魏小龍 趙靜卓 王 暉 張 青 任國斌

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030)

自從在19世紀20年代水泥這種材料被發(fā)明出來后，就一直作為混凝土的膠結(jié)材料，被廣泛的應(yīng)用在各種混凝土建筑當中，比如，房屋、橋梁、道路、碼頭等。但是由于在進行建筑設(shè)計、材料選擇、施工過程當中出現(xiàn)了各種細節(jié)問題，便會導(dǎo)致在環(huán)境的影響下，使得混凝土結(jié)構(gòu)無法達到預(yù)期壽命，提早造成了破壞，使得財產(chǎn)、資源等受到了浪費。因此，為了保障混凝土橋梁的耐久性，相對于其他混凝土建筑而言，在其防護涂料方面需要更加嚴格，所以進行“混凝土橋梁耐久性環(huán)境因素及其防護涂料分析”該論題的研究對于我國交通道路的建設(shè)將有著極高的實際意義。

1 環(huán)境對混凝土橋梁的影響

1.1 大氣環(huán)境對混凝土橋梁的影響

大氣環(huán)境對混凝土橋梁耐久性的影響主要來源于二氧化碳、二氧化硫的酸性氣體與混凝土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得混凝土的pH值下降。當混凝土內(nèi)部的pH值下降到9的時候，其內(nèi)部鋼筋便會失去堿性的保護而出現(xiàn)生銹的跡象，使得混凝土的強度明顯變低。

如果把混凝土放在pH值為1的硫酸溶液中，經(jīng)過8周期的腐蝕，其強度降低了8.8%，經(jīng)過13周期的腐蝕，其強度降低了13.8%，這樣的情況都被認為該混凝土已經(jīng)完全遭到了腐蝕破壞。除了會對混凝土內(nèi)部的鋼筋產(chǎn)生腐蝕，還會使得混凝土內(nèi)部的膠結(jié)材料水泥失去其粘結(jié)性，導(dǎo)致混凝土的整體結(jié)構(gòu)受到破壞。

另外大氣中所具有的二氧化硫是形成酸雨的主要成分之一，而這種酸性物質(zhì)不管是濕沉降還是干沉降，均會導(dǎo)致土壤酸化。當土地發(fā)生酸化之后，那么對混凝土橋墩耐久性造成影響的，將不只有大氣環(huán)境，還有酸化后的土地也會使得混凝土的橋墩開裂的情況，最終導(dǎo)致整個橋梁的結(jié)構(gòu)都發(fā)生形變，大大降低了橋梁的使用壽命。

1.2 水對混凝土橋梁的影響

大部分的橋梁設(shè)計出來都是為了橫跨江河湖海，特別是一些超大型的跨海橋梁，其混凝土橋墩部分必然需要長期處于水環(huán)境中。那么在水的腐蝕下，混凝土內(nèi)部材料極有可能會發(fā)生各種溶解，也就是溶蝕。再加上隨著工業(yè)排放物對水資源的影響，會讓硫酸鹽與水共同溶蝕混凝土橋墩，這便將受了混凝土的強度變低。

部分寒冷地區(qū)，在不同的季節(jié)中，水會被凍住或者融化，那么在凍脹和凍融的循環(huán)中，將會直接對混凝土的拉力學(xué)性能及粘結(jié)性有著直接的影響。時間一久便會導(dǎo)致鋼筋與混凝土的粘結(jié)強度逐漸變低，受拉力學(xué)性能逐漸下降，使得混凝土橋梁便出現(xiàn)其強度逐漸變低的情況。

