深海区大体积混凝土表面耐久性涂装技术研究

摘要：平潭海峡公铁两用大桥下部结构大体积混凝土施工环境恶劣，处于干湿交替区和浪溅区的承台、海上大气区的墩身等混凝土结构的耐久性问题十分突出。结合平潭海峡公铁两用大桥深水区B26#-B38#墩大体积混凝土表面耐久性涂装的实例，介绍了在深水区域的承台和墩身混凝土结构的耐久性涂装技术，为以后类似的海上桥梁工程施工提供有价值的经验。

Abstract： The construction environment of the substructure mass concrete of the highway-railway dual-purpose bridge in Pingtan Channel is harsh. The durability problem of the concrete structure in the dry-wet conditions and splash zone， and marine atmospheric zone is very outstanding. Combined with the surface durability coating practice of mass concrete structure of B26#-B38#pile in the abyssal region of the highway-railway dual-purpose bridge in Pingtan Channel， the durability coating technique of the concrete structure of pile caps and pier in abyssal region is introduced， which can provide reference for similar projects in the future.

关键词：公铁两用；大体积；耐久性；涂装

Key words： highway-railway dual-purpose；mass；durability；coating

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）12-0145-03

0 引言

深水跨海大桥的建设随着我国经济技术的迅猛发展和桥梁工艺的日臻成熟已经成为当前发展的趋势。在跨海大桥的建设中使用高性能海工混凝土虽然能极大地提高结构的使用寿命，但考虑到平潭公铁两用大桥工程规模宏大，建设条件复杂，海上施工难度大而且结构设计的基准期为100年，混凝土质量及其耐久性对于保证整个结构的服役寿命以及其服役耐久性能至关重要，为确保平潭海峡公铁两用大桥工程混凝土结构的质量及其耐久性，必须对承台、墩身等大体积混凝土结构进行相应的防腐涂装。

1 概述

1.1 工程简介

平潭海峡公铁两用大桥位于福建省平潭县境内，起讫里程为DK72+024.44～DK75+737.915，桥址属于丘陵及浅海区，主于东海海域，水位受潮汐影响。其中，平潭海峡公铁两用大桥深水区B26#-B38#墩基础为钻孔灌注桩；承台为高桩承台结构，墩身采用空心墩设计，整体为门式墩，壁厚0.8m，墩身高度20m～25.5m不等，墩帽高2m，采用C50混凝土。

1.2 工程环境特点

桥位处属于亚热带海洋季风气候，气候温和，雨量充沛，年最大降雨量为2074.6mm，年平均湿度为77%，桥址所在地属于东海海域内海区，水位受潮汐影响较大，潮型为正规半日潮，每天潮涨潮落，出现两次高潮两次低潮，12小时50分为一周期，涨潮平均历时约5小时30分钟，落潮历时7小时15分钟。碳化环境等级为T2～T3，氯盐环境等级为L3。

2 混凝土表面涂装

近年来混凝土防护涂层在桥梁工程上得到了广泛使用，在桥梁工程上使用混凝土防护涂层不仅其使用寿命可延长15-30年，而且能极大的提高混凝土的耐久性能。

2.1 环境对混凝土结构的腐蚀机理

当混凝土接触周围的介质，如空气、水（海水、地下水）等含有不同浓度的酸、盐、碱类侵蚀性物质时，其一旦进入混凝土内部，并与混凝土发生物理化学反应，混凝土将被腐蚀，逐渐发生绽裂剥落，进而引起钢筋结构的钝化而导致结构失稳。混凝土腐蚀受侵蚀介质和环境条件的影响，一般分为两类：

2.1.1 溶腐性腐蚀

水泥的水化生物中，Ca（OH）2是最容易被渗入的水溶解，又促使水化硅酸钙等多碱性化合物发生水解，随之破坏低碱性水化产物（CaO、SiO2）等，最终完全破坏水泥石结构，某些酸盐溶液渗入混凝土，生成无凝胶型的松软物质，容易被水溶蚀。水泥石的溶蚀程度随着渗流速度增大而增大，溶蚀后胶结能力减弱，从而造成混凝土材料的整体破坏性。

2.1.2 结晶膨胀性腐蚀

含有硫酸盐的水渗入混凝土中，与水泥水化产物（CaSO4・2H2O）以溶液型式存在。石膏再与水化物铝硫酸盐起作用，形成带有多个结晶水的水化铝硫酸钙，体积膨胀，造成混凝土结构开裂破坏。

