高速公路桥梁混凝土护栏防腐技术研究

2021-04-02张壮

西部交通科技 2021年4期

张壮

(中电建冀交高速公路投资发展有限公司，河北石家庄 050000)

0 引言

高速公路桥梁混凝土防撞护栏以其优异的防护性能在我国高速公路桥梁建设中得到广泛应用，但在我国北方地区及高原地区等冬季降雪较多区域混凝土防撞护栏病害也与日俱增，如混凝土表面层开裂剥落、钢筋外漏锈蚀等[1-2]。这些病害不仅影响护栏美观，更影响了混凝土护栏的防撞能力，增加了安全隐患。做好桥梁混凝土护栏防腐工作在高速公路建设和运营期间尤为重要。相关研究人员针对提升混凝土抗腐蚀性做了一系列的研究[3-5]。本文针对河北省高速公路特点提出了混凝土防腐技术措施。

1 病害分析

据调查，目前河北省高速公路桥梁混凝土护栏病害情况大致可分为两个区域：保定-廊坊以北地区，混凝土护栏病害非常严重；保定-廊坊以南地区，混凝土护栏病害较为严重。津石高速公路位于河北省中部平原区域，桥梁混凝土护栏病害防治工作严峻，通过对河北省其他高速公路项目进行考察交流，对混凝土护栏防腐技术进行了深入研究。

通过对河北省已通车运营高速公路桥梁混凝土护栏病害情况进行研究可知，病害成因主要有三个方面原因：

(1)反复冻融。路面水由于车辆行驶而溅射在混凝土护栏上，由混凝土毛细空隙吸入混凝土护栏内部，由于昼夜温差较大，在夜晚低温环境中混凝土内部水结冰，体积膨胀，形成膨胀力，损伤混凝土，而白天气温上升和阳光照射，冰融化成水后继续渗入混凝土，夜晚低温再次结冰。在一定时期内每天会发生一次冻融循环，经过反复冻融循环后损伤会逐步扩大。除此之外，混凝土毛细空隙之间的饱和蒸汽压差和盐分浓度差引起水分迁移形成渗透压，也会损伤混凝土。混凝土在冻融作用下由外向内逐步破坏。

(2)钢筋锈蚀。空气中大量有害离子会随降雨通过混凝土护栏宏观及微观缺陷进入混凝土内部，破坏钢筋钝化膜，形成“腐蚀电池”，加速钢筋锈蚀，造成体积膨胀，破坏混凝土。另外部分混凝土碳化及混凝土护栏施工中存在缺陷，也加剧了钢筋锈蚀现象。

(3)除冰剂腐蚀。冬季降雨降雪后路面结冰，养护工作中频繁使用的除冰剂含有大量氯离子，车辆通过时，大量氯离子溶液溅射在混凝土护栏上，通过毛细空隙虹吸作用渗入混凝土内部，当水位和环境温度变化时，浸入混凝土空隙中的盐分析出，在一定条件下转化为体积更大的结晶水合物，形成结晶压力，破坏混凝土。同时，氯离子溶液浸入混凝土加剧了冻融破坏和钢筋锈蚀破坏。

2 预防病害措施分析

为防止混凝土护栏表层混凝土病害，目前主要采取以下措施：

(1)混凝土护栏主要采用涂刷成膜类涂层进行病害防治。成膜类涂料一般采用环氧类涂料和聚氨酯类涂料，这些涂料施工简单造价低廉，但是缺点显著。混凝土构件为多孔性基材，其温变收缩等方面与此类涂层材料存在差异，导致此类材料涂层刷涂后极易产生鼓泡、剥落等现象。此类成膜性保护涂层使用寿命一般为3～5年，二次涂刷时需铲除旧有涂层，施工难度明显增大，特别是运营期间更会造成重大安全隐患。

(2)混凝土护栏部分采用硅烷类防腐涂料进行刷涂来预防病害。硅烷类防腐涂料一般为硅烷膏体和硅烷液体，广泛用于港口等混凝土防腐工程，效果明显，近年来部分高速公路混凝土护栏均采用硅烷类涂料进行刷涂。硅烷类防腐涂料涂刷后会深入混凝土表层，与混凝土中硅离子形成聚硅氧烷，在混凝土表层形成憎水层，降低水和有害氯离子等的浸入。目前硅烷类防腐涂料国产化率较低，造价较高，市场中大量硅烷产品质量良莠不齐，使用后达不到预期效果，使用寿命很少能达到5年。

3 解决方案研究

如何有效地防治高速公路桥梁混凝土护栏病害并延长其寿命的研究意义深远，许多单位和机构做了很多科研工作。本文通过吸取借鉴成功经验，依托科研单位对材料、施工工艺进行研发和改进，就桥梁混凝土护栏防腐难题提出了新的解决方案。

通过对桥梁混凝土护栏和道路中央分隔带新泽西护栏进行对比发现，中央分隔带新泽西护栏病害明显少于桥梁混凝土护栏。对护栏设计形式和施工控制进行研究发现，桥梁混凝土现浇护栏表面存在两处明显折线，施工中一般采用直立整体定型模，护栏钢筋绑扎完成后直接支模浇筑，在弯折区域分层浇筑振捣。由于模板高度较高和钢筋密度较大等原因造成现浇护栏弯折区域混凝土容易形成振捣不密实，存在气泡或者振捣过度等问题，从而造成桥梁现浇混凝土护栏根部存在些许缺陷。预制混凝土护栏一般采用预制场集中生产，采用倒模施工，同样造型的护栏在倒模施工中混凝土不易出现不密实或气泡无法排除现象，以上原因导致预制混凝土护栏在相同环境中病害明显低于现浇混凝土护栏。

要解决现浇混凝土护栏易发生的病害问题，首先需要解决护栏本身的缺陷，再通过对现在主要应用涂料进行比选，选取合适的涂料涂刷以达到最优防腐效果。通过调查可知，目前防腐涂料主要有两大类，分别为成膜类涂料和硅烷类涂料。成膜类涂料由于本身特点无法和混凝土表面达到长寿命粘附且容易破损脱落，但由于造价低廉施工方便，应用率最高；硅烷类涂料有很大优势，但是造价太高且目前市场涂料质量参差不齐，推广难度大。通过调查目前在河北省北部部分高速公路正在试验性推广应用的“渗透+保护”的新型涂料可知其效果突出，造价较为合理。

新型“渗透+保护”涂料分为两种材料，分别为纳米渗透涂料和高分子聚合保护涂料。纳米渗透涂料首先在混凝土表面涂刷，渗透入混凝土表面8～12 mm范围，通过与混凝土内部钙镁硅等离子形成结晶聚合物，在混凝土表层阻断毛细孔形成不透水保护层；高分子聚合保护涂料在渗透层施工完成后涂刷，本涂层具有较好的伸缩性和粘结性，对混凝土表层有很好的保护作用。通过最早的小规模实验，经历5年观测涂层未见破损，效果良好。通过延崇高速公路规模性推广应用，经观测，效果明显优于成膜性涂料。