病害橋梁混凝土防撞墩的 優(yōu)化修補(bǔ)施工方法及工程應(yīng)用

引言防撞墩為橋梁的必備構(gòu)件。在北京市區(qū)范圍內(nèi)，截至目前，建設(shè)的大型立交橋多達(dá)427座，獨(dú)立橋梁2069座，均處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)，約三分之一的橋梁已運(yùn)營(yíng)超過20年以上。僅在北京三環(huán)路沿線，就布置立交橋和跨河橋59座，全線貫通時(shí)就基本處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。大量的鋼筋混凝土材質(zhì)防撞墩，布設(shè)在橋梁重要邊緣及線路拐彎等處。處地自然環(huán)境超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的橋梁本身，其構(gòu)件及結(jié)構(gòu)性均出現(xiàn)不同程度風(fēng)化、腐蝕與損壞。防撞墩構(gòu)件存在腐蝕、開裂、漏水、鋼筋銹蝕等現(xiàn)象，處于防撞護(hù)欄位置的構(gòu)件由于頻率撞擊作用其破壞更為嚴(yán)重。1、橋梁混凝土防撞墩損壞主要原因及機(jī)理

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，北京市區(qū)范圍內(nèi)橋梁混凝土防撞墩腐蝕率高達(dá)80%?；炷敛馁|(zhì)防撞墩遭受腐蝕病害，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)體本身的耐久性以及交通安全性，無不造成直接威脅。針對(duì)北京氣候特點(diǎn)以及市區(qū)交通運(yùn)營(yíng)實(shí)際情況，結(jié)合筆者多年的工程經(jīng)驗(yàn)及調(diào)查分析，混凝土材質(zhì)橋梁防撞墩病害主要原因有凍融破壞和化學(xué)侵蝕這2種。（1）凍融破壞：混凝土的表面和結(jié)構(gòu)中布滿毛細(xì)孔，具有很強(qiáng)的吸濕性和滲透性。北京夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥，春秋兩季相對(duì)短促，季節(jié)氣溫與白晝氣溫溫差較大。而混凝土保護(hù)層相對(duì)較薄，表層混凝土孔隙中填充的水凍融加速了混凝土的風(fēng)化。進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)的水，發(fā)生凍融循環(huán)的應(yīng)力作用，形成冰漲壓力和滲透壓力聯(lián)合作用的疲勞應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生由表及里的剝蝕破壞，在整個(gè)冬季或冬春之交發(fā)生較頻繁。（2）化學(xué)侵蝕：北方冬季氣溫低，降雪后道路易結(jié)冰。為保證交通能迅速恢復(fù)，大量使用融雪劑、除冰鹽等。融雪劑的主要成分是鹽類，其中的氯離子以融化的雪水為載體進(jìn)入鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，侵蝕鋼筋，造成結(jié)構(gòu)破壞。2、工程概況

北京市環(huán)線某立交北向西匝道橋。橋梁全長(zhǎng)138.9m，橋面全寬9.2～14.7m。橋梁采用樁基礎(chǔ)，高自由柱，柱頂結(jié)構(gòu)為3跨預(yù)應(yīng)力混凝土材質(zhì)連續(xù)箱梁+3跨預(yù)應(yīng)力混凝土材質(zhì)連續(xù)板梁，跨徑組合24.7m+28.0m+25.0m+19.1m+21.6m+20.5m。橋梁標(biāo)準(zhǔn)段橫斷面依次為0.6m防撞墩+8.0m行車道+0.6m防撞墩標(biāo)準(zhǔn)斷面布置。下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土柱式墩，部分外包鋼板箍。橋面采用瀝青混凝土鋪裝。橋面兩側(cè)欄桿立柱表面存在多處銹脹、開裂，左側(cè)防撞護(hù)欄和中央隔離帶多處破損、露筋。匝道兩側(cè)防撞墩出現(xiàn)大量破損、開裂、剝落、鋼筋銹脹現(xiàn)象，局部銹脹嚴(yán)重，表面大面積露筋。主梁局部銹漲、破損、梁端漏水破損嚴(yán)重。防撞墩病害如圖1所示。圖1防撞墩面層混凝土碳化鋼筋裸露銹蝕3、橋梁防撞墩維修設(shè)計(jì)方案

遭受病害的鋼筋混凝土防撞墩，必須及時(shí)有效進(jìn)行修復(fù)。目前行業(yè)內(nèi)使用的修復(fù)材料有：無機(jī)砂漿、環(huán)氧砂漿、丙烯酸酯改性聚合物砂漿等。修復(fù)方法各異，一般采用損壞更換技術(shù)、橋梁防撞墩水銑及掛網(wǎng)支模具噴錨修復(fù)技術(shù)、局部挖補(bǔ)修復(fù)技術(shù)等。工程實(shí)踐中的維修設(shè)計(jì)方案，應(yīng)當(dāng)能迅速有效治理病害，結(jié)合實(shí)際情況，在原位條件下施工。但橋梁防撞墩病害情況各異，擬采用的修復(fù)方法想統(tǒng)一工藝達(dá)到一致效果存在一定困難。引進(jìn)多種材料，確定修復(fù)方案，同期施工，以不同方式同步治理不同類型病害，盡量達(dá)到一致效果，就成為工程實(shí)踐的必選。創(chuàng)新施工工藝，按照局部修復(fù)、整體防護(hù)的施工方案就得以實(shí)施。4、施工材料的優(yōu)化比選

