滁河特大桥双柱式墩身病害整治
2013-07-29 来源：维普网
1、病害概况
滁河特大桥位于津浦线东葛一林场区间，为津浦线防洪自保工程。该桥墩采用轻型双柱式钢筋混凝土墩身，在采用了橡胶支座横向限位装置对全桥加固后，允许速度提高到120 km/h。自运营以来，经检查发现双柱式桥墩表面混凝土保护层逐渐出现了疏松、胀鼓、开裂甚至脱落。主筋外露，锈蚀严重，部分箍筋锈断，钢筋半电池电位已低于一300 mV。混凝土碳化速度加快，碳化深度已达钢筋表面，所占比例最大达60%，一般均在30%以上，墩身混凝土保护层病害严重。
2、病害产生原因分析
（1）保护层施工质量控制较差。现场浇筑时，保护层厚度的变异性很大，局部保护层厚度仅为5 nlnl。经凿开检查，达不到设计厚度的达60%。
（2）空气中氯离子的侵蚀。测试结果表明保护层中氯离子的含量为0．3%～1．26%，大部分超过了钢筋产生锈蚀的氯离子含量的临界值0．35% 。氯离子的侵蚀进一步加快了钢筋锈蚀的电化学进程。
（3）紫外线的直射。从病害分布看，墩身外侧受阳光直射侧病害比其他区域严重。
（4）从统计结果看，自1996年提速以来病害发展速率加快，这与双柱式桥墩刚度不足、摇晃加剧有必然的联系。
3、病害整治材料与方法的选择
（1）单纯的聚合物材料修补法
对于混凝土剥落开裂及钢筋锈蚀病害国内较多采用的方法为：去除已空鼓、疏松或失效的混凝土保护层后，除锈，然后采用聚合物水泥砂浆或聚合物混凝土修补；对裂缝进行压注改性环氧树脂；外涂以聚合物水泥砂浆或聚合物类涂料。其目的为恢复墩身及混凝土保护层的有效性，并尽可能隔断外界水、氧气及氯离子等有害介质的侵蚀。但该方法不能恢复钢筋表面稳定的钝化膜，一段时间后钢筋将继续锈蚀，显然这种办法不是最佳选择。
（2）一般的钢筋阻锈剂修补法
对于钢筋锈蚀的电化学反应过程，如能引进一种外加剂（阻锈剂），即其能够抑制电化学反应阳极或阴极反应的一种，使钢筋表面存在具一定稳定性的钝化膜，并使阳极反应难以进行，以达到阻止钢筋锈蚀的目的，显然是较为理想的。在国内外应用较多的为亚硝酸盐，但近年来的研究表明，亚硝酸盐会降低混凝土的浓度比，加速其风化，并易使混凝土结构产生碱一集料反应（AAR）。且只有当其用量足够多时才较有效，如其浓度不够，反而会产生严重的局部腐蚀，并使钢筋锈蚀进一步发展。由于亚硝酸盐类钢筋阻锈剂毒性较大，不利于环保，在欧洲已被禁用。
（3）MCI系列钢筋阻锈剂及HD50砂浆修补法
MCI系列迁移式钢筋阻锈剂是一种具渗透移动功能的、有机阳极／阴极混合式锈蚀抑制剂，它对于钢筋的阳极及阴极皆可实现完整的保护作用。其防锈机理为：先以液态与气态扩散到混凝土的水分内，由于具有相当高的气化压，因此能沿着混凝土中的空隙与微细裂纹处渗透移动，然后藉阳极/阴极电位的吸附，在已埋置的钢筋阳极和阴极形成一层很薄的MCI单分子保护层，从而防止钢筋因碳化及氯离子侵蚀而产生的锈蚀现象，它既可以在新建的混凝土结构物中作为外加剂以预防钢筋的锈蚀和确保结构物的耐久性，也可以掺入修补砂浆中对结构物进行修补工作，还可以直接涂抹在结构混凝土表面，而不需要破坏结构物的整体性。试验表明，MCI系列钢筋阻锈剂不影响混凝土的物理性能，不含任何致癌物质，不危害环境。
HD50是一种快凝、纤维增强、乳胶改性、耐重负荷的混凝土修补材料，它能用于需要快速获得强度以减少因修补而占用时间的场合。它既可以作为砂浆，也可以掺入粗骨料作为混凝土使用。HD50能够在一12％气候条件下使用，可耐盐渗透侵蚀、耐冻融，不含氯化物或磷酸镁，符合ASTM C一928快硬水泥材料规范，与一般普通水泥的粘接性和相容性好，因而在行车状态下对施工影响很小。
4、修补方案的确定
