摘要 高速公路隔離墩在行車(chē)碰撞、凍融溫差等作用下，容易出現(xiàn)表層酥松剝落等損傷病害。文章首先對(duì)混凝土隔離墩損傷病害進(jìn)行了理論分析，然后明確了嚴(yán)寒環(huán)境下混凝土的多孔隙和水環(huán)境是病害發(fā)生的重要因素，最后針對(duì)上述問(wèn)題，從損傷修補(bǔ)維護(hù)和表層預(yù)防防護(hù)兩方面闡述了混凝土隔離墩病害的防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞 隔離墩；病害；凍融；防護(hù)

中圖分類號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）22-0093-03

0 引言

陸路運(yùn)輸是最常見(jiàn)的交通運(yùn)輸方式之一。公路運(yùn)輸作為陸路運(yùn)輸?shù)闹饕问?，在現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)建設(shè)和貨物流通方面具有不可替代的地位。高速公路作為公路運(yùn)輸?shù)闹鲬?zhàn)場(chǎng)，對(duì)通行能力、行車(chē)安全和舒適度等提出了更高要求?；谏鲜隹紤]，通常在高速公路設(shè)置混凝土隔離墩，以保障高速公路的行車(chē)安全，尤其是在橋梁、涵洞等位置，普遍設(shè)置混凝土隔離墩。而在高速公路運(yùn)營(yíng)期內(nèi)，混凝土隔離墩受環(huán)境、行車(chē)等因素影響，不同程度地出現(xiàn)大面積表層剝落、酥松、鋼筋外露等病害，對(duì)行車(chē)安全和舒適性造成了一定影響，必須采取必要的措施防止混凝土隔離墩出現(xiàn)以上病害，同時(shí)應(yīng)對(duì)出現(xiàn)病害的混凝土隔離墩進(jìn)行有效修復(fù)和防護(hù)。

1 混凝土隔離墩常見(jiàn)病害

設(shè)置在高速公路沿線的混凝土隔離墩在全壽命服役期內(nèi)，受外在環(huán)境的物理和化學(xué)作用、行車(chē)碰撞等外荷載作用下出現(xiàn)各類損傷病害，且在多重因素的綜合作用下病害發(fā)展進(jìn)一步加劇，直接影響混凝土隔離墩的使用壽命。在高速公路投入運(yùn)營(yíng)初期，混凝土隔離墩最常見(jiàn)的病害主要由外力、凍融、溫差等物理作用而導(dǎo)致，如不及時(shí)修復(fù)防護(hù)，在多重環(huán)境因素的復(fù)雜作用下將出現(xiàn)混凝土的堿骨料反應(yīng)、化學(xué)侵蝕、鋼筋銹蝕等化學(xué)作用病害，各因素彼此交叉、相互影響和促進(jìn)，加劇了混凝土隔離墩的病害損傷，直接降低了其各方面的力學(xué)性能，無(wú)法發(fā)揮混凝土隔離墩應(yīng)有作用，進(jìn)而影響高速公路的行車(chē)安全和舒適性[1]。

1.1 凍融損傷病害

在寒冷區(qū)域的高速公路上，混凝土隔離墩受凍融損傷破壞比較嚴(yán)重?；炷粮綦x墩是由水泥膠凝材料、砂石骨料、摻和料、外加劑和水按特定比例拌和后經(jīng)水化反應(yīng)制成，屬于典型的多相材料材質(zhì)。由于其自身體積較大，在澆筑過(guò)程中水化產(chǎn)生大量熱量，內(nèi)外溫差較大，極易導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋和裂縫；加之混凝土自身具有多孔隙性，外界水分可通過(guò)裂縫、孔隙滲透進(jìn)入混凝土隔離墩；在寒冷環(huán)境下，裂縫孔隙中的液態(tài)水凝結(jié)成冰晶，體積變大，對(duì)周邊產(chǎn)生擠壓和膨脹，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)巨大的拉應(yīng)力；在拉應(yīng)力作用下，混凝土產(chǎn)生不同程度的開(kāi)裂和剝落[2]。尤其是隔離墩的底部區(qū)域，該區(qū)域距離行車(chē)道面近，行車(chē)道雨水、積雪匯集在隔離墩底部，大量水分子經(jīng)混凝土裂縫進(jìn)入隔離墩內(nèi)部，在長(zhǎng)期凍融的交替作用下，混凝土裂縫持續(xù)不斷地加劇發(fā)展，導(dǎo)致隔離墩混凝土剝落，甚至出現(xiàn)露筋的情況，造成一定的安全隱患。

