长沙湾大桥立柱加固与防腐技术
1、 概述
长沙湾大桥为深汕高速公路西段的一座跨海特大桥，于1996年底建成通车。该桥设计荷载等级为汽车-超20级、挂车-120。桥梁全长1589.1m，桥下平均净空5.4m。桥梁上部结构为39×16m预应力混凝土空心板梁和32×30m预应力混凝土T梁，桥面宽度为24.5m～26.5m不等，双向四车道。桥梁下部为双柱式桥墩，左右幅桥分开，立柱直径1～38号墩为1.1m，39～50号墩为1.3m，51～70号墩为1.7m。
该桥立柱的主要病害为混凝土保护层整层剥落，钢筋严重锈蚀，部分钢筋已经锈断，如图1.1所示。这种病害以1～38号墩立柱最为普遍和严重，39～70号墩立柱则有个别的锈胀开裂，没发现有整层锈胀剥落的情况。
图1.1
针对这些病害情况，本着安全、适用、经济和可靠的原则，对长沙湾大桥的立柱按病害情况的严重程度分成A、B、C三类：
A类立柱指钢筋成片锈胀、混凝土破损面积≥（D/2）×（h/2），其中D为立柱周长，h为立柱高度；
B类立柱指钢筋成片锈胀、混凝土破损面积＜（D/2）×（h/2），且无锈蚀损失超过50%的主筋；
C类立柱为钢筋个别锈胀，但没有成片剥落的立柱。
据凿除锈胀裂缝后的统计结果，A类立柱主要分布在1～38号墩，共65根；B类立柱主要分布在1～38号墩及51号墩右幅，共89根；C类立柱主要分布在39～70号墩，共124根。
对三类立柱分别采取的加固和防腐措施为：
A类立柱：用干轧混凝土修补锈胀剥落部位，为确保立柱安全，每次凿除和修补的面积不得超过立柱周长1/4的截面；喷涂四道渗透型阻锈剂西卡-903，每道用量约为0.15kg/?；植筋并安装加强钢筋网，外包10?厚高性能混凝土；涂刷三层防腐涂料，分别为环氧封闭漆、厚浆型环氧防腐中间漆、丙烯酸聚氨酯面漆，干膜厚度对应为20μm、60μm、60μm。
B类立柱：用环氧混凝土修补锈胀剥落部位；喷涂四道渗透型阻锈剂西卡-903，每道用量约为0.15kg/?；粘贴S450型高强玻璃纤维布；涂刷一层丙烯酸聚氨酯面漆涂料，干膜厚度60μm。
C类立柱：用环氧混凝土修补锈胀剥落部位；喷涂四道渗透型阻锈剂西卡-903，用量约为0.15kg/?；粘贴E450型普通玻璃纤维布；涂刷一层丙烯酸聚氨酯面漆涂料，干膜厚度60μm。
2、钢筋锈胀、混凝土剥落部位修复
2.1 干轧混凝土修补缺陷
干轧混凝土是一种在混凝土缺陷修补中使用的用人工轧实的干硬性混凝土，适合修补尺寸较大的各种混凝土缺陷。具有与旧混凝土同质、强度及弹模相近、经济实用、耐久性好等优点。
本桥的A类立柱考虑到修补的经济性及与外包高性能混凝土的同质性，对钢筋锈胀和混凝土剥落的部位采用干轧混凝土进行修补。如图2.1为干轧混凝土修补缺陷后的图片。
干轧混凝土修补的施工过程应连续进行，具体可分为七个施工步骤：缺陷凿除，钢筋处理，模板安装，配制混合料，浇筑并捣实混合料，拆模及养生，表面处理。
图2.1
施工各步骤的质量控制要点为：
1）缺陷凿除：在确保结构安全的前提下，彻底凿除缺陷处的松弱混凝土及杂物。一次凿除的面积不应超过立柱周长的1/4截面。凿除时尽量将缺陷表面凿成与该处结构的主受力方向垂直，并将新旧砼接触面粗糙化，以增强新旧砼之间的粘合效果。凿除后用水冲洗干净。