1.3 日照對混凝土橋梁的影響

對于混凝土橋梁來說，除了會有大氣水這類環(huán)境因素對混凝土橋梁造成腐蝕的不良影響以外，日照也會對混凝土橋梁造成破壞。不過日照相對于大氣、水之類的入侵腐蝕，更多的是在溫度應(yīng)力上對混凝土耐久性造成影響。對一些跨境較大的箱型混凝土橋梁中，特別是針對超靜定結(jié)構(gòu)體系，太陽輻射在橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力將有可能超過活載應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土橋梁出現(xiàn)正彎矩。比如在我國漓江二橋，云南六庫怒江大橋的箱型結(jié)構(gòu)的橋梁等，均已經(jīng)產(chǎn)生了受到日照的影響，導(dǎo)致不同程度的裂損情況。通過與日照相關(guān)的實驗后，研究結(jié)果表明，箱型橋梁某些部位的溫度應(yīng)力如果大，娛樂和在應(yīng)力是混凝土箱梁出現(xiàn)裂縫的主要原因。

1.4 氯鹽對混凝土橋梁的影響

建立在沿海地區(qū)或者高寒地區(qū)的橋梁是很容易被氯鹽所腐蝕的，因為在混合水泥的時候或者是進行混凝土地面防寒處理的時候，往往會讓混凝土中混入少量的海水、海洋大氣、防冰劑，而這些正好是混凝土內(nèi)部氯鹽的來源。當氯鹽與混凝土混合在一起時，會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成一種易溶材料“二氯化鈣”。二氯化鈣的體積比較大，會造成混凝土的膨脹，一旦遇到高溫或低寒便會溶解，使得混凝土橋面發(fā)生脹裂。

當水泥中水合鋁酸鈣含量高于8%時，混凝土內(nèi)部的氯鹽會產(chǎn)生自由氯離子。所以混凝土還會被自由氯離子所腐蝕，同時自由氯離子與鋼鐵接觸時，也會破壞鋼鐵表面的鈍化層，導(dǎo)致鋼筋及時在混凝土內(nèi)部，不接觸到氧氣也會出現(xiàn)生銹的情況。一旦混凝土內(nèi)部的鋼筋發(fā)生了生銹，一方面是會降低了混凝土橋梁的耐久性，另一方面是更容易導(dǎo)致混凝土墻面出現(xiàn)裂縫。根據(jù)鐵路部門所統(tǒng)計的研究數(shù)據(jù)表明，鋼筋生銹是沿海地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)老化以及耐久性失效的最主要原因。

在高寒地區(qū)，為了避免地面結(jié)冰，很多地區(qū)都會選擇在混凝土地面撒上防冰劑。當防冰劑內(nèi)部的鹽溶液濃度低于3%～4%的時候，在鹽冰混合物所造成的凍融循環(huán)影響下，混凝土很容易被凍脹，從而出現(xiàn)表面剝落的情況。而讓鹽溶液濃度高于3%～4%的時候，則會造成氯鹽腐蝕，出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)生成二氯化鈣，特別是鹽溶液濃度高于15%的防冰劑，更是明顯提高破壞混凝土表面的速度，讓混凝土劣化十分嚴重。

1.5 生物對混凝土橋梁的影響

除了上述環(huán)境因素會對混凝土橋梁造成影響以外，在生物力的作用下也會導(dǎo)致混凝土橋梁被破壞。常見的生物力破壞混凝土橋梁的案例，比如草的種子落入混凝土縫隙當中并生根發(fā)芽，使得草根破壞混凝土表面，樹根鉆入混凝土的缺口后，還在不斷的生長，使得混凝土原本的缺口被越級越大，最終破壞了混凝土原本的密實度，使得混凝土橋梁的耐久度降低。另外還有生物造成的混凝土化學(xué)腐蝕，比如某些硫化細菌能夠與水發(fā)生反應(yīng)生成硫酸，而硫酸會造成混凝土的腐蝕，同時硫酸容易與其他物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)，形成硫酸鹽，硫酸鹽也容易造成混凝土表面的腐蝕。

