病害桥梁混凝土防撞墩的 优化修补施工方法及工程应用

引言防撞墩为桥梁的必备构件。在北京市区范围内，截至目前，建设的大型立交桥多达427座，独立桥梁2069座，均处于满负荷工作状态，约三分之一的桥梁已运营超过20年以上。仅在北京三环路沿线，就布置立交桥和跨河桥59座，全线贯通时就基本处于超负荷运转状态。大量的钢筋混凝土材质防撞墩，布设在桥梁重要边缘及线路拐弯等处。处地自然环境超负荷运转的桥梁本身，其构件及结构性均出现不同程度风化、腐蚀与损坏。防撞墩构件存在腐蚀、开裂、漏水、钢筋锈蚀等现象，处于防撞护栏位置的构件由于频率撞击作用其破坏更为严重。1、桥梁混凝土防撞墩损坏主要原因及机理

统计结果表明，北京市区范围内桥梁混凝土防撞墩腐蚀率高达80%。混凝土材质防撞墩遭受腐蚀病害，对桥梁结构体本身的耐久性以及交通安全性，无不造成直接威胁。针对北京气候特点以及市区交通运营实际情况，结合笔者多年的工程经验及调查分析，混凝土材质桥梁防撞墩病害主要原因有冻融破坏和化学侵蚀这2种。（1）冻融破坏：混凝土的表面和结构中布满毛细孔，具有很强的吸湿性和渗透性。北京夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春秋两季相对短促，季节气温与白昼气温温差较大。而混凝土保护层相对较薄，表层混凝土孔隙中填充的水冻融加速了混凝土的风化。进入混凝土结构的水，发生冻融循环的应力作用，形成冰涨压力和渗透压力联合作用的疲劳应力，使混凝土产生由表及里的剥蚀破坏，在整个冬季或冬春之交发生较频繁。（2）化学侵蚀：北方冬季气温低，降雪后道路易结冰。为保证交通能迅速恢复，大量使用融雪剂、除冰盐等。融雪剂的主要成分是盐类，其中的氯离子以融化的雪水为载体进入钢筋混凝土结构，侵蚀钢筋，造成结构破坏。2、工程概况

北京市环线某立交北向西匝道桥。桥梁全长138.9m，桥面全宽9.2～14.7m。桥梁采用桩基础，高自由柱，柱顶结构为3跨预应力混凝土材质连续箱梁+3跨预应力混凝土材质连续板梁，跨径组合24.7m+28.0m+25.0m+19.1m+21.6m+20.5m。桥梁标准段横断面依次为0.6m防撞墩+8.0m行车道+0.6m防撞墩标准断面布置。下部结构为钢筋混凝土柱式墩，部分外包钢板箍。桥面采用沥青混凝土铺装。桥面两侧栏杆立柱表面存在多处锈胀、开裂，左侧防撞护栏和中央隔离带多处破损、露筋。匝道两侧防撞墩出现大量破损、开裂、剥落、钢筋锈胀现象，局部锈胀严重，表面大面积露筋。主梁局部锈涨、破损、梁端漏水破损严重。防撞墩病害如图1所示。图1防撞墩面层混凝土碳化钢筋裸露锈蚀3、桥梁防撞墩维修设计方案

遭受病害的钢筋混凝土防撞墩，必须及时有效进行修复。目前行业内使用的修复材料有：无机砂浆、环氧砂浆、丙烯酸酯改性聚合物砂浆等。修复方法各异，一般采用损坏更换技术、桥梁防撞墩水铣及挂网支模具喷锚修复技术、局部挖补修复技术等。工程实践中的维修设计方案，应当能迅速有效治理病害，结合实际情况，在原位条件下施工。但桥梁防撞墩病害情况各异，拟采用的修复方法想统一工艺达到一致效果存在一定困难。引进多种材料，确定修复方案，同期施工，以不同方式同步治理不同类型病害，尽量达到一致效果，就成为工程实践的必选。创新施工工艺，按照局部修复、整体防护的施工方案就得以实施。4、施工材料的优化比选

（1）钢筋除锈阻锈涂料：DQCT钢筋阻锈涂料由高性能合成树脂、纳米级防锈颜料、阻锈（蚀）剂、助剂等组成的双组分反应性阻锈材料，可使金属构件获得优越的耐腐蚀性，对水及酸碱盐溶液屏蔽抗腐蚀力强，具备防止钢筋持续腐蚀，防止混凝土溶胀破坏的能力。（2）混凝土界面处理剂：本试验段采用的GBS混凝土界面处理剂，是由高强度水泥和不同细度配合比的硅砂为骨料，以丙烯酸酯聚合物为主体改性的粘结材料，添加浸润改性剂等配置成的一种双组份反应型的结合层处理材料。粗骨料和聚合物化学作用关系产生交联，涂刷的混凝土界面剂能够增强旧基层和新修补层之间的粘结力。修复区域重新产生耐水、抗腐蚀、抗冻融等功能。直接治理了新旧结合面空鼓、开裂、粘接不牢等病害，重塑新旧混凝土过渡粘接层，起到修补美化作用。执行标准为JC/T907—2018《混凝土界面处理剂》。（3）混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆：本项目采用LGCX混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆，是由硫铝酸盐水泥、聚合物胶粉、天然石英砂、水泥水化激活剂、固化增强剂等主要原料复合配制而成。该材料早期强度高，固化速度可调，保水性能和抗裂性能好。其工程特性表现为耐酸碱等化学腐蚀，粘接性能优异，养护简单，干缩率小，对温度和环境适应性强，与旧水泥混凝土结合力和相容性好，抗应力变形等。执行标准JGT336—2011《混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆》。其主要性能指标见表1。

