破损露筋混凝土结构修复工艺研究.pdf

公路 交通技术2 0 1 4年 6月 第 3期T e c h n o l o g y o f H i g h w a y a n d ． T r a n s p o r t J u n ． 2 0 1 4 N o ． 3 破损露筋混凝土结构修复工艺研究 梁飒莹 ， 汤光祥 ， 余朝阳 ， 张东生 1 ． 广州市番禺区交通局， 广州5 1 1 4 0 0 ； 2 ． 广州市承信公路工程检验有限公司， 广州5 1 1 4 0 0 摘要 介绍桥梁结构钢筋混凝土破损露筋修复工艺， 通过对破损处钢筋进行除锈及涂漆， 使其表面形成致密的涂 层， 阻止有害介质与钢筋接触， 使钢筋得到更好的保护。该施工工艺具有较好的防腐性， 能避免干缩裂纹的产生， 可 在桥梁破损修复工程中推广应用。 关键词 混凝土； 破损露筋； 带锈底漆； 聚合物混凝土； g - b - r - 艺 文章编号 1 0 0 9 6 4 7 7 2 0 1 4 0 3 0 0 7 8 0 5 中图分类号 U 4 4 5 ． 7 1 文献标识码 B Re s e a r c h o n Re p a i r Te c h n i q u e f o r Da ma g e d Co n c r e t e St r u c t u r e wit h E x p o s e d Re i n f o r c i n g Ba r s L I ANG P e i y i n g ，T ANG Gu a n g x i a n g ，YU Z h a o y a n g ，Z HA NG D o n g s h e n g 2 Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e r e p a i r t e c h n i q u e f o r d a ma g e d c o n c r e t e s t r u c t u r e w i t h e x p o s e d r e i n f o r c i n g b a r s ． By r u s t c l e a ni n g a n d p a i n t i n g r e i n f o r c i n g b a r s a t t h e d a ma g e s，a d e n s e c o a t i n g i s f o r me d o n t h e s u r f a c e o f r e i nfo r c i n g b a r s t o b l o c k c o n t a c t o f h a r mf u l me d i a wi t h r e i n f o r c i n g b a r s S O a s t o p r o t e c t r e i nfo r c i n g b a r s b e t t e r ．T h i s c o n s t ruc t i o n t e c h n i q u e e x h i b i t s g o o d a n t i - c o r r o s i v e p r o p e r t i e s a n d c a n a v o i d g e n e r a t i o n o f d r y i n g s h ri n k a g e c r a c k s a n d c a n b e p o p u l a ri z e d i n t h e p r o j e c t s o f r e p a i r i n g b ri d g e d a m a g e s ． Ke y wo r d s c o n c r e t e ；d a ma g e wi t h e x p o s e d r e i nfo r c i n g b a rs；p o l y me r c o n c r e t e ；r e p a i r t e c h n i q u e 钢筋混凝土结构长期暴露在复杂的大气环境 中， 由于混凝土本身存在不致密、 抗裂性差等缺点， 故使环境中的腐蚀介质极易渗透到混凝土内部， 引 起内部钢筋的锈蚀， 从而出现混凝土剥落露筋等现 象， 损害桥梁的美观性和耐久性u 。