2 混凝土橋梁的防護涂料分析

2.1 混凝土橋梁的涂層要求

考慮到我國土地面積較為廣泛，幅員遼闊，各地區(qū)的自然環(huán)境之間的差異明顯，所以不同混凝土橋梁所處的自然環(huán)境完全不同，那么在進行混凝土橋梁防護涂料分析的時候，就需要涂層體系有著對環(huán)境很好的適應(yīng)性，而且也能夠延長混凝土橋梁的使用壽命。因此，從混凝土橋梁的涂層體系來看，需要綜合考慮到以下幾個方面的要求。首先是涂層體系中的封閉漆需要具有滲透性，耐堿性和附著力。其次是涂層體系中的中間漆需要具有耐酸耐堿性、柔韌性和良好的屏蔽性。最后還有涂層體系中的面漆需要具有防碳化性能和裝飾性。

2.1.1 耐堿性

對混凝土橋梁，因其涂層的耐堿性，需要保證混凝土的pH值在12～13左右，因此，在選擇其涂層的時候，一定要進行混凝土表面涂層的耐堿性測試，確?；炷帘砻娴耐苛夏軌蚓邆淞己玫哪蛪A性，放置混凝土被堿性物質(zhì)所腐蝕。

2.1.2 滲透性

對混凝土來說其表面的涂料還需要具有一定的滲透性，因為具有滲透性的涂料能夠保證混凝土表面具有良好的附著力，從而通過附著力去抵御外界環(huán)境因素，對混凝土橋梁的侵蝕。

2.1.3 涂層厚度

涂層厚度指的是在混凝土表面上涂層的時候必須要達到的厚度，只有符合了混凝土橋梁的涂層厚度標準，該涂層才能夠起到相應(yīng)的保護作用，否則既不能保護混凝土橋梁也造成了資源的浪費。不過在為混凝土橋梁上涂層的時候，一定要考慮到大部分混凝土橋梁的表面都是不規(guī)則的，所以很有可能會導(dǎo)致上的涂層不夠均勻，使得涂層厚度不夠。一旦涂層達不到發(fā)揮作用的厚度，必然就會導(dǎo)致即使上了涂層也沒有任何的作用，難以產(chǎn)生抵抗的內(nèi)應(yīng)力。

2.1.4 柔韌性

混凝土這種材料相對于鋼筋、鋼鐵而言具有一定的柔韌性和延展性，所以使用在混凝土橋梁表面的涂料也必須如同混凝土一樣，具有一定的柔韌性和粘粘性，只有這樣才能夠去適應(yīng)混凝土應(yīng)溫度應(yīng)力而導(dǎo)致的收縮和膨脹，不至于易出現(xiàn)強烈的溫度應(yīng)力。如果混凝土的涂料沒有具備較好的柔韌性，也無法與混凝土表面服帖，當混凝土在受到溫度影響時，其表面的涂料就很容易遭到破壞產(chǎn)生開裂，從而使得混凝土涂層失去原有對于混凝土的保護作用，同時還會造成混凝土橋面呈現(xiàn)出一種比較斑駁的形態(tài)，造成美觀度不夠。

2.1.5 附著力

混凝土橋梁表面的涂料所具有的附著力性能，應(yīng)與鋼鐵表面的涂料所具有的附著性性能不同，因為混凝土橋梁極建成之后是需要長期處在一個潮濕的環(huán)境中，因此對于其表面的涂料而言，也必須具有很好的滲透性和濕潤性，從而能夠更好的附著在混凝土表面上，不至于一遇到較為潮濕的環(huán)境便出現(xiàn)脫落的情況，造成混凝土表面的涂料無法對混凝土起到足夠的保護作用。

2.1.6 防碳化性能

混凝土橋梁表面涂料的防碳化性能指的是因為大氣中有二氧化碳的存在，所以受到二氧化碳的影響，混凝土會產(chǎn)生碳化，碳化后的混凝土，體積會發(fā)生變化，表面出現(xiàn)各種細小的裂縫，使得氧氣和水分會通過這些裂縫進入混凝土的內(nèi)部，造成鋼筋生銹的情況出現(xiàn)，最終導(dǎo)致混凝土橋梁的使用壽命縮短。因此在選擇混凝土表面涂層的時候一定要具有防碳化的功能，防止二氧化碳去碳化混凝土。