混凝土隔離墩裸露在高速公路兩側(cè)，隔離墩的材料組成、施工工藝和外部環(huán)境對(duì)隔離墩凍融損傷影響比較大。

1.1.1 混凝土組分的影響

混凝土本身是一種由多種材料復(fù)合而成的多相材料，自身組分原料的不同導(dǎo)致混凝土綜合性能也不盡相同。水泥的品種和質(zhì)量直接影響混凝土的力學(xué)性能和耐久性，在選用水泥規(guī)格時(shí)，應(yīng)對(duì)水泥質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，選用質(zhì)量有保障的水泥材料。骨料可以提高混凝土的力學(xué)性能，骨料自身的孔隙率和質(zhì)量也會(huì)影響混凝土的抗凍性，骨料與水泥漿的融合程度表現(xiàn)出一定的滲透性和吸濕性，對(duì)混凝土抗凍性有很大影響。

1.1.2 施工工藝的影響

在混凝土施工過(guò)程中，為改善混凝土性能，通常使用特定的外加劑，而外加劑的添加可以改變混凝土內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)、氣泡數(shù)量等，對(duì)混凝土的抗凍性能有直接影響。同時(shí)，混凝土配合比、施工振搗、硬化養(yǎng)護(hù)等工藝同樣會(huì)對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大影響，進(jìn)而影響混凝土的抗凍性能。

1.1.3 外在環(huán)境

水環(huán)境是凍融損傷不可或缺的條件之一。雨雪天氣下的隔離墩處于水環(huán)境作用下，外在水極易滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部，加之溫差的影響，易產(chǎn)生混凝土凍融損傷。高速公路路面車(chē)況復(fù)雜，隔離墩極易受飛濺的石子等破壞，造成混凝土表層形成裂隙，加大了外界水滲透進(jìn)入混凝土的可能性，對(duì)混凝土的抗凍性造成極大影響。

1.2 氯鹽損傷病害

在冬季雨雪天氣，為加速道面冰雪融化，通常的做法是播撒融雪劑，而融雪劑時(shí)常被高速行駛的車(chē)輛濺到路兩側(cè)的隔離墩上。融雪劑的主要成分氯離子通過(guò)隔離墩的表層裂縫滲入隔離墩內(nèi)部，大量高濃度的氯離子加大了混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔隙的吸水能力。隨著大量水分子的進(jìn)入，孔隙內(nèi)的水逐漸飽和并對(duì)四周產(chǎn)生一定的擠壓力。同時(shí)，游離狀態(tài)的氯離子與水泥成分中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化氯鋁酸鈣結(jié)晶體，相對(duì)反應(yīng)前的體積顯著增大，導(dǎo)致混凝土發(fā)生膨脹，進(jìn)一步加劇了混凝土隔離墩的損傷破壞，出現(xiàn)大面積的表層酥松剝落情況[3]。

融雪劑隨融化的雪水滲入混凝土內(nèi)，融雪劑中的氯化物成分與混凝土中的水泥漿體發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，其中化學(xué)產(chǎn)物氯化鈣的溶解度較大。隨著氯化鈣的溶解，在混凝土內(nèi)部逐漸形成孔隙，增大了混凝土的孔隙率，同時(shí)也降低了混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性。另外，氯鹽的侵入會(huì)腐蝕鋼筋，導(dǎo)致鋼筋銹蝕損傷，鋼筋表面因銹蝕體積增大而擠壓周?chē)炷?，造成混凝土隔離墩的開(kāi)裂。

2 混凝土隔離墩修補(bǔ)措施

為確保高速公路行車(chē)的安全性和舒適性，需對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)大面積混凝土表層酥松剝落的隔離墩進(jìn)行修補(bǔ)保護(hù)。首先應(yīng)將混凝土隔離墩表層酥松剝落的混凝土清理干凈，露出新的混凝土面，并進(jìn)行鑿毛、濕潤(rùn)處理，然后采用聚合物砂漿等修補(bǔ)材料對(duì)孔洞、剝落損傷部位進(jìn)行修補(bǔ)找平和結(jié)構(gòu)修復(fù)，最后對(duì)新修復(fù)后的表面噴涂混凝土表面保護(hù)劑或涂刷防水漆。

凍融剝落侵蝕深度不大于5 mm的損傷區(qū)域，應(yīng)對(duì)混凝土基層進(jìn)行充分的清掃打磨處理，將碎石、粉塵等雜物清理干凈，并用清水對(duì)裸露的新混凝土基面進(jìn)行清洗，然后待清洗部位干燥后進(jìn)行修補(bǔ)處理。

凍融剝落侵蝕深度為5～50 mm的損傷區(qū)域，應(yīng)將凍融損傷的表層混凝土徹底鑿除，裸露出新的完好的混凝土界面，并涂刷混凝土界面劑，然后分層涂刷聚合物水泥砂漿，每層砂漿厚度保持均勻并且不超過(guò)12 mm，將砂漿層的總厚度控制在25 mm左右，并對(duì)面層保持同方向涂抹，確保面層光滑平整。

