聚合物涂層采用純丙乳液(ＡＣ)、苯丙乳液(ＰＡ)、叔碳酸鹽乳液(ＴＣ)和有機(jī)硅(ＯＳ)等四種聚合物。

1．2　試驗方法

混凝土碳化試驗按照《普通混凝土長期性能和耐久性能實驗方法》(ＧＢＪ82-85)中快速碳化試驗進(jìn)行。采用100ｍｍ×100ｍｍ×300ｍｍ長方體試件,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)26ｄ,在60℃烘48ｈ取出測試。

混凝土氣體滲透試驗按照ＲＩＬＥＭＴＣ116-ＰＣＤ[1]步驟進(jìn)行。每組2塊,試塊采用直徑150ｍｍ,高度為50ｍｍ的圓柱體。養(yǎng)護(hù)時盡量減少試塊與外界環(huán)境的水分交換。養(yǎng)護(hù)在2

0℃的室內(nèi)進(jìn)行,立即將試塊密封保存。采用氮氣作為滲透氣體。滲透壓力分別為1．5×105、2．0×105、3．0×105Ｐａ(絕對壓力)。計算各壓力下的Ｋｉ,取平均值即得各配比混凝土的滲透系數(shù)Ｋ?；炷谅入x子滲透性能采用ＡＳＴＭＣ1202[2]建議的電量法測定。試件為直徑100ｍｍ,高度50ｍｍ的圓柱狀混凝土。

2　試驗結(jié)果與分析

2．1　鋼筋混凝土橋梁耐久性劣化現(xiàn)狀和力學(xué)性能現(xiàn)狀

我們調(diào)查了上海公路系統(tǒng)的團(tuán)港橋、內(nèi)港河橋、醫(yī)院橋、五灶港橋和六灶港橋等鋼筋混凝土橋梁。這些橋梁均有不同程度腐蝕破壞。從現(xiàn)場進(jìn)行鉆孔取樣,并根據(jù)要求制樣,以測定其氯離子滲透性、碳化深度和強(qiáng)度。

2．1．1　鋼筋混凝土氯離子滲透性的檢測

從表2中可見,橋梁內(nèi)側(cè)和外側(cè)的混凝土試樣抗氯離子滲透性明顯比中部試樣差,內(nèi)外側(cè)試樣的導(dǎo)電量大部分超過4000Ｃ,說明混凝土的抗氯離子滲透性能已經(jīng)很差,混凝土耐久性受到嚴(yán)重劣化,混凝土對鋼筋的保護(hù)作用已經(jīng)很弱。中部試樣的導(dǎo)電量大約為兩側(cè)混凝土導(dǎo)電量的3 4,說明中部混凝土的抗氯離子滲透性也受到了較嚴(yán)重的劣化。

2．1．2　鋼筋混凝土碳化深度的檢測

表3顯示五座橋均受到一定程度的碳化腐蝕,其中團(tuán)港橋的外側(cè)和六灶港橋的內(nèi)側(cè)尤其嚴(yán)重,碳化深度分別為19．5ｍｍ和18．0ｍｍ。從表2和表3中可見,混凝土的氯離子滲透性和碳化深度有很好的相關(guān)性,說明氯離子滲透性和碳化深度對混凝土耐久性的評價是一致的。

表3　橋梁取芯碳化深度

2．1．3　鋼筋混凝土抗壓強(qiáng)度測試

從表4中可以看出,原設(shè)計強(qiáng)度為Ｃ30的混凝土現(xiàn)在的強(qiáng)度都有大幅度降低,抗壓強(qiáng)度最低只有14．8ＭＰａ,回彈強(qiáng)度只能達(dá)到14．6ＭＰａ。同時結(jié)合氯離子滲透和碳化深度測試的結(jié)果發(fā)現(xiàn),強(qiáng)度低的試樣其抗氯離子滲透性差,同時已被碳化的深度大。

表4　橋梁取芯試樣抗壓強(qiáng)度樣

2．2　鋼筋混凝土橋梁防腐技術(shù)措施研究以

上對取芯試樣的測試結(jié)果表明:受調(diào)查的上海地區(qū)這幾座橋梁的混凝土均受到了相當(dāng)嚴(yán)重的腐蝕?？梢酝茰y其他橋梁也應(yīng)該受到一定程度的影響,所以如何防止鋼筋混凝土橋梁的腐蝕應(yīng)該成為一個迫在眉睫的重大課題。本文就此提出鋼筋混凝土防腐技術(shù)措施,并對其作出評價。試驗分別對不涂涂層的基準(zhǔn)混凝土(ＮＯ)和涂有不同聚合物涂層:純丙乳液(ＡＣ)、苯丙乳液(ＰＡ)、叔碳酸鹽乳液(ＴＣ)和有機(jī)硅(ＯＳ)的混凝土的氯離子滲透性、抗碳化性能和氣體滲透性進(jìn)行了研究。并且對不同厚度的苯丙乳液(ＰＡ)涂層對耐久性的影響進(jìn)行了研究。

