论混凝土桥梁损坏现象及GBS渗透型硅烷桥梁防腐防水材料作用机理

我国作为发展中大国，近些年来对基础设施的投入不断加大。预计2020年全国公路总里程达到250多万公里，高速公路达到10万公里以上。与高速公路通连的桥隧众多，以混凝土梁柱为主要构件建设的桥梁担负着重要任务，桥梁在荷载条件下的安全稳定、耐久工作成为业内研究的重点方向，日益受到热切关注。

　　据美国腐蚀控制技术委员会（CCT）报道，1999年～2001年，美国的建筑和公共交通基础设施腐蚀治理投资占到了国内生产总值（GDP）的1.6%，平均每年达1435亿美元，对整个美国经济产生了直接影响。英国近30年来对基础设施维修治理投资占到了本国GDP的3.5%。德国治理高速公路桥梁投资达到每年800亿美元。在加拿大，如果要对濒危基础设施修复加固，总费用要达5000亿美元以上。在我国，受各种形式的腐蚀、风化和侵害，预估年损失费用要达到5000亿元以上，占到了当年GDP的6%，其中治理和加固桥梁、公路和建筑物所需费用占40%，点当年GDP的2.4%。

　　混凝土道桥损坏的主要原因

　　天津市政研究院在山东半岛、京津塘一带的沿海地区高速公路中进行专门的桥梁耐久性调研工作。调研结果表明：混凝土构件梁受腐蚀破坏速度过快，由于该类桥梁过快退出工作造成的危害已经远超出人们的想象，桥梁耐久工作对经济发展起着重要作用。传统认为，初建成的桥梁耐久工作至少保持20年，按规范要求甚至可以达到50年或100年。实际上，有些桥耐久工作达不到10年，在各种工况考验下新建成的桥梁，有些桥仅经历4年工况考验就变得伤痕累累，作为主要受力构件的梁柱保护层破损、钢筋裸露侵蚀、梁柱直接开裂、倾斜甚至塌倒。如果结合桥的环境条件还可以发现，伸缩缝漏水造成盖梁产生顺筋裂缝；混凝土受温差影响开裂、脱落或凹陷；钢筋锈蚀氧化后断面积减少，与混凝土不能形成包裹关系正常工作等。桥体桥墩作为竖向重要受力构件处于处在沿海或盐碱地带的环境中工作，也存在着相当严重烂根、混凝土保护层破损、竖向受力钢筋侵蚀的现象，直接影响到桥的整体稳定性。另外，防撞墙和中间隔离带烂根，盐水溅射浸泡、酸性气体侵蚀、干湿交替、温差考验、冻融循环、荷载增减等工况的组合，对整个桥梁、对桥梁的每一个构件，对构件的不同部位直接进行着使用期间的考验。

　　我们通过调查发现北京地区80%以上桥梁存在不同程度的该种类型的腐蚀损害。在京开高速、京石高速、还有五环以内的大部分桥梁，上述症状数量众多而且特别明显。

　　据研究，汽车的尾气不但直接对环境造成污染，而且直接影响到桥梁防撞墙，其对桥体本身也有腐蚀性。尤其大中型城市车辆密集，高架桥纵横交错，在汽车尾气、酸雨、盐害等的作用下，即使竣工初投入使用的桥梁在不长的工况考验期内也会被腐蚀得面目全非。