2）钢筋处理：对暴露在缺陷处的钢筋，凿除作业时禁止敲打除锈，宜用钢刷或高压水枪清除表面锈迹。对于锈蚀截面损失超过30%的钢筋，增加一根相同截面的钢筋。
3）模板安装：应自下向上逐层安装模板，逐层浇筑混凝土。每层模板高度一般为10-15cm，以不影响作业空间及混合料的捣实效果为宜。
4）配制混合料：一般采用人工拌和，严格按配合比配料，拌和均匀后，和易性以混合料堆放时不滑移、用手揉捏刚好能成团时为宜。
5）混合料浇筑及捣实：浇筑前先在旧砼面上均匀刷一层砼界面剂，浇筑时每层混合料厚度不宜超过5cm，否则不易捣实。每层捣实均以混合料表面溢满水泥浆为标志。
6）拆模及养生：拆模时间一般为24小时。混凝土终凝后应立即开始洒水养生，持续养生时间一般不少于7天。
7）表面处理：因干轧混凝土施工和易性较差，及旧砼表面不平整等因素，造成与旧砼接缝粗糙。一般做法是用颜色与旧砼面接近的环氧胶泥抹平。本桥因需外包高性能混凝土，因此在拆模后凿除表面松脱物并对砼表面凿毛即可。
2.2 环氧混凝土修复缺陷
本桥的B、C类立柱考虑到缺陷修补后表面粘贴玻璃纤维布，为了确保与纤维布之间的粘接强度以及修复表面的平顺，对钢筋锈胀和混凝土剥落的部位采用环氧混凝土进行修补。
环氧混凝土修补缺陷技术是目前最常用的一种缺陷修补技术。基本原理是用环氧混凝土或环氧砂浆置换缺陷部位的松弱层混凝土，恢复结构在缺陷处的强度，并恢复对该部位钢筋的保护，适用于修补尺寸较小或较浅的各种混凝土缺陷，具有与旧混凝土粘接强度较高、抗压强度较高、与原结构弹性模量相差较大、耐候性能不及普通混凝土、修补费用较高等特点：
环氧混凝土修补的施工顺序：彻底凿除表面松散物→清洗凿除面→涂刷一道复合环氧浆液→配制环氧混凝土或环氧砂浆→填充环氧砂浆→自然养生→表面处理。各主要工序的施工质量控制要点：
1）缺陷凿除：在确保结构安全的前提下，彻底凿除缺陷处的松弱混凝土及杂物，然后用钢刷等清除松脱物，再用丙酮擦拭干净。
2）钢筋处理：对暴露在缺陷处的钢筋，凿除作业时禁止敲打除锈，宜用用钢刷或高压水枪清除表面锈迹。对于锈蚀截面损失超过30%的钢筋，增加一根相同截面的钢筋。
3）配制混合料：严格按厂家规定的环氧配比要求配料，拌和均匀至类似橡皮泥或和面团的和易性为宜。配制过程宜的环境温度不能超过40℃。
4）填料修补：修补前先在旧砼面上均匀刷一层复合环氧胶液，填筑时每层混合料厚度不宜超过2cm，否则容易滑落或发泡，逐层填筑至与原砼表面齐平，每层填筑均应在上一层固化后进行。
5）表面处理：尽量使表面平顺，由于尚需粘贴玻璃纤维布，故无需对颜色进行处理。
3、涂刷迁移渗透型阻锈剂
本工程选用的阻锈剂为西卡903，属迁移渗透型阻锈剂，厂家提供的技术参数：密度（20℃）为1.13kg／L，粘度（20℃）为25mPas.s，PH值约为11。
施工流程：去除混凝土表面风化物、污染物、旧有涂层→用高压水枪对结构表面彻底清洗→混凝土局部病害修补→配制阻锈剂→涂刷阻锈剂（3~5遍、每遍间隔2~6小时）→干燥2天以上→用高压水枪等方法冲洗干净→下一工序。
