损失；如有损失而达不到施工要求的应修补；如果表面没有泥沙等阻挡物或者结构未破坏，修补时工作面无需特殊处理。③浸渍材料应原罐密封，贮存于阴凉干燥处，并设立符合职业卫生和安全部门要求的警示牌。浸渍所需的全部硅烷用料在施工现场应一次备足，使用前方可启封，并应于启封后72 h内用完，否则应予废弃。④施工现场附近须无明火，操作人员使用必要的安全保护设施。避免硅烷和氯丁橡胶、沥青质密封材料等其他可能腐蚀的材料接触。⑤膏体采用无汽喷涂设备进行施工，使用量根据现场混凝土状况及设计要求达到的渗透深度来确定，一般膏体涂敷用量为0.20～0.33 kg/m2。

3　应用效果评价

在项目施工完成半年后，对梁体硅烷浸渍效果进行了检测。现场抽样选取2组芯样，对硅烷浸渍深度、吸水率比和氯化物吸收量降低效果进行了检验，各项指标均满足《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07-01—2006）的要求，见表2。目前来看，梁体硅烷浸渍效果良好，后期运营中可进一步对其耐久性进行跟踪观测。

表2　梁体硅烷浸渍检验结果

4　结语

混凝土结构特别是预应力混凝土结构的防腐问题正在逐步引起重视。本文所述先张法预应力混凝土空心板梁在运营近20年后即出现因失效段钢绞线锈蚀导致的梁端混凝土普遍大面积崩裂的情况。本次采用梁体表面硅烷浸渍的方式对空心板梁梁端底板进行憎水处理，效果良好，可供类似工程借鉴。

［1］中华人民共和国交通部.JTG/T B07-01—2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2006.

［2］中华人民共和国交通部.JTJ 275—2000海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2001.

［3］李化建，易忠来，谢永江.混凝土结构表面硅烷浸渍处理技术研究进展［J］.材料导报，2012，26（2）：120-124.

［4］王原原，孙仁娟，纪续，等.硅烷浸渍实施条件对公路结构混凝土防护效果研究［J］.公路，2015（11）：189-193.

［5］罗志权，郭琦，陈斌，等.不同老化处理方式对混凝土防腐蚀涂层表面状态和拉伸性能的影响［J］.铁道建筑，2015 （10）：172-175.

［6］李化建，谢永江.我国铁路混凝土结构耐久性研究的进展及发展趋势［J］.铁道建筑，2016（2）：1-8.

（责任审编李付军）

Application of Silane Impregnation Technology to Corrosion-prevention of Pretensioned Concrete Hollow Slab Girder

ZHANG Jun
（China Railway 19th Bureau Group Co.，Ltd.，Beijing 100081，China）

After nearly twenty years of operation，pretensioned concrete voided slab girders have defects including corrosion and expansion of steel strands in the end，and hollowing and cracking at the bottom，threatening the service of bridges.T hese defects may be partly because of bad construction control.Silane treatment may prevent further corrosion of strands，and effectively prevent water penetration when the bottom slab has not significant hollow. T hus，it improves structure durability.In this paper，the principle，characteristic，construction and application effect of silane treatment are introduced.

Silane treatment；Pretension；Hollow slab；Corrosion and expansion of steel strand；Slab bottom cracking

U449.7

A

10.3969/j.issn.1003-1995.2016.08.14

1003-1995（2016）08-0057-03

2016-05-11；

2016-06-21

张军（1972— ），男，高级工程师。