凍融剝落侵蝕深度為超過(guò)50 mm區(qū)域，應(yīng)充分鑿除表層混凝土，分層鑿除并保持厚度一致，鑿除的深度不小于10 cm，如有外漏鋼筋應(yīng)進(jìn)行除銹處理，在相應(yīng)的鑿除區(qū)域設(shè)置直徑不小于16 mm的螺紋鋼交錯(cuò)布置插筋，并用直徑不小于12 mm的鋼筋縱橫連接形成鋼筋網(wǎng)，之后采用高標(biāo)號(hào)混凝土填補(bǔ)夯實(shí)。

修復(fù)施工過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照施工工藝流程，對(duì)已施工區(qū)域進(jìn)行有效的覆蓋保護(hù)和養(yǎng)護(hù)，確保修補(bǔ)施工質(zhì)量。損傷剝落區(qū)域的隔離墩表層混凝土的力學(xué)性能難以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，采用的修補(bǔ)材料應(yīng)具有相當(dāng)或更高一級(jí)的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，能夠抵御一定的外部作用。同時(shí)，修補(bǔ)材料應(yīng)具有良好的抗凍性和防水性能，防止在服役期間水分子持續(xù)浸入混凝土導(dǎo)致重復(fù)性損傷破壞。

混凝土隔離墩修補(bǔ)施工工藝的關(guān)鍵在于修補(bǔ)材料與隔離墩基層混凝土間的黏結(jié)性能[4]。在高速公路惡劣環(huán)境的長(zhǎng)期作用下，修補(bǔ)材料不會(huì)產(chǎn)生剝落開(kāi)裂，與基層混凝土能有效黏結(jié)，發(fā)揮整體性能作用，這是混凝土隔離墩修補(bǔ)質(zhì)量的重要前提。因此，在修補(bǔ)工藝設(shè)計(jì)、施工操作流程等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)必須綜合考慮材料性能、界面現(xiàn)狀等因素，通過(guò)人工鑿毛等處理手段，增強(qiáng)修補(bǔ)材料與混凝土基層間的黏結(jié)性能，確保修補(bǔ)材料與基層混凝土的黏結(jié)效果，從而有效發(fā)揮修補(bǔ)保護(hù)作用。

3 混凝土隔離墩表層防護(hù)措施

混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的相關(guān)病害通常由自表層向內(nèi)部發(fā)展?；炷帘韺釉谕饨鐝?fù)雜環(huán)境和多工況荷載作用下首先產(chǎn)生損傷病害，隨服役時(shí)間的增長(zhǎng)，損傷病害持續(xù)發(fā)展到混凝土內(nèi)部，并產(chǎn)生更嚴(yán)重的損傷，甚至是結(jié)構(gòu)性的破壞?；炷敛牧暇哂卸嘞嘈?、抗拉能力低的特點(diǎn)，裂縫是制約混凝土性能的主要因素之一?；炷敛牧系姆雷o(hù)通常采取外部防護(hù)和內(nèi)部提升改善混凝土的綜合性能，通常利用材料成膜的特性，將特制材料噴涂在混凝土表層，覆蓋混凝土表面，以阻止腐蝕液體滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部，可有效防止或延后混凝土病害的產(chǎn)生和發(fā)展，能夠有效延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的服役期限[5]。

在混凝土材料配比設(shè)計(jì)中，通過(guò)添加各種纖維、礦渣等摻和料和添加劑，提升混凝土材料的力學(xué)性能，側(cè)重點(diǎn)是從材料自身內(nèi)部出發(fā)提升混凝土的防裂能力，優(yōu)化混凝土材料的綜合性能。但是，僅僅從內(nèi)部提升難以阻止外界液態(tài)和氣態(tài)有害成分通過(guò)孔隙和裂縫進(jìn)入混凝土內(nèi)部[5]。為應(yīng)對(duì)上述問(wèn)題，可在混凝土表層采取有效手段進(jìn)行隔離防護(hù)。對(duì)混凝土表面進(jìn)行涂層處理，能有效阻止有害液體浸入混凝土，這是混凝土結(jié)構(gòu)外部防護(hù)的重要手段。

提前對(duì)投入服役的混凝土隔離墩進(jìn)行表層涂膜，能夠有效地阻止有害組分的滲入，提高了混凝土的抗病害性能，延長(zhǎng)了隔離墩的服役期限。涂層材料多為高分子材料，能夠在混凝土表面形成保護(hù)膜，覆蓋和填塞存在和出現(xiàn)的裂縫和孔隙，阻斷水分等液態(tài)組分的滲透路徑。另外，表面涂層具有施工工藝簡(jiǎn)單、后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)隔離墩的結(jié)構(gòu)性能也沒(méi)有影響。