西卡903不能稀释。使用刷子、滚刷或低压手动喷涂设备涂刷至表面饱和，用量约0.15kg／m².遍，本桥立柱一般涂刷4遍，总用量约为0.6 kg／m²，利用其与钢筋之间良好的亲和力使之在钢筋表面形成保护膜，避免钢筋锈蚀。每层操作之间均应保证上一层涂刷已干燥，通常为2-6小时。涂刷过西卡903的混凝土表面会有少量结晶物析出，会影响抹灰层、涂层或结构胶等的粘结效果，应清洗干净。
作业时现场温度应高于+5℃。如果结构物表面有防护涂层或结构物对水和气体不具备可渗透性，则西卡903阻锈剂亦无法渗入。当钢筋表面氯离子含量>2％水泥重量时，应先将该部位作脱氯处理或做剔凿及修复后再应用西卡903阻锈剂，必要时可加大阻锈剂的用量。
西卡阻锈剂呈碱性，应避免其与眼睛、皮肤接触。应佩带防护眼镜、手套并穿着防护工作服。操作现场应保持良好的通风，必要时应佩带防护面具。
4、外包高性能混凝土
A类立柱采用C45高性能混凝土进行加固，设计规定的主要技术指标如表4.1所示，在施工中实现了对这些指标的控制：实际使用的水胶比为0.35，胶凝物（42.5R水泥+二级粉煤灰+硅灰）总量为479.14kg/m3，对砂和碎石做了碱活性膨胀试验及氯离子含量试验，结果如表4.2所示。为确保混凝土的抗氯离子渗透性能，还在配合比设计中加入了西卡901掺入型阻锈剂，用量为12 kg/m3。实测平均抗压强度超过52MPa，抗氯离子渗透性为861.9C。
表4.1
表4.2
高性能混凝土的施工质量控制要点为：
1）原材料：
a、D8冷轧带肋钢筋网及普通钢筋材料进场必须有出厂合格证，并经抽检合格方可使用。
b、水泥：采用普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥，其性能指标应分别符合国家标准GB175和GB344的有关规定，水泥熟料中铝酸三钙含量宜控制在6～12%。
c、骨料：选用质地坚固耐久、具有良好级配的机制碎石，且最大粒径应满足要求。
d、拌合用水采用自来水。
e、掺合剂：主要是粉煤灰和硅粉。其中粉煤灰要求Ⅱ级以上。
f、外加剂：主要有减水剂和掺入型阻锈剂，其中减水剂采用的是缓凝早强型的FDN-440。阻锈剂采用西卡-901。外加剂的品质及应用应分别符合国家标准规定：《混凝土外加剂》（GB 8076），及《混凝土外加剂应用技术规范》（JTJ 269）规定。
2）施工过程控制：
a、钢筋安装应数量和尺寸准确，绑扎牢固。
b、旧混凝土表面应坚实、洁净，在浇砼前均匀涂刷砼界面剂。
c、模板安装应尺寸准确，具有足够的强度和刚度，表面平整光滑，密封不漏浆。
d、混凝土搅拌时应使用强制式搅拌机，并应比普通混凝土多拌40s以上。
e、混凝土宜在界面剂涂刷后110min内浇筑完毕。拌合料入模后应充分振捣密实。
f、由于添加粉煤灰的数量较多，养护时间应不少于15天。
5、粘贴玻璃纤维布
本桥立柱粘贴的玻璃纤维布分为高强玻璃纤维布和普通玻璃纤维布两种，除配套的浸渍树脂不同外，粘贴工艺相同。图5.1为粘贴施工图片，上半部分为已贴好的玻纤布，下半部分为正在粘贴的玻纤布。
图5.1
粘贴玻璃纤维布的工艺流程为：混凝土表面处理→找平处理→涂刷底层树脂→配制粘结剂（浸渍树脂）→粘贴玻璃纤维片材→表面防护。
施工质量控制要点为：
1）混凝土表面处理：凿除表面松弱层并打磨平整，露出坚实的新砼面，若有裂缝或缺陷应先行修补，用丙酮清除油污等杂质。