（1）鋼筋除銹阻銹涂料：DQCT鋼筋阻銹涂料由高性能合成樹脂、納米級(jí)防銹顏料、阻銹（蝕）劑、助劑等組成的雙組分反應(yīng)性阻銹材料，可使金屬構(gòu)件獲得優(yōu)越的耐腐蝕性，對(duì)水及酸堿鹽溶液屏蔽抗腐蝕力強(qiáng)，具備防止鋼筋持續(xù)腐蝕，防止混凝土溶脹破壞的能力。（2）混凝土界面處理劑：本試驗(yàn)段采用的GBS混凝土界面處理劑，是由高強(qiáng)度水泥和不同細(xì)度配合比的硅砂為骨料，以丙烯酸酯聚合物為主體改性的粘結(jié)材料，添加浸潤(rùn)改性劑等配置成的一種雙組份反應(yīng)型的結(jié)合層處理材料。粗骨料和聚合物化學(xué)作用關(guān)系產(chǎn)生交聯(lián)，涂刷的混凝土界面劑能夠增強(qiáng)舊基層和新修補(bǔ)層之間的粘結(jié)力。修復(fù)區(qū)域重新產(chǎn)生耐水、抗腐蝕、抗凍融等功能。直接治理了新舊結(jié)合面空鼓、開裂、粘接不牢等病害，重塑新舊混凝土過渡粘接層，起到修補(bǔ)美化作用。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為JC/T907—2018《混凝土界面處理劑》。（3）混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿：本項(xiàng)目采用LGCX混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿，是由硫鋁酸鹽水泥、聚合物膠粉、天然石英砂、水泥水化激活劑、固化增強(qiáng)劑等主要原料復(fù)合配制而成。該材料早期強(qiáng)度高，固化速度可調(diào)，保水性能和抗裂性能好。其工程特性表現(xiàn)為耐酸堿等化學(xué)腐蝕，粘接性能優(yōu)異，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單，干縮率小，對(duì)溫度和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，與舊水泥混凝土結(jié)合力和相容性好，抗應(yīng)力變形等。執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)JGT336—2011《混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿》。其主要性能指標(biāo)見表1。

表1混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿性能指標(biāo)（4）聚合物彈性水泥防水涂料：聚合物水泥防水涂料主要是由丙烯酸酯、丁苯膠乳、氯丁膠乳等高分子聚合物乳液組成的一種膠體，以高強(qiáng)度水泥作為凝結(jié)材料，以天然石英砂或者玄武巖粉作為骨料，添加消泡劑、成膜助劑等多種功能性助劑復(fù)合制作而成。涂刷后形成的涂膜既有水泥膠凝材料的高強(qiáng)度、高耐磨性，又具有一定的延展性，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)GB/T23445—2009《聚合物水泥防水涂料》，其性能指標(biāo)見表2。表2聚合物水泥防水涂料性能指標(biāo)由圖2可知，巨拱基礎(chǔ)大體積混凝土抗壓強(qiáng)度隨著7d、28d、60d齡期的增長(zhǎng)而不斷提高，以60d抗壓強(qiáng)度來評(píng)定都滿足C30強(qiáng)度等級(jí)要求。早齡期中，摻量50%的礦物摻合料明顯延緩膠凝材料水化，早期強(qiáng)度較20%礦物摻合料降低了約5MPa，但是60d齡期強(qiáng)度持續(xù)增長(zhǎng)，達(dá)到46.7MPa。因此，適當(dāng)提高礦物摻合料比例可以延緩早期水化速度，提高60d齡期強(qiáng)度發(fā)展，有利于大體積混凝土的質(zhì)量控制。5、橋梁混凝土防撞墩修復(fù)施工流程