经过对HD50修补砂浆及MCI系列迁移式钢筋阻锈剂性能及产品机理的研究分析，根据对轻型桥墩病害程度的分类及功能的需求，分别采用了MCI系列中MCI一2000钢筋阻锈混凝土外加剂、MCI一2020钢筋阻锈表面处理剂及MCI-2021钢筋阻锈混凝土表面密封剂，来整治并预防墩身主筋锈蚀，用HD50砂浆恢复墩身混凝土保护层的整治修补方案。通过使用SCM一2000手持式钢筋半电池电位测定仪，结合目测、凿开检查等，判定钢筋锈蚀程度，最后确定各病害墩的整治方案。
（1）对于半电池电位低于一350 mV、钢筋已出现锈蚀的桥墩，应在凿除松动、剥落的混凝土及钢筋彻底除锈后，涂MCI-2020钢筋阻锈表面处理剂，用掺有MCI-2000钢筋阻锈混凝土外加剂的HD50砂浆恢复保护层；然后，表面再涂MCI-2020钢筋表面处理剂；最后涂MCI-2021钢筋阻锈混凝土表面密封剂。通过以上修补，既可完全抑制钢筋的电化学反应，提高混凝土的密实度，阻止氯化物的侵入，减缓混凝土碳化速率，又不影响混凝土的呼吸功能。
（2）对于半电池电位高于一350 mV，钢筋尚未出现锈蚀或轻微锈蚀的情况，原则上只涂MCI一2021钢筋阻锈混凝土表面密封剂；若半电池电位大面积接近于-300-350 mV时，依照第一方案施工。
（3）对于大面积钢筋外露或保护层严重不足时，应用掺有MCI一2000钢筋阻锈混凝土外加剂的HD50砂浆恢复保护层或个别进行修补。
（4）对于非疏松层的较宽裂缝，采用压注改性环氧树脂类材料进行修补。
5、病害整治施工
（1）首先对墩身进行全面细致的检查，对于混凝土保护层已经鼓裂及出现空响的应当全部凿除，并对内部钢筋进行彻底除锈，钢筋表面涂上MCI一2020钢筋阻锈表面处理剂，然后立模或压抹按一定比例配制的含有MCI一2000钢筋阻锈混凝土外加剂的HD50修补砂浆，恢复混凝土保护层。
（2）待干燥后，涂刷或喷涂MCI一2020钢筋阻锈表面处理剂。其用量可以根据病害的轻重确定，一次不能满足要求时，可分次进行。涂完MCI一2020钢筋阻锈表面处理剂后7～8h，以清水冲刷由于MCI-2020钢筋阻锈表面处理剂氧化所形成的梁体表面反应物。
（3）待干燥后，按设计量喷涂MCI一2021钢筋阻锈表面密封剂。
（4）由于施工工序较多，技术要求复杂，应当由技术人员对梁的病害情况及每个工序的作业时间、质量作好记录。为加快施工进度，要求作好合理的分工。
（5）高空作业人员应当认真系好安全带（绳），搭设好架子板和安全网。
6、整治效果及经济分析
针对滁河特大桥混凝土保护层病害情况，最初采用环氧树脂整治了10个桥墩，对墩身混凝土保护层露筋进行了包固处理（厚度30mm），修补后经检查观测，2月～3月后包固表面即出现裂纹，整修效果不理想。经多方论证，最终采用了MCI系列阻锈剂及HD50砂浆修补法对13处病害较严重的桥墩进行了混凝土保护层病害整治。经观测，整治过的墩身混凝土至今保护层没有出现剥落、开裂等病害，经测试墩内锈蚀电位基本没有变化，病害己基本得到控制。
据估算，采用环氧树脂进行墩身混凝土保护层修补，总计花费1．5万元/墩，采用MCI阻锈剂及HD50砂浆修补法的费用2．0万/墩。由此可见，采用MCI系列钢筋阻锈剂及HD50砂浆修补法比采用环氧树脂进行墩身混凝土保护层修补的费用每个桥墩要高0．5万元左右，但从效果和长远效益上分析，还是可行的。
7、存在的问题及对策
（1）从现场情况看，由于高空风大且多在秋季施工，空气干燥，拌和好的HD50砂浆的水分损失较快，水的用量可适当加大，配合比可适当调整为：粉剂：级配砂：水：MCI一2000=1：1．27：（0．36～0．4）：0．000 8。这样就有利于拌和和有利于在一定时间范围内使用，而不需要第二次再加水。
（2）从施工的情况看，当HD50砂浆固化，修补砂浆的表面温度较高，因而，应在其热量基本散发后，才能洒水养护。
（3）从HD50砂浆的施工方法看，能够立模的应立模，既能提高速度，又减少了浪费，对砂浆的稠度要求也低。若采用分层压抹，对砂浆的稠度要求较严格，抹不住容易往下掉，浪费太大。