2）配制粘结剂：严格按照厂商提供的配合比和工艺要求进行，调胶使用的工具应为低速搅拌器，搅拌应均匀，无气泡产生，并应防止灰尘等杂质进入。
3）涂底胶：用滚筒刷或特制的毛刷均匀涂布在己处理好的砼表面，调好的底胶应在规定的时间内用完，当指触干燥后方可进入下一工序的施工。
4）找平处理：经清理、打磨后的混凝土表面，若有凹陷处，应使用修补胶找平。
5）粘贴玻璃纤维布：
a、按设计要求的尺寸裁剪玻璃纤维布,剪裁后应打卷并放置稳妥，在底胶涂好后再展开，匀速推平。
b、使用滚刷或毛刷、刮板将粘结胶均匀地涂抹到混凝土粘接面上，配制浸渍树脂并均匀抹于所要粘贴的部位。
c、用硬橡胶辊或塑料刮板沿纤维方向多次滚压,挤出气泡,促使粘结剂渗透，并使浸渍树脂充分浸透碳纤维，滚压时不得损伤碳纤维。
d、底层浸渍树脂充分浸透碳纤维后在玻璃纤维布的表面均匀涂拌上层胶往复刮涂，使粘合剂渗入到碳纤维中去。
e、常温下1-2小时后，再使用硬橡胶辊或塑料刮板往复碾压消除可能出现的浮起和错动。
d、在玻璃纤维布表面应均匀涂抹一道浸渍树脂。
6）施工宜在5℃以上环境温度和混凝土表层含水率＜4%的条件下进行,并应符合配套树脂的施工使用温度。
7）在表面处理和粘贴玻璃纤维布前,应按加固设计部位放线定位。
6、涂刷防腐涂层
防腐涂层材料的性能应满足《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/T B07-01-2006）第6.1.1及《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ 275-2000）第7.1.2.3要求。应具有良好的耐碱性、附着性和耐蚀性，底层涂料尚应具有良好的渗透能力。图6.1为涂装效果相片。
图6.1
防腐涂层施工的质量控制要点为：
1）清理被涂刷构件表面松弱层并打磨平整，露出新面，若有裂缝或缺陷应先行修补，用丙酮清除油污等杂质。
2）配制防腐涂料：严格按照厂商提供的配合比进行，调胶使用的工具应为低速搅拌器，搅拌应均匀，无气泡产生，并应防止灰尘等杂质进入。
3）按设计要求的涂装道数和涂膜厚度进行施工，随进用湿膜厚度规检查涂层湿膜厚度，以控制涂层的最终厚度及其均匀性。
4）涂装过程中应随时注意涂层湿膜的表面状况，当发现漏涂、流挂、变色、针孔、裂纹等情况时，应及时进行处理。
5）每道涂装施工前应对上道涂层进行检查，上道涂层检查合格后才能进行下一道涂层施工。
6）涂装后应进行涂层外观目视检查。涂层表面应厚度和色泽均匀、无气泡、无针孔、裂缝等缺陷。
7）表湿区涂层应在无流水、水珠、水迹的状态下进行施工。及时清理、清洁受污染的混凝土的表面。
8）涂装现场环境和相对湿度，必须满足涂料适应的范围条件下才能进行施工。并做好涂装环境条件的记录。
7、结语
长沙湾大桥通车已有十年，其立柱病害可谓沿海或跨海工程中的一个典型个案。本项工作实施的时间为07年1月至07年4月。从试验检测结果和现场监督的工程质量情况看来，能满足设计文件的各项要求。由于工程耐久性加固的效果尚需要时间考验，我们将定期进行跟踪，以对本桥的加固效果得出客观评价，并为以后类似加固项目的设计和施工提供参考。
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