修復(fù)的第一步采用鋼筋阻銹涂料，對(duì)銹蝕裸露鋼筋進(jìn)行阻銹涂刷處理，達(dá)到屏蔽鋼筋銹蝕對(duì)混凝土的持續(xù)破壞的目的；第二步采用混凝土界面處理劑，滲入浸潤(rùn)混凝土基層，目的是令舊基礎(chǔ)層和新修補(bǔ)砂漿恢復(fù)較大的粘附力；第三步涂抹混凝土結(jié)構(gòu)，目的是利用聚合物水泥砂漿修復(fù)缺陷；第四步整體涂刷聚合物水泥防水涂料。以上4步形成對(duì)橋梁防撞墩完整的修復(fù)體系，以延長(zhǎng)橋梁的壽命和使用期。具體施工流程如下：（1）基層清理。先對(duì)空鼓和松散的混凝土用電錘或打磨機(jī)等工具，把損壞部位剔除，并將浮漿皮和鹽澤等鑿除，直至將腐蝕部分清鑿，剝露至堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)層。也可采用高壓噴水或噴細(xì)砂清洗，沖壓水壓應(yīng)保持合理范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止將完好部位破壞。水沖洗后，應(yīng)自然干燥24h以上。（2）除塵。由于地處市中心，不能使用強(qiáng)力吹風(fēng)除塵設(shè)備，應(yīng)選用大功率吸塵設(shè)備，將基層的雜質(zhì)浮灰吸取干凈。（3）涂刷鋼筋阻銹涂料。對(duì)裸露鋼筋進(jìn)行打磨，直至去除可見銹蝕。對(duì)于銹蝕嚴(yán)重的剔除，進(jìn)行加筋植筋處理，保證鋼筋斷截面面積不少于原設(shè)計(jì)方案。然后涂刷至少兩遍阻銹涂料，下道涂料一般和上一道間隔6h以上。待涂料干燥后（一般24h），即可涂刷界面劑。（4）涂刷界面劑。將界面劑A、B組分按重量比稱取，用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌均勻后，立即涂刷在待修復(fù)混凝土基層界面。涂刷時(shí)注意均勻，不得漏涂。（5）混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿修補(bǔ)。界面劑表面干燥后即可進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)用聚合物水泥砂漿施工。一般按砂漿：水=100：16，實(shí)際加水量可根據(jù)氣溫變化適當(dāng)增減。施工時(shí)，可用刮刀或刮板直接在需要修補(bǔ)界面涂抹，用力壓實(shí)即可。待砂漿初凝后，注意立即噴水養(yǎng)護(hù)，也可用草袋、棉氈等覆蓋養(yǎng)護(hù)。一般72h后即可進(jìn)行下一道工序涂料施工。施工涂刷前要檢查防撞墩表面是否平整光順，如發(fā)現(xiàn)接茬不順暢、堆積等現(xiàn)象，應(yīng)用工具打磨平整后再進(jìn)行整體涂刷。砂漿修補(bǔ)后效果如圖2所示。圖2砂漿修補(bǔ)后效果（6）聚合物彈性水泥防水涂料涂刷。底層涂料配制和施工時(shí)按液料∶粉料=1∶1比例配制，可以加20%～30％的水稀釋攪拌，以利于對(duì)基層的滲透和粘結(jié)。將配制好的涂料均勻的涂刷在基層上，涂刷時(shí)注意足量涂刷，覆蓋完全，使其充分浸潤(rùn)基層，以增強(qiáng)防水層和基層的粘接強(qiáng)度。涂料配制和施工時(shí)按液料∶粉料=1∶1（重量比）配制。防水涂料的配制，應(yīng)按技術(shù)要求準(zhǔn)確計(jì)量，不得隨意改變配比。聚合物彈性水泥防水涂料施工時(shí)一般涂刷2遍或2遍以上，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求，每遍涂布時(shí)間一般間隔約6h（初步干固），濕度較大或溫度較低時(shí)宜延長(zhǎng)。每層涂覆須按工法規(guī)定的用量取料，涂覆要均勻，涂層之間不留氣泡，粘結(jié)嚴(yán)實(shí)。一般立面施工不宜加水，以免涂料流淌，致使立面厚度不易達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，同時(shí)導(dǎo)致陰陽角堆積料過厚，產(chǎn)生裂紋。涂刷應(yīng)從防撞墩自上而下的順序涂刷。防水層各層應(yīng)緊密粘合，每層宜連續(xù)施工。聚合物彈性水泥防水涂料涂刷后效果如圖3所示。

圖3聚合物彈性水泥防水涂料涂刷后效果（7）最后一遍防水層施工完成7d，干燥后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)收。表面應(yīng)密實(shí)、平整，不得有裂紋、氣孔、刮痕、刺破、起砂等缺陷。厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，最小厚度不得小于設(shè)計(jì)厚度85％。如不符合上述要求、要進(jìn)行局部修補(bǔ)修復(fù)、直至達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)方可。結(jié)語

采用鋼筋除銹阻銹涂料進(jìn)行阻銹處理，混凝土界面處理劑粘接強(qiáng)度得到改善，聚合物水泥砂漿對(duì)損壞界面進(jìn)行主動(dòng)填補(bǔ)，聚合物彈性水泥防水涂料參與防護(hù)，形成整套梁混凝土防撞墩最優(yōu)的長(zhǎng)效防護(hù)治理方案。工程實(shí)踐表明，整治后的防撞墩，再經(jīng)過2年以上時(shí)間風(fēng)化，仍然表面完整