如何采取经济 有效的措施， 修复和控制桥梁钢筋混凝土结构的腐 蚀破坏 ， 是世界各 国普遍关心 的问题。通过调查发 现 ， 广东地区有很多桥梁 的钢筋混凝 土结构 出现破 损露筋现象。因此 ， 开展对钢筋混凝土结构破损露 筋的修复工艺研究十分必要。 1 破损原 因分析及对策 1 ． 1 破损原因分析 桥梁结构钢筋混凝土破损情况一般为表层混凝 土层脱落和内部钢筋锈蚀。其中混凝土层脱落不仅 与水泥质量， 混凝土密实性， 以及施工时混凝土水灰 比及温度有关 ， 还与内部钢筋锈蚀程度有极大关系。 钢筋混凝土内钢筋的锈蚀， 一般分 2 种情况 一种是 基金项目 广东省交通运输厅科技项目 2 0 1 3 - 0 2 - 0 5 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 - 0 4 作者简介 梁骊莹 1 9 7 4 一 ， 女 ， 广东省广州市人 ， 本科 ， 工程师 钢筋保护层先遭受破坏， 从而导致钢筋锈蚀； 另一种 是钢筋先发生锈蚀 ， 从而使保护层开裂。混凝土 内 钢筋锈蚀 ， 一方面使其截面逐渐减少 ， 与混凝土之间 的粘结力降低 ， 影响构件的使用安全 ； 另一方面钢筋 锈蚀体积膨胀 体积约增大 2倍以上 ， 使混凝土保 护层开裂甚至脱落， 并导致钢筋截面减少， 破坏钢筋 与混凝土的粘结力 ， 从 而使结构 的承载能力和耐久 性能下降‘ 2 J 。发生锈蚀 的钢筋上表面生成F e O H ， 氢氧化铁 ， 里面 的铁就成为 阴极 ， 进一步促使锈 蚀的发展。随着时间的推移， F e O H ， 进一步氧化 生成 F e 0 mH 0 红锈 ， 一部分氧化不完全成为 F e 0 黑锈 ， 在钢筋表面形成锈层。F e 0 ， m H 2 0 的体积可以膨胀到原来体积的 3 4倍 ， F e 0 的体 积可以膨胀到原来体积的2倍 J 。铁锈体积膨胀， 对周围混凝土产生压力， 将使混凝土沿钢筋方向开 裂， 进而使保护层成块脱落， 而裂缝和保护层的剥落 又进一步加剧钢筋锈蚀 。 1 ． 2 针对破损处露筋的修补工艺 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年 第 3期 梁砜莹， 等 破损露筋混凝土结构修复工艺研究 国内目前对桥梁混凝土破损露筋修复一般只对 破损处使用普通砂浆或聚合物砂浆进行修补 ， 并未 对破损处外露的已锈蚀的钢筋进行针对性处理， 这 样会导致钢筋锈蚀继续发展， 修补处容易再次出现 裂缝或破损。本文针对这一情况， 综合目前国内外 常见的修复防护方法 ， 提 出了一种简单有效且经济 环保的修复方案 。方 案主要包括 3大部分 锈蚀钢 筋的除锈和保护； 提高混凝土的抗渗性和密实性； 外 涂防水隔离层法 。具体 的施工工艺为 清除松动 的 混凝土一钢筋表面除锈一涂覆面漆一抹敷聚合物砂 浆 涂覆防水涂层。 1 ． 2 ． 1 钢筋除锈和保护 除去钢筋表层的锈蚀 ， 涂覆带锈防腐涂料 ， 涂料 与锈层反应， 将铁锈转化为致密的隔离层， 再涂 1 层 面漆 ， 能更有效 隔离外界渗入介质与钢筋表面的接 触反应 。 丙烯酸类乳液具有优越 的耐候性 、 耐老化性 、 保 光性、 粘接性， 其外观细腻、 光泽度高、 成膜性好， 价 格低 ， 因此常被用作水性 防锈涂料 的成膜物质。但 是 ， 丙烯酸类乳液作为防锈涂料的成膜物质也具有 密封性差， 水蒸气和氧气透过率高的缺点。因此本 文选择环氧改性水性丙烯酸乳液作为防锈涂料的成 膜物质 ， 不仅保留了丙烯酸酯保光保色的优 良特性 ， 而且通过环氧改性 ， 可提高成膜物质 在金属表 面的 附着力 ， 从而使其具有 良好的粘附性 、 耐腐蚀性和耐 候性。在此基础上选择适 当的防锈剂 ， 渗透剂 以及 铁锈转化剂， 配合使用， 可实现对锈蚀钢筋 的修 复 。 1 ． 2 ． 