2.2 涂装防腐技术的防腐机理

海洋环境可以分为海洋大气区、浪溅区、水位变动区（潮差区）和水下区。混凝土的腐蚀破坏一般都在平均潮位以上的部分，在潮位以下，由于供氧条件差，混凝土处于饱水状态，钢筋的腐蚀就变的极其缓慢。事实证明，混凝土在水位变动区（潮差）区腐蚀破坏最严重，其次是浪溅区。使用防腐涂料对大体积混凝土结构涂装是一种切实有效的防腐蚀措施，可以起到以下作用：

①装饰作用，遮盖混凝土表面的外观缺陷，美化颜色不均的混凝土外观，使混凝土结构外观颜色一致成为一道景观；②防水作用，混凝土结构是比较致密的多孔结构，放大到一定程度就像海绵一样，这样的结构特征使水和空气比较容易渗入，涂装可以有效阻止水进入内部引起钢筋腐蚀和混凝土结构酥化；③防潮作用，在潮湿环境中可使混凝土内部处于干燥状态，提高混凝土结构的使用寿命；④防腐蚀作用，防止混凝土碳化、氯离子侵蚀、化学介质腐蚀、同时可阻止钢筋腐蚀，延长混凝土结构的使用寿命。

2.3 混凝土表面涂装体系

混凝土表面的涂装体系必须具有防水，能有效的阻止氯化物、氧气、二氧化碳和海水等腐蚀介质进入的作用。由于平潭海峡公铁两用大桥的桥址处腐蚀环境比较恶劣，对混凝土结构进行必要的表面防护体系能有效的防止混凝土腐蚀，延长其使用寿命。平潭海峡公铁两用大桥最终确定的涂装体系如表1、表2所示。

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3 混凝土表面涂装工艺

3.1 基面清理

混凝土基层应密实、平整。使用电动砂轮、砂纸等处理混凝土基面上的浮浆、杂渣等疏松部位，尖角、凸起部位要予以剔除并打磨平整。使用稀料等溶剂清除污垢、霉菌、苔藓、海蛎子等污染物，并用淡水冲洗至中性。

混凝土结构表面突出的因施工需要设置的各种预埋件，应在涂装施工前一个月处理完毕。混凝土表面因施工原因存在与的金属焊渣、绑扎铁丝头、钢筋头等必须清除干净。

混凝土表面采用高压水（压力不小于20MPa）清洁，彻底清除混凝土结构表面上的不牢灰浆、尖角、海蛎子、苔藓、油污等污染物及其它松散附着物，必要时可用适当溶剂抹除油污。

混凝土表面清理后，用淡水冲洗干净，确保混凝土表面无油污等影响涂层质量。

3.2 基面修补

混凝土表面的蜂窝、裂缝、错台和麻面等缺陷，用环氧腻子找平。

保护层混凝土强度小于C20、大于C10时，应先施工补强，再进行防护涂层施工。混凝土基层局部出现严重开裂、掉块、强度小于C10时，应彻底清理、重新施工，再进行防护涂层施工。

3.2.1 气孔修补

将气孔内灰尘用塑料刷刷净，并用水冲洗干净，自然干燥后修补；用调配好的浆体人工戴胶手套封闭气孔，孔内一定填塞密实，用刮刀将气孔周边污染的表面刮掉，自然干燥硬化。

3.2.2 蜂窝修补

横平竖直的在蜂窝四周划线，采用手动切割机沿划线将墩身表层切开，深度控制在0.5mm左右，凿除蜂窝面积内松散的石子及表面光滑的部位，并用钢丝刷将凿除后的表面彻底拉毛一遍，露出坚固的砼面；清除松散的砂粒、碎屑等后再用淡水冲洗干净，四周用塑料布胶带封闭，待其表面彻底干燥后进行处理；戴好专用手套将已拌制好的水泥浆挤压到碎石间的低凹处，整个缺陷面积的低凹处修补平整后，在其表面（划线范围）统一修补一层调配好的浆体压实平整，整平后的浆体表面比原墩身表面略高，使其外露部分略突出墩身砼面，保证打磨达到要求后的表面与原墩身表面相平；修补3天后，用砂轮将突出部分打磨平整，并用砂纸进行细部打磨确保表面光滑平整，用手摸无明显的凸凹方可进行下一步操作。

3.2.3 裂缝修补

裂缝宽度小于0.2mm时，采用水性环氧封闭漆刷涂3次以上，让浆液自然渗入裂缝中，至裂缝不再吸收浆液为止；裂缝宽度大于0.2mm时，则先沿裂缝切出“V型”槽，“V型”槽宽度控制在2～5cm内，深度根据裂纹实际深度确定，“V型”槽开完后用聚合物砂浆堵塞修补。