涂層材料應(yīng)具有一定的耐堿性、滲透性、柔韌性、附著力和抗碳化能力。用于混凝土表面的涂層必須達(dá)到一定的涂層厚度，以消除混凝土表面的凹凸不規(guī)則和涂層施工缺陷的影響，并且為抵抗內(nèi)部拉應(yīng)力提供必要的保證。厚度為0.3～0.5 mm的表面涂層可有效預(yù)防微細(xì)收縮裂紋[6]。涂層的附著力和柔韌性是決定涂層材料能否與混凝土整體協(xié)調(diào)工作的重要指標(biāo)，只有涂層牢牢地吸附黏結(jié)在混凝土隔離墩的表層，并與混凝土保持一致的變形協(xié)調(diào)，才能充分發(fā)揮涂層材料的防護(hù)作用，不至于過(guò)早脫落或因變形發(fā)生損傷開(kāi)裂。

混凝土隔離墩應(yīng)具有持久保護(hù)性和美觀裝飾性，對(duì)于涂層材料的選擇應(yīng)注重滿足效果功能，同時(shí)要容易施工和降低成本。最常見(jiàn)的環(huán)氧樹(shù)脂涂料經(jīng)過(guò)活性添加劑的改良優(yōu)化，具有優(yōu)良的和易性，材料的流動(dòng)性能和黏度均明顯得到提升，可以有效改善混凝土結(jié)構(gòu)表面的潤(rùn)濕程度[7]。環(huán)氧樹(shù)脂材料具有一定的耐候性能，能夠適應(yīng)復(fù)雜多變的外部環(huán)境。高滲透型環(huán)氧樹(shù)脂防水涂料具有良好的滲透性、可灌性，能夠滲入微米級(jí)的孔隙與裂縫、能在混凝土表面通過(guò)毛細(xì)管道及微孔隙和肉眼看不見(jiàn)的微細(xì)裂紋滲入混凝土內(nèi)。

水泥基防水涂層主要采用高性能水泥和砂子，并摻入硝酸鈉、硫酸鈣、硫酸鈉、氧化鈣、氯化鈣及微量膠粉等化學(xué)添加劑，通過(guò)充分的電化學(xué)反應(yīng)，分解水泥組分并充分水化，實(shí)現(xiàn)高密度、高抗?jié)B性、高黏結(jié)強(qiáng)度等性能[8]。

聚合物水泥基防水涂料是以高性能水泥、丙烯酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯等聚合物乳液為主要組分，結(jié)合填料和助劑，經(jīng)一系列水化反應(yīng)凝結(jié)固化成膜狀，是典型的有機(jī)與無(wú)機(jī)復(fù)合型材料，具有聚合物涂膜的防水能力、延展和變形性能，還具有水泥水硬性材料的高強(qiáng)度、強(qiáng)黏結(jié)性能。通過(guò)設(shè)計(jì)配比可調(diào)節(jié)涂層的變形協(xié)調(diào)性能和強(qiáng)度，適用性較強(qiáng)[9]。

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是一種剛性防水材料，由硅酸鹽水泥、石英砂和多種活性化學(xué)組分等制成[10]。在水介質(zhì)環(huán)境下，材料中的活性化學(xué)組分經(jīng)孔隙滲入混凝土內(nèi)部，與混凝土水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成不溶性的結(jié)晶體，將混凝土內(nèi)部的毛細(xì)孔隙填塞，阻斷了由外至內(nèi)的通道，增強(qiáng)了混凝土的防水性能。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路隔離墩是行車(chē)安全的重要保障，受凍融、碰撞和惡劣環(huán)境等影響，隔離墩表層會(huì)出現(xiàn)酥松、剝落等損傷病害，如不進(jìn)行及時(shí)的修補(bǔ)維護(hù)，損傷病害將持續(xù)發(fā)展，直接影響隔離墩的安全性能和美觀舒適性，進(jìn)而影響行車(chē)安全，造成很大的安全隱患?；诖耍瑢?duì)已出現(xiàn)病害的隔離墩需及時(shí)修補(bǔ)處理，對(duì)尚未產(chǎn)生病害的隔離墩應(yīng)加強(qiáng)預(yù)防防護(hù)。在提升隔離墩自身材料密實(shí)性、防水防凍性能的基礎(chǔ)上，應(yīng)注重加強(qiáng)混凝土表層的防護(hù)。表層材料的多樣性為防護(hù)設(shè)計(jì)提供了多種選擇，應(yīng)結(jié)合所處環(huán)境狀況、應(yīng)用場(chǎng)景、氣候溫度等因素，以施工簡(jiǎn)單、節(jié)約成本為原則選擇合理的防護(hù)材料和施工工藝。

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