2．2．1　不同涂層對混凝土氯離子滲透性的影響

氯離子滲透性對于鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性是一個重要考察指標(biāo)。氯離子即使在高堿度下,對破壞鋼筋的鈍化膜都有特殊的能力。鋼筋的銹蝕最終會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度大大降低,這對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說是一個潛在的巨大威脅。試驗表明,基準(zhǔn)混凝土通過的電量為1233Ｃ。而涂有各種涂層的混凝土的氯離子滲透性得到顯著改善,對比表5所列的ＡＳＴＭＣ1202標(biāo)準(zhǔn),通過的電量基本可以忽略。其中涂有苯丙乳液(ＰＡ)的混凝土滲透性接近于0。

表5　混凝土滲透性評價(ＡＳＴＭＣ1202)

2．2．2　不同涂層對混凝土氣體滲透性的影響

圖1中可見涂有不同涂層的混凝土氣體滲透系數(shù)相差很大。與基準(zhǔn)混凝土相比,純丙乳液涂層可以使混凝土氣體滲透系數(shù)降低1個數(shù)量級,叔碳酸鹽涂層可以使?jié)B透系數(shù)降低2個數(shù)量級以上,而涂有苯丙乳液的混凝土根本就不透氣。有機(jī)硅對混凝土的氣體滲透性影響很小。2．2．3　不同涂層對混凝土碳化深度的影響

混凝土碳化是指空氣中的二氧化碳?xì)怏w不斷透過混凝土毛細(xì)孔擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部,氣相擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部充水的

毛細(xì)孔中與其中的孔隙液所溶解的氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng),生成碳酸鹽或其他物質(zhì)的現(xiàn)象。從總體上可以把混凝土碳化過程分成兩個步驟:第一個步驟是二氧化碳?xì)怏w擴(kuò)散到混凝

土孔隙中;第二個步驟是二氧化碳與混凝土中物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。很明顯,前者是發(fā)生碳化腐蝕的前提條件。利用涂層包裹混凝土的表面,從而形成致密的保護(hù)層可以防止二氧化碳?xì)怏w的擴(kuò)散。從表6的數(shù)據(jù)可見,除了有機(jī)硅涂層外,其他涂層對防止混凝土的碳化都有很好的效果,基準(zhǔn)混凝土28ｄ碳化深度為24．7ｍｍ,而涂有苯丙乳液的混凝土28ｄ碳化深度最小僅為0．7ｍｍ,純丙乳液次之為2．7ｍｍ,叔碳酸鹽再次之為5．9ｍｍ。從碳化的發(fā)展速度來看,基準(zhǔn)混凝土和涂有純丙乳液、叔碳酸鹽涂層的混凝土早期碳化發(fā)展較快,后期較慢。這是因為碳化產(chǎn)生了不溶于水的碳酸鈣填充了混凝土的部分空隙[3],使得二氧化碳?xì)怏w擴(kuò)散變得更難,所以減緩了碳化速度。而涂有苯丙乳液涂層的混凝土碳化速度均勻,是因為涂層本身對二氧化碳的滲透性就幾乎為零,所以碳化產(chǎn)生很少的碳酸鈣不至于影響碳化速度。

表6　不同涂層對碳化深度的影響

2．2．4　不同厚度的涂層對混凝土耐久性的影響

分別調(diào)整苯丙乳液涂層的厚度為0．7ｍｍ、1．0ｍｍ和1．3ｍｍ,進(jìn)行混凝土氯離子滲透、氣滲、碳化深度測試。試驗結(jié)果見圖2。由試驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),混凝土28ｄ的碳化深度隨涂層厚度的增加而明顯減小。其中1．0ｍｍ涂層的混凝土碳化深度為0．8ｍｍ,而0．7ｍｍ涂層的混凝土碳化深度增加到3．2ｍｍ。而涂層厚度對混凝土氣滲和氯離子滲透幾乎沒有影響,綜合考慮經(jīng)濟(jì)與效果兩方面因素,建議選擇涂層厚度為1．0ｍｍ。

3　結(jié)　論

1)橋梁混凝土現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果表明,原設(shè)計強(qiáng)度為Ｃ30的混凝土強(qiáng)度和耐久性都有驚人的下降,如不立即采取橋梁防腐措施,后果不堪設(shè)想。

2)不同涂層對混凝土的氯離子滲透性、氣體滲透性和防碳化方面都有顯著的效果,其中苯丙乳液最理想,可以使混凝土的氣滲系數(shù)降低至0,抗氯離子滲透性能提高3個數(shù)量級,碳化深度下降到1 35。

3)苯丙乳液涂層厚度對混凝土氣滲和氯離子滲透幾乎沒有影響,而混凝土28ｄ的碳化深度隨涂層厚度增加而明顯減小。綜合考慮經(jīng)濟(jì)與效果,建議苯丙涂層的厚度為1．0ｍｍ。震及豎向荷載作用下避免嚴(yán)重垮塌。對此,本文提出了“強(qiáng)轉(zhuǎn)換”、“強(qiáng)底梁、強(qiáng)節(jié)點”、“強(qiáng)剪弱彎”的抗震設(shè)計總原則。