3.2.4 错台修补

①高出、跑模部分用专用工具（铁钎等）凿除，露出石子，新茬表面比构件表面略低，略微凹陷成弧形；

②采用高压水将新茬面冲洗干净，并使砼结合面充分湿润；基层处理完毕后，先抹一层水泥素浆打底，然后1：2干硬性的水泥砂浆，自下而上按照抹灰工的操作方法将砂浆压入结合面，反复搓动直至抹平；

③修补用的水泥应于原砼品质一致，砂子用中粗砂，为保证混凝土表面颜色的一致，必要时掺拌白水泥；

④为使砂浆表面结合良好，抹光后的砂浆表面应覆盖塑料薄膜，在塑料薄膜面采用木板等顶紧加压工作。

3.2.5 麻面修补

麻面修补采用砂轮、钢丝刷等将缺陷表面松散的砂、水泥浆清除干净，淡水冲洗后四周用塑料布胶带封闭，待其表面彻底干燥后进行处理；用刮刀将已拌制好的水泥浆在缺陷表面反复刮压，修补平整后自然干燥3天，用砂纸进行细部打磨使表面光滑平整，用手摸无明显的凸凹即可。

3.2.6 潮湿基面处理

硅烷浸渍应尽量在面干的基面上施工，如果由于下雨或潮汐造成局部基面潮湿而又不得不施工时，必须对潮湿基面进行烘干处理。

3.3 硅烷浸渍涂料涂刷

3.3.1 施工要求

①在混凝土龄期14天后进行硅烷喷涂，同时保证硅烷涂刷作业完成至少24小时不得与海水接触，方可拆除围堰。

②施工环境要求：

1）混凝土表面温度应在5～40℃之间，空气相对湿度不大于80%；

2）下雨、强风或强烈阳光直射天气下不得喷涂硅烷；浸渍所需的全部硅烷用料在施工现场需一次备足，使用前方可开封，并应于启封后3天内用完，否则作废处理；

3）在施工中不得使用烘干设备。硅烷需要与水化的水泥发生化学反应才能发挥防水性能，如果表面过湿则会影响渗透深度，因此结构表面干燥时喷涂效果最好。

③采用辊涂、喷涂相结合的方式。施工中常用的工具为密封喷枪、辊筒和刷子。使用刷子或辊筒施工进行小范围局部涂装时，应重复涂抹，直到表面湿润。大面积施工时采用低压喷涂方式，这样可以减少材料的损耗。如采用连续循环的泵送系统，应注意喷枪的压力不能超过60～70kPa。硅烷喷涂前采用染料示踪法以及浸渍施工后用红色记号笔标明已喷涂区域与未喷涂区域分界线，便于质检员、监理工程师目测检验，同时避免漏涂或重涂。

④硅烷浸渍应连续施涂，施涂时须使被涂表面饱和溢流。根据规范、方案的要求，在立面上，应自下向上施涂，被涂立面至少有5s保持“看上去是湿的”状态；在顶面或底面上，同样须保证至少有5s保持“看上去是湿的镜面”状态。

3.3.2 喷涂遍数

喷涂不得少于两遍，第二遍喷涂与前一层喷涂间隔不得少于6h，停顿时间也不应过长。当基材吸收完上一涂层并不再光亮时，喷涂下一次。潮差区施工每层应在每次潮位低于施工部位烘干后时施工，每层施工在不同落潮期进行施工。

3.3.3 养护

大气区施工完1天内不湿水自然风干即可，3天后完全固化才能达到最佳的防水防腐护效果，7天后钻芯取样检测。取芯后需及时修补，并再次局部进行硅烷浸渍涂装。

4 结果检测

在混凝土表面防腐涂装结束后对平潭公铁两用大桥26#墩身涂层的性能进行的了检测，检测结果如表3所示。

从表3中的结果可以看出本防腐涂装材料及工艺完全符合海上大体积混凝土耐久性涂装的要求。

5 结语

以上是深海环境大体积混凝土结构表面防腐涂装的简单工艺介绍，数据表明，如果采取有效的防护手段，大约35%的腐蚀损失是可以避免的。随着深海区跨海桥梁的不断涌现，在混凝土表面涂装一层防水，防腐蚀，耐久的表面涂层十分重要，不但能有效地保护混凝土结构，降低由于腐蚀酿造的重大灾难性事故的发生概率，还可以美化混凝土结构的外观，对我国的桥梁建设有积极推动作用。

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