浅谈高海拔地区钢筋混凝土护栏病害原因分析及修复方案的探讨

浅谈高海拔地区钢筋混凝土护栏病害原因分析及修复方案的探讨

王彦佳

会泽公路分局

摘 要：G213策磨线曲靖境内混凝土护栏表面出现剥落、冻融、锈蚀和碳化等病害，通过对病害发生的原因分析，针对性选择采用丙乳砂浆修复后，在表面涂一层氟硅体系桥梁专用防腐涂料方案，实施后效果较好。

关键词：混凝土护栏  冻融 剥落 碳化 修复方案

1、概况

G213策磨线K3115+350-K3152+200段长36.85km，相对高差565米，公路等级为二级公路。路段共有桥梁四十多座，桥梁全长近五公里。该路段上的桥梁钢筋混凝土护栏于2003年建成，由于桥梁建成时间早，常年处于雨雾、冰雪气候环境中，加之每年冬季保通需要在桥面撒布融雪剂，混凝土护栏长期受大气、盐分、冰雪冻融因素影响，导致护栏腐蚀较严重，表面多出现混凝土剥落、钢筋锈蚀、骨料外露等病害。

2、桥梁护栏病害原因分析

2.1 钢筋混凝土护栏施工质量原因

2.1.1 钢筋保护层厚度不足：

通过现场检测调查发现，钢筋外露锈蚀的桥梁护栏，钢筋保护层厚度普遍不满足设计要求；原设计护栏最外侧为1号箍筋保护层5cm（净4.4cm），现场检测保护层厚度普遍小于2cm。钢筋的腐蚀过程伴随着显著的体积膨胀现象，这一变化直接引发了混凝土表面顺筋裂缝的产生，业内通常称之为“爆裂”。这种爆裂现象不仅破坏了钢筋与混凝土之间原有的黏聚力，导致二者之间的协同工作性能大幅下降，而且钢筋截面面积的减少也直接削弱了构件的整体承载能力。随着时间的推移，腐蚀作用不断加剧，构件的变形和裂缝问题愈发严重，这些不良后果相互叠加，共同加剧了结构性能的退化。

2.1.2混凝土质量情况：

混凝土施工工艺控制情况：通过现场检测调查发现，有两座桥冻融剥蚀比较严重，两座桥梁护栏通过回弹和钻芯发现混凝土强调偏低，不满足设计要求；从现场芯样及混凝土外观等分析：护栏混凝土浇筑时存在离析严重，振捣不密实，混凝土表面蜂窝麻面空洞较多，局部护栏表面采用砂浆进行修饰。其余桥梁护栏表面不同程度存在蜂窝麻面及砂浆修饰现象。

原材料控制情况：桥钻芯过程及其芯样分析显示，护栏混凝土含泥量显著超出标准范围，这直接导致了混凝土强度的降低。进一步分析发现，混凝土中的某些活性矿物集料与其孔隙中的碱性溶液发生了碱集料反应。在这一过程中，SiO2在集料颗粒表面发生溶解，并逐渐形成了硅酸盐凝胶。这种硅酸盐凝胶具有显著的黏性，且其在形成过程中体积会膨胀3至4倍，从而引发了混凝土的开裂和破坏。

混凝土中的残渣含有氧化镁、硫酸盐集料或生石灰碎块时，这些集料在水分的缓慢作用下会吸水膨胀，体积增大2至4倍，这种体积变化同样会对混凝土造成破坏。

2.2、自然环境因素

2.2.1、混凝土冻融破坏：

该段桥梁位于云南省东北部，平均海拔2120米，该路段常年处于雨雾、冰雪气候环境中；处于寒冷潮湿环境的混凝土在冻融循环的反复作用下，将引起混凝土表层剥落和开裂，对结构耐久性危害很大。

2.2.2、氯离子侵蚀：

该路段每年冬季为确保通行顺畅，需在桥面撒布融雪剂。然而，混凝土护栏长期暴露于大气环境、盐分侵蚀以及冰雪冻融循环等多重因素之下，其耐久性受到严峻挑战。其中，由盐类化合物与冻融循环共同作用引发的盐冻破坏尤为严重，其破坏程度和速率远超普通冻融作用。

冻融剥蚀是一种典型的混凝土破坏现象，它发生在水饱和或潮湿状态下，由于温度的正负变化，已硬化的混凝土内部空隙水发生结冻膨胀和融解松弛，从而产生疲劳应力。这种应力作用会导致混凝土由表及里逐渐剥蚀，使钢筋混凝土桥梁的构件有效截面积减小，进而诱发钢筋锈蚀，加速结构物的老化过程。最终，这将导致桥梁的承载能力和稳定性显著下降，对行车安全构成严重威胁。