表1混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆性能指标（4）聚合物弹性水泥防水涂料：聚合物水泥防水涂料主要是由丙烯酸酯、丁苯胶乳、氯丁胶乳等高分子聚合物乳液组成的一种胶体，以高强度水泥作为凝结材料，以天然石英砂或者玄武岩粉作为骨料，添加消泡剂、成膜助剂等多种功能性助剂复合制作而成。涂刷后形成的涂膜既有水泥胶凝材料的高强度、高耐磨性，又具有一定的延展性，执行标准GB/T23445—2009《聚合物水泥防水涂料》，其性能指标见表2。表2聚合物水泥防水涂料性能指标由图2可知，巨拱基础大体积混凝土抗压强度随着7d、28d、60d龄期的增长而不断提高，以60d抗压强度来评定都满足C30强度等级要求。早龄期中，掺量50%的矿物掺合料明显延缓胶凝材料水化，早期强度较20%矿物掺合料降低了约5MPa，但是60d龄期强度持续增长，达到46.7MPa。因此，适当提高矿物掺合料比例可以延缓早期水化速度，提高60d龄期强度发展，有利于大体积混凝土的质量控制。5、桥梁混凝土防撞墩修复施工流程

修复的第一步采用钢筋阻锈涂料，对锈蚀裸露钢筋进行阻锈涂刷处理，达到屏蔽钢筋锈蚀对混凝土的持续破坏的目的；第二步采用混凝土界面处理剂，渗入浸润混凝土基层，目的是令旧基础层和新修补砂浆恢复较大的粘附力；第三步涂抹混凝土结构，目的是利用聚合物水泥砂浆修复缺陷；第四步整体涂刷聚合物水泥防水涂料。以上4步形成对桥梁防撞墩完整的修复体系，以延长桥梁的寿命和使用期。具体施工流程如下：（1）基层清理。先对空鼓和松散的混凝土用电锤或打磨机等工具，把损坏部位剔除，并将浮浆皮和盐泽等凿除，直至将腐蚀部分清凿，剥露至坚实的基础层。也可采用高压喷水或喷细砂清洗，冲压水压应保持合理范围进行调节，防止将完好部位破坏。水冲洗后，应自然干燥24h以上。（2）除尘。由于地处市中心，不能使用强力吹风除尘设备，应选用大功率吸尘设备，将基层的杂质浮灰吸取干净。（3）涂刷钢筋阻锈涂料。对裸露钢筋进行打磨，直至去除可见锈蚀。对于锈蚀严重的剔除，进行加筋植筋处理，保证钢筋断截面面积不少于原设计方案。然后涂刷至少两遍阻锈涂料，下道涂料一般和上一道间隔6h以上。待涂料干燥后（一般24h），即可涂刷界面剂。（4）涂刷界面剂。将界面剂A、B组分按重量比称取，用电动搅拌机搅拌均匀后，立即涂刷在待修复混凝土基层界面。涂刷时注意均匀，不得漏涂。（5）混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆修补。界面剂表面干燥后即可进行混凝土结构修复用聚合物水泥砂浆施工。一般按砂浆：水=100：16，实际加水量可根据气温变化适当增减。施工时，可用刮刀或刮板直接在需要修补界面涂抹，用力压实即可。待砂浆初凝后，注意立即喷水养护，也可用草袋、棉毡等覆盖养护。一般72h后即可进行下一道工序涂料施工。施工涂刷前要检查防撞墩表面是否平整光顺，如发现接茬不顺畅、堆积等现象，应用工具打磨平整后再进行整体涂刷。砂浆修补后效果如图2所示。图2砂浆修补后效果（6）聚合物弹性水泥防水涂料涂刷。底层涂料配制和施工时按液料∶粉料=1∶1比例配制，可以加20%～30％的水稀释搅拌，以利于对基层的渗透和粘结。将配制好的涂料均匀的涂刷在基层上，涂刷时注意足量涂刷，覆盖完全，使其充分浸润基层，以增强防水层和基层的粘接强度。涂料配制和施工时按液料∶粉料=1∶1（重量比）配制。防水涂料的配制，应按技术要求准确计量，不得随意改变配比。聚合物弹性水泥防水涂料施工时一般涂刷2遍或2遍以上，直至达到设计要求，每遍涂布时间一般间隔约6h（初步干固），湿度较大或温度较低时宜延长。每层涂覆须按工法规定的用量取料，涂覆要均匀，涂层之间不留气泡，粘结严实。一般立面施工不宜加水，以免涂料流淌，致使立面厚度不易达到设计厚度，同时导致阴阳角堆积料过厚，产生裂纹。涂刷应从防撞墩自上而下的顺序涂刷。防水层各层应紧密粘合，每层宜连续施工。聚合物弹性水泥防水涂料涂刷后效果如图3所示。

图3聚合物弹性水泥防水涂料涂刷后效果（7）最后一遍防水层施工完成7d，干燥后应进行验收。表面应密实、平整，不得有裂纹、气孔、刮痕、刺破、起砂等缺陷。厚度应符合设计要求，最小厚度不得小于设计厚度85％。如不符合上述要求、要进行局部修补修复、直至达到验收标准方可。结语

采用钢筋除锈阻锈涂料进行阻锈处理，混凝土界面处理剂粘接强度得到改善，聚合物水泥砂浆对损坏界面进行主动填补，聚合物弹性水泥防水涂料参与防护，形成整套梁混凝土防撞墩最优的长效防护治理方案。工程实践表明，整治后的防撞墩，再经过2年以上时间风化，仍然表面完整