2 采用苯丙乳液提高水泥砂浆 的抗渗性和密 实性 有资料表明， 在混凝土中加人适量的高分子聚 合物和膨胀剂， 既可提高混凝土的柔韧性， 又可减小 表面混凝土的收缩性 ， 避免混凝土内部 出现裂痕 、 缝 隙和空洞 ， 从而减小腐蚀介质通过混凝土裂缝 、 空洞 等进入钢筋表面引起钢筋锈蚀的几率。 用于水泥砂浆改性的聚合物， 对其性能要求十 分严格 ， 聚合物在发挥其优点的同时 ， 不能对砂浆带 来负面的影响。如不能影响水泥的充分水化 ， 对水 泥石的基体没有腐蚀作用， 对环境没有污染作用等。 目前 ， 用于改性水 泥砂浆 的聚合物种类主要有丁苯 乳液 S B R 、 聚丙烯酸脂乳液 P A E 、 聚乙烯醋酸脂 乳液 E V A ， 苯丙 乳液 S A E 等 J 。从成本 和性 能角度综合考虑， 本文选择水性苯丙乳液作为提高 水泥砂浆 的抗渗性和密实性的高分子聚合物。掺入 水泥砂浆里面的苯丙乳液 ， 随着水泥 的水化和水分 蒸发， 形成坚韧、 致密的苯丙聚合物薄膜状网络结 构， 分布在水泥砂浆骨架之间， 填充空隙， 提高水泥 砂浆 的密实性和抗渗性 。苯丙乳液改性水泥砂浆具 有较高的抗折 强度、 较小 的收缩率 、 较好 的粘结性 能 ， 且价格相对低廉 ， 又能快速凝结硬化 ， 是一种理 想的修补材料。 1 ． 2 ． 3 外涂隔离防水层 目前 ， 混凝土表面涂层主要是采用具有 良好 的 耐碱性、 附着力和耐蚀性 的涂料 ， 如沥青 、 环氧树脂、 聚氨酯、 有机硅、 丙烯酸、 氯化橡胶和乙烯橡胶等。 通过在混凝土表面涂刷形成一定厚度的膜层 ， 将表 面空隙全部密封， 保护混凝土结构不受外界有害介 质的侵蚀 。有机硅 防水涂层 是一种具有 良好渗透 性 、 耐久性和环保性 的混凝土表面密封剂 。有机 硅防水涂层可渗入到混凝 土表面一定深度 ， 不仅能 大幅度降低混凝土毛细孔吸水率 、 减轻氯离子侵蚀 、 防止钢筋腐蚀， 而且还能保持长期耐久性 耐碱、 耐 紫外线 。 本文选择有机硅乳液作为混凝土的防水涂层， 该涂层能渗入混凝土表层 2～3 m m， 形成憎水层 ， 阻 止雨水和大气水蒸气进入 。 2 材料试验研究 基于以上桥梁结构露筋修补的施工工艺尚无现 行 的行业标准 ， 且在工程 中配套应用的经验也不多 ， 笔者为此进行 了该修补工艺 的可行性试验 、 材料配 合 比试验以及现场修补试验。试验 旨在原设计采用 的材料及配套组合方案基础上， 对材料及组合方案 进行验证和改进 ， 以确定适用于该修补体系的原材 料和施工参数 ， 建立该修补体系的施工工艺、 技术条 件及质量控制措施。 2 ． 1 混凝土修复面的粘结性能试验 为了确定新老混凝 土的粘结性能 ， 采用二次成 型 的混凝土抗折强度作 为评价参数。试验方法 采 用一组 3个 1 5 0 m mx 1 5 0 m mx 5 5 0 m m 的混凝土小 梁试件 分别是试件 A 、 B和 C 进行抗折强度试验， 试验后得到 6个试块 ， 分别 编号为 A1 、 A 2、 B 1 、 B 2 、 c l 、 c 2 。将试块 A 1 ， B l 和c 1 进行断口处理， 采用钢 丝刷洗刷后再用压力水冲洗， 而试块 A 2 、 B 2和 c 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 公路交通技术 2 0 1 4血 不作任何处理。然后用与原试件相同配合比的混凝 土将试块 A 1 、 A 2 、 B 1 、 B 2 、 C 1 、 C 2重新成型为 6个小 梁试件， 编号为 A l s 、 A 2 s 、 B l s 、 B 2 s 、 C l s 、 C 2 s 。将重 新成型的梁形试件放进养护室进行养护 ， 养护 2 8 d 后进行抗折强度试验 ， 结果如图 1 所示 。 2．5 善 2 1 ．5 Al sA2 s BI s B2 s C1 s C2 s 试件名称 图 1 2 8 d抗折 强度数据 从图 1可以看出， 断面经处理后 比断面不经过 处理重新拼接成型的试件抗折强度更大。说明混凝 土修复表面的处理是必要的。 2 ． 