冻融剥蚀：是指在水饱和或潮湿状态下，由于温度正负变化，结构物的已硬化混凝土空隙水结冻膨胀，融解松弛，产生疲劳应力，造成混凝土由表及里逐渐剥蚀的破坏现象。冻融剥蚀破坏会使钢筋混凝土桥梁的构件有效截面积减小，并诱发钢筋锈蚀，加速老化过程，导致结构物的承载能力和稳定性下降。

2.2.3、混凝土结构碳化：

混凝土结构碳化是涉及到混凝土材料性能的长期变化以及结构安全性的评估。碳化作用主要发生在混凝土内部，是混凝土中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳反应，生成碳酸钙和水的过程。这一过程会改变混凝土的化学组成和物理性质，进而影响其力学性能和耐久性。由于桥梁建成通车近20年，通过现场检测发现混凝土表面存在大量碳化现象。

3、护栏修复方案：采用丙乳砂浆修复+一层氟硅体系桥梁专用防腐涂料

桥梁护栏普遍存在钢筋锈蚀外露，局部混凝土存在冻融剥蚀。

3.1、治理措施：

蜂窝麻面、露筋、破损位置，清除病害位置松散混凝土，露筋部位除锈，采用丙烯酸酯共聚乳液水泥细石混凝土或丙烯酸酯共聚乳液水泥砂浆加固修复（丙烯酸酯共聚乳液，俗称“丙乳”，根据《公路桥梁加固改造技术指南》，缺陷深度在6mm以内，采用丙乳水泥砂浆加固修复，孔洞或缺陷深度在6mm以上，采用丙乳细石混凝土加固修复）。湿接缝冻融严重则凿除新浇筑钢筋混凝土。

护栏修复好后：对混凝土护栏表面涂刷一层氟硅体系桥梁专用防腐涂料，加强桥梁的防水性能和整体抗冻融性能。

3.2、氟硅体系桥梁专用防腐涂料成分特性

CPC混凝土防碳化涂料，这款高性能产品，是水泥基聚合物复合材料的创新之作。它凭借独特的乳液配方，巧妙地融合了聚合物与水泥水化物的优势，构建出一个互传网络结构。这一结构既具备化学结合的内聚力，又拥有机械结合的附着力，显著提升了涂料的拉伸强度和粘结强度。

当CPC涂料被涂覆在混凝土表面时，它能与之紧密结合，形成一层坚韧而富有弹性的涂膜保护层。这层保护层如同一道坚实的屏障，能够有效隔绝环境中的二氧化碳、氯化物、氧气、海水以及酸雨等腐蚀介质的侵蚀，从而保护结构材料免受损害。

3.3、涂装方案

为加强桥梁护栏的防水性和抗冻融性能，对全桥表面进行涂装，具体涂装体系如下表：

桥梁涂装体系表

3.4、材料性能指标

防撞护栏专用复合修复砂浆

氟硅体系桥梁专用防腐涂料 主要性能指标

4、护栏修复实施效果

国道G213线K3115+350～K3152+200段桥梁护栏维修加固工程，努力做到采用新技术、新材料、在工艺上省时省工，经济上合理、安全上可靠。维修改造工程完成后，经检测显示，该桥护栏外观总体较好，各项指标均能满足相关规范及要求，达到设计修复的目的。护栏修复后在表面能形成“荷叶效应”能达到防水、防腐、防冻，提高了护栏的耐久性；同时护栏表面照度提高，更好保障了行车安全性；外观更是美观，焕然一新。

示范效应：通过对此次桥梁护栏修复加固后效果分析，利用桥梁

新型涂装工艺和材料对高海拔地段桥梁护栏进行维修加固起到可观的效果，值得行业推广应用。

修复后在混凝土表面形成的“荷叶效应”图

5、结束语

G213策磨线曲靖境内混凝土护栏表面出现剥落、冻融、锈蚀和碳化等病害，通过对病害发生的原因分析，针对性选择采用丙乳砂浆修复后，在表面涂一层氟硅体系桥梁专用防腐涂料方案；该修复方案在4000多高海拔地区也有案例，修复后在钢筋混凝土表面形成“薄荷叶水滴效应”实施后效果较好，可以进一步推广使用。本文对实施方案进行总结归纳，以期能够为同行相关工作提供进一步的借鉴。

                 参考文献

1、《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2017）

2、《公路交通安全设施设计细则》（JTG /T D81-2017）

3、《公路交通安全设施施工技术规范》（JTG/F71-2006）

4、《公路桥梁加固设计规范》（JTG/T J22-2008）