　　由于受到不利的气候条件影响，我国北方公路冬季经常积雪、结冰，养护部门在保通的过程中，大量使用除冰盐和融雪剂等化学物质。作为融雪剂的氯化钠、氯化钙、氯化镁及其添加剂等化学物质，直接对路面和桥体进行破坏侵蚀。混凝土表面的防水、抗渗和防腐蚀能力不足是其中一个原因。混凝土结构本身带孔，而且干燥吸水，尤其是带微裂缝的混凝土结构吸水能力更强。溶有有害物质的水体通过冻融循环的应力在孔洞和裂缝中流动作用，对混凝土构件造成持续性的破坏是长期的和深层次的。除冰盐、融雪剂中的化学腐蚀成分向混凝土中迁移和渗透，与水共同作用产生盐冻、盐蚀，不但破坏混凝土面层，而且逐步向混凝土内部发展扩大，进而造成大面积严重剥蚀。研究表明，在外界侵蚀环境基本不变的情况下，混凝土的损伤累积初期近似线性，而后很快近似按指数规律快速发展，迅速达到加速了发展期，甚至直接达到破坏退出工作的状态。初竣工桥梁在恶劣工况条件下，5年带病、10年退出工作的不足为奇，谈不上正常耐久使用100年的目标。

　　因此，从根本上预防和杜绝这种破坏的发生及继续蔓延已刻不容缓。高速公路的建设中，做好钢筋混凝土结构，尤其是桥体的防水与防腐是增强桥梁耐久性的最有效措施。

　　目前国内外常用维护方法和产品

　　从上个世纪80年代起，硅类防水防腐喷涂技术在国外被广泛应用于公路、海港、车库、高架桥等结构混凝土建筑物的保护。这是美国公路路桥防护中最广泛采用的防腐材料，也是目前世界上最为先进的混凝土防护技术中最重要的组成部分。针对上述各类环境腐蚀问题，交通部曾提出了一系列防腐蚀措施和设计标准。我国从上个世纪90年代初期引进国外技术在工程建筑上成功应用。并在2000年左右引入桥体混凝土防腐防水保护技术。后来在上海高架桥、北京、安徽等地高速公路桥梁整治中应用，取得了良好的效果。从国外引进和我国企业自行研制的DPS永凝液、1500防水剂、硅烷防水剂、LGCX防水防腐剂等作为典型的防腐材料，由于各自都具备适用性强的特点，在工程中得到广泛的应用。

　　采用GBS系列修复材料的性能使用方法和部位

　　笔者对河北沧州辖区的高速公路、河北秦皇岛地区的高速公路、北京市政道桥进行实地调查发现：这些地区的桥体存在着不同程度的病害，尤为严重的是防撞墙。不同路段的防撞墙腐蚀深度达到2厘米以上，直接危及保护层，有些受损严重部位直接裸露受力钢筋，即使表观良好的墙面，轻击外力混凝土保护层即开裂和脱落。针对此种类型病害，北京立高立德道桥防水材料有限公司直接将公司生产的GBS系列材料应用于病害治理实验。

　　首先，将腐蚀部分清凿去，剥露至坚实的基础层。对裸露钢筋除锈、加筋和刷阻锈剂，保证钢筋断面积不少于原设计方案。为了缩短维修时间和减少封路造成的交通阻塞和不便，采用GBS—C混凝土路桥快速专用修补材料进行修补。该新材料是由水泥水化激活剂、超细高强度纤维、固化增强剂和天然纳米等材料复合而成。材料本身具备早期强度高、干缩率小、对温度和水泥品种适应性强的特点，尤其是与旧混凝土结合力强、相容性好，缝合能力强。采用该种材料治理过混凝土裂缝、麻面、坑槽、破损等病症，对于桥梁支座的黏结、钢筋的锚固、钢件的快速栽埋，混凝土结构的加固及垫高处理等治理，具备极强的适应能力；对于有快速通车要求的大面积水泥混凝土路面、机场跑道工程，该种材料由于其显著优势而得以大量推广应用。在京沪高速铁路和公路箱梁面层的缺陷修补，有紧急维修工期要求的工程部位维修施工，不但快捷便利，而且终凝强度可达到C50以上。该材料修补防撞墙一次成活，固化时间在5～10小时范围内进行自由调节。大大缩短施工和封路周期。维修工艺简洁，仅需要修补的作业面润湿，然后根据1：0.15的比例将成品材料和水进行搅拌，将混合物用普通抹板直接抹涂于伤损处，20分钟即可初凝，并且具备早期强度。