2 钢筋除锈后涂覆带锈底漆的附着力试验 附着力试验 依据 G B ／ T 1 7 2 0 一l 9 8 9 漆膜附着 力测定法和 G B ／ T 9 2 8 6 --1 9 9 8 色漆 和清漆涂层 的划格实验 要求， 采用 0 1 6 m m的圆钢， 把圆钢放 置露天环境中让其 自然锈蚀 2 0 、 4 0和 6 0 d后 ， 对其 进行除锈前和除锈后涂覆带锈底漆的附着力测试， 试验结果如图 2所示。 雩 山 着力比不除锈的要大很多。 2 ． 3 带锈防锈底漆与红丹防锈底漆的防锈效果对比 试验方法 将 1 根钢筋 2头分别 涂覆带锈 防锈 漆和红丹防锈漆， 待防锈漆面干后涂覆普通硝基漆 市售 作为面漆。然后把钢筋置于露天 3 6 0 d自然 锈蚀后 ， 通过肉眼观察 ， 发现涂覆红丹防锈漆作为底 漆的区段钢筋漆面出现多处网状裂纹， 裂纹旁边附 有锈迹； 而钢筋涂覆带锈防锈漆作为底漆的区段却 未发现漆面出现裂纹。因此 ， 判定带锈 防锈底漆 的 防锈效果 比普通防锈漆的防锈效果好 。 2 ． 4 聚合物砂浆配比试验 聚合物砂浆配合比通过比较其流动度、 抗压强 度和抗折强度等参数来确定。初拟 4组配合 比， 其 试验数据见表 1 。 从表 1 可看 出 第 1 组 和第 2组 的抗压强度虽 然高， 但流动度值太大， 不适用于现场施工； 第 4组 流动度值太小， 也不适合现场施工； 第 3 组流动度值 比较适合现场施工， 其抗折强度和抗压强度均符合 要求 。 2 ． 5聚合物砂浆吸水率和干缩率试验 对普通砂浆和聚合物砂浆进行吸水率和干缩率 试验 ， 比较其密实性。设计 2组试验 ， 每组 3个砂浆 试件 ， 普通砂浆配合 比为水 水泥 砂 0 ． 2 2 1 2 ． 5 O， 聚合物砂浆配合 比为水 水泥 砂 丙烯酸 乳液 0 ． 2 2 1 2 ． 5 0 0 ． 4 7， 试验结果如图 3 、 图 4 所示。 鋈 垂 9 土 图 4 表 1 聚合物砂浆配比试验 9 0d 1 8 0d 普通水泥砂浆与聚合物砂浆干缩率对比 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第3期 胡文华 ， 等 山区低等级公路桥梁拓宽设计原则及要点分析 8 5 在选定桥梁加宽方式后 ， 应针对不同桥梁的规 模大小、 结构形式等选择适当的构造处理方式。 2 ． 3 拓宽桥梁横 向拼接构造技术 横向拼接构造技术是桥梁拓宽设计关键技术 中 的一项重要内容， 设计应重点考虑新、 老桥梁地基不 均匀沉降对新、 老桥梁结构的影响， 混凝土的收缩徐 变对新 、 老桥梁结构受力 的影响 ， 桥梁拓宽后新桥对 旧桥使 用性 能及 承 载力 影 响 。同 时， 应注 意 “ 边 营运、 边施工” 的拓宽方案对结构带来的不利影 响以及施工对社会通行车辆带来的负面影响等。 3 结论 本文在对云南省山区低等级公路拓宽桥梁调研 的基础上， 对调研发现的典型桥梁的设计原则及要 点进行了简要分析， 研究了公路桥梁的拓宽方案和 技术 ， 为全面了解 和把握 现有 的桥梁拓宽技术提供 参考。 参 考 文 献 [ 1 ] 孟广文， 藤家俊． 关于公路旧桥拓宽设计标准的研究 [ J ] ． 交通标准化， 2 0 0 4 7 1 7 2 0 ． [ 2 ] 陈静新． 地方公路改建工程中旧桥拓宽设计探讨[ J ] ． 工程技术， 2 0 1 0 7 6 2 ． [ 3 ] 温庆杰 ， 叶见曙． 新 旧钢筋混凝土梁横 向拼接的收缩 徐变效应分析[ J ] ． 东南大学学报， 2 0 0 6 ， 3 6 4 1 9 8 2 0 3 ． [ 4 ] 宗周红 ， 夏樟华， 陈宜言， 等． 既有桥梁拓宽改造纵向 接缝研究现状与实例分析[ J ] ． 福州大学学报， 2 0 0 9 ， 3 7 2 2 4 8 - 2 6 0 ． [ 5 ] 周兴， 刘海霞 ， 刘海龙． 旧路加宽改造升级中石拱桥 的加宽改造[ J ] ． 交通科技与经济， 2 0 0 6 2 8 0 - 8 5 ． [ 6 ] 王亚东． T梁桥加宽中几个问题的研究[ D ] ． 北京 北 京交通大学， 2 0 0 9 ． [ 7 ] 江俊忠． 石拱桥加宽与提高承载力的设计 [ J ] ． 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