2.1.7 裝飾性

對于混凝土橋梁表面的涂層而言，除了具有上述所提到的6種功能以外，還需要具備一定的裝飾性能，作為混凝土橋梁的表面涂料，應(yīng)當表現(xiàn)出豐滿的漆膜感和保光保色性能，最好還能夠擁有比較豐富的色彩，作為橋梁的裝飾物。

2.2 混凝土橋梁的表面處理

2.2.1 除油

為了使得混凝土橋梁表面的涂層效果更加有用，需要對混凝土橋梁表面先進行處理之后再去上涂層。比如除油就是必須要進行表面處理之一，所謂的除油指的是利用洗滌劑或者碳酸鈉溶液，對混凝土表面的油污進行清理，清理結(jié)束后，使用純凈水沖洗混凝土表面殘留的洗滌劑或者碳酸鈉溶液，確?；炷帘砻娴膒H值的達到中性，也就是pH值在7～8左右。但是考慮到個別混凝土區(qū)域可能會出現(xiàn)被油污嚴重污染的情況，甚至出現(xiàn)了油污直接滲透到混凝土內(nèi)部的局面，那么針對這種情況，則需要先使用熱堿液，讓熱堿液侵入混凝土內(nèi)部與油污發(fā)生反映，起到取出油污的作用，然后再用純凈水把弱堿液進行沖洗掉，確保在完成除油工作之后，才能夠進行混凝土橋梁表面的上涂層操作。

2.2.2 表面打磨或噴砂處理

對于混凝土橋梁的表面處理，還需要進行表面打磨或者噴砂處理。這種處理主要是使用打磨工具來去除混凝土表面存在的浮漿以及弱堿層。當然，除了可以通過打磨工具來去除浮漿以外，也可以使用噴砂工具，是有同樣的效果。在完成打磨或者噴砂處理之后，混凝土表面還會殘留一層灰塵，如果不去除這一層灰塵，對于后續(xù)在混凝土表面上涂料來說也并不方便，即使能夠上好涂料，也容易造成橋梁表面出現(xiàn)斑駁的情況，對于橋梁建筑來說不夠美觀。所以針對混凝土橋梁表面的灰塵則通過壓縮空氣把表面浮塵吹走，從而保證混凝土表面的干凈，方便后續(xù)進行上涂料。

2.2.3 酸蝕處理

酸蝕處理并不是所有混凝土橋梁都需要進行的表面處理，這種處理方法主要是適用于油污比較多的混凝土表面。當混凝土表面出現(xiàn)過多的油污時，需要用濃度10%～15%的鹽液清洗混凝土表面。在清洗的過程中，往往可以很明顯的看到混凝土表現(xiàn)出現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)，即產(chǎn)生各種氣泡，這代表著鹽溶液正在與混凝土表面的油污進行反應(yīng)，當化學(xué)反應(yīng)結(jié)束后，也就是不再產(chǎn)生氣泡后，再用清水進行表面的清洗，即完成了混凝土表面的酸蝕處理，可以進行在處理完畢后的混凝土表面開始上涂層。

3 結(jié) 語

總的來說，考慮到大氣、水、日照、氯鹽、生物力等外界環(huán)境因素對于混凝土橋梁造成的腐蝕影響來看。通過上涂料對混凝土表面進行處理，并嚴格按照混凝土橋梁的涂層要求來進行涂料的選擇和使用，將有效提升混凝土橋梁的使用壽命，并減少混凝土橋梁的維護工作及費用，同時優(yōu)秀的混凝土表面涂料還具備不錯的裝飾性能力，所以能夠起到美化環(huán)境的作用。因此重視混凝土橋梁防護材料的篩選，不僅可以降低環(huán)境因素造成的混凝土橋梁耐久性不足的問題，還對于我國城市建設(shè)、經(jīng)濟發(fā)展具有積極的正向意義。