　　待把所有空洞、腐蚀、裸露部位处理完毕后就可以进行GBS渗透型硅烷道桥防腐防水剂的喷洒。GBS渗透型硅烷道桥防腐防水剂是一种以复合类极性物质为基料，加入催化剂、聚合物，经混合、反应，生成了防水性、抗渗性、憎水性、防护性、防腐性、抗老化性六位一体的刚性防水材料。并且具备无毒无味、不燃的特点，是一种新型环保防水材料。该材料渗透能力强，喷洒于混凝土表面后能迅速渗入混凝土内部，促进钙离子释放而与游离碱等化学物质发生二次化学反应，形成完全憎水性的硅酸钙离子凝胶结晶体。若用该种材料填补结构体破损缝隙和毛细孔洞，便可使混凝土构件具备耐久防水效果。材料附着或充填结构体以后，可以阻止以水为载体的酸、碱、盐、氯离子等介质对混凝土和内部钢筯的侵蚀，也可以增强混凝土抗风化、抗冻融、减缓碱骨料反应的能力，从而大大减少、降低或抑制高架混凝土表面风化、强度降低及钢筋锈蚀等问题，也消除了由于涂刷涂料反光而引起的安全隐患。该种材料不但可以解决北方地区冬季由于路面桥面积雪需喷洒大量盐水而造成混凝土、钢筋腐蚀破坏和恶化生态环境的问题，还能够防潮、防尘，阻止细菌和霉在混凝土表面或裂隙中的产生和发展。该种材料对混凝土构件直接补强、辅助，从而提高混凝土其耐用工作性。在不改变和不影响混凝土颜色的条件下，该材料还能有效抑制融雪剂中氯离子、酸雨、汽车尾气等对混凝土表面的腐蚀速度。尤其该防水材料由于是水性防水材料，具有亲水性，喷涂即可渗透到混凝土内部并与碱在有水条件下发生化学反应生成硅凝胶，覆盖毛细孔道。这层硅凝胶经水化变成坚固但是透气的玻璃针状结构的物质，充满混凝土表面下的所有毛细孔隙，其生成物永远成为混凝土的一部分，不仅仅是表面的涂层，而且是渗透到结构体内部，并且与混凝土结构同步工作，历久弥坚直接延缓混凝土构件受侵蚀速度，直接延长其耐久工作年限。

　　GBS渗透型硅烷道桥防腐防水剂用于修被受损混凝土构件时施工工艺简捷快速。使用时首先应清理基层表面，要求洁净、干燥、无酥松起砂现象。然后直接用喷涂机喷涂或人工涂刷，喷涂时要喷均匀，不得漏涂。喷涂第二道或第三道防水剂时，要等前一遍干透前再喷，一般间隔8小时左右即可。一般喷涂2～3道。

　　经实地切割和渗水实验，该材料的渗透深度与混凝土自身强度和标号相关，也与混凝土中原水泥、砾石的物理力学性质有一定关系。对于强度标号越低和受损开裂越严重的混凝土构件，该种材料的修补能力就越强和越迅速。一般渗透深度可达到5毫米以上，而且憎水效果十分显著。

　　结 论

　　在沧州、秦皇岛、太原、北京、上海等地市政桥梁和高速公路修补和治理的工程实践表明，利用GBS渗透型硅烷道桥防腐防水剂治理整治技术是一种经济实用、切实可行的，能从根本上预防和杜绝砼路面大面积剥蚀的新办法和新技术。该材料对混凝土形成新的保护体系，满足了混凝土桥体的修复要求。该材料可根据不同的工程部位选用不同规格型号的同类产品，每平方米成本约为30元～50元，一次施工，长期受益。可节约养护成本，大大延长建筑物的使用寿命。基于上述原因，该材料和该技术将在我国公路市政建设和维保中发挥更为重要作用。