混凝土桥梁耐久性环境因素及其防护涂料分析

魏小龙 赵静卓 王 晖 张 青 任国斌

(甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730030)

自从在19世纪20年代水泥这种材料被发明出来后，就一直作为混凝土的胶结材料，被广泛的应用在各种混凝土建筑当中，比如，房屋、桥梁、道路、码头等。但是由于在进行建筑设计、材料选择、施工过程当中出现了各种细节问题，便会导致在环境的影响下，使得混凝土结构无法达到预期寿命，提早造成了破坏，使得财产、资源等受到了浪费。因此，为了保障混凝土桥梁的耐久性，相对于其他混凝土建筑而言，在其防护涂料方面需要更加严格，所以进行“混凝土桥梁耐久性环境因素及其防护涂料分析”该论题的研究对于我国交通道路的建设将有着极高的实际意义。

1 环境对混凝土桥梁的影响

1.1 大气环境对混凝土桥梁的影响

大气环境对混凝土桥梁耐久性的影响主要来源于二氧化碳、二氧化硫的酸性气体与混凝土发生化学反应，使得混凝土的pH值下降。当混凝土内部的pH值下降到9的时候，其内部钢筋便会失去碱性的保护而出现生锈的迹象，使得混凝土的强度明显变低。

如果把混凝土放在pH值为1的硫酸溶液中，经过8周期的腐蚀，其强度降低了8.8%，经过13周期的腐蚀，其强度降低了13.8%，这样的情况都被认为该混凝土已经完全遭到了腐蚀破坏。除了会对混凝土内部的钢筋产生腐蚀，还会使得混凝土内部的胶结材料水泥失去其粘结性，导致混凝土的整体结构受到破坏。

另外大气中所具有的二氧化硫是形成酸雨的主要成分之一，而这种酸性物质不管是湿沉降还是干沉降，均会导致土壤酸化。当土地发生酸化之后，那么对混凝土桥墩耐久性造成影响的，将不只有大气环境，还有酸化后的土地也会使得混凝土的桥墩开裂的情况，最终导致整个桥梁的结构都发生形变，大大降低了桥梁的使用寿命。

1.2 水对混凝土桥梁的影响

大部分的桥梁设计出来都是为了横跨江河湖海，特别是一些超大型的跨海桥梁，其混凝土桥墩部分必然需要长期处于水环境中。那么在水的腐蚀下，混凝土内部材料极有可能会发生各种溶解，也就是溶蚀。再加上随着工业排放物对水资源的影响，会让硫酸盐与水共同溶蚀混凝土桥墩，这便将受了混凝土的强度变低。

部分寒冷地区，在不同的季节中，水会被冻住或者融化，那么在冻胀和冻融的循环中，将会直接对混凝土的拉力学性能及粘结性有着直接的影响。时间一久便会导致钢筋与混凝土的粘结强度逐渐变低，受拉力学性能逐渐下降，使得混凝土桥梁便出现其强度逐渐变低的情况。

1.3 日照对混凝土桥梁的影响

对于混凝土桥梁来说，除了会有大气水这类环境因素对混凝土桥梁造成腐蚀的不良影响以外，日照也会对混凝土桥梁造成破坏。不过日照相对于大气、水之类的入侵腐蚀，更多的是在温度应力上对混凝土耐久性造成影响。对一些跨境较大的箱型混凝土桥梁中，特别是针对超静定结构体系，太阳辐射在桥梁内部结构中产生的温度应力将有可能超过活载应力，导致混凝土桥梁出现正弯矩。比如在我国漓江二桥，云南六库怒江大桥的箱型结构的桥梁等，均已经产生了受到日照的影响，导致不同程度的裂损情况。通过与日照相关的实验后，研究结果表明，箱型桥梁某些部位的温度应力如果大，娱乐和在应力是混凝土箱梁出现裂缝的主要原因。

1.4 氯盐对混凝土桥梁的影响

建立在沿海地区或者高寒地区的桥梁是很容易被氯盐所腐蚀的，因为在混合水泥的时候或者是进行混凝土地面防寒处理的时候，往往会让混凝土中混入少量的海水、海洋大气、防冰剂，而这些正好是混凝土内部氯盐的来源。当氯盐与混凝土混合在一起时，会产生化学反应生成一种易溶材料“二氯化钙”。二氯化钙的体积比较大，会造成混凝土的膨胀，一旦遇到高温或低寒便会溶解，使得混凝土桥面发生胀裂。

当水泥中水合铝酸钙含量高于8%时，混凝土内部的氯盐会产生自由氯离子。所以混凝土还会被自由氯离子所腐蚀，同时自由氯离子与钢铁接触时，也会破坏钢铁表面的钝化层，导致钢筋及时在混凝土内部，不接触到氧气也会出现生锈的情况。一旦混凝土内部的钢筋发生了生锈，一方面是会降低了混凝土桥梁的耐久性，另一方面是更容易导致混凝土墙面出现裂缝。根据铁路部门所统计的研究数据表明，钢筋生锈是沿海地区桥梁结构老化以及耐久性失效的最主要原因。

在高寒地区，为了避免地面结冰，很多地区都会选择在混凝土地面撒上防冰剂。当防冰剂内部的盐溶液浓度低于3%～4%的时候，在盐冰混合物所造成的冻融循环影响下，混凝土很容易被冻胀，从而出现表面剥落的情况。而让盐溶液浓度高于3%～4%的时候，则会造成氯盐腐蚀，出现化学反应生成二氯化钙，特别是盐溶液浓度高于15%的防冰剂，更是明显提高破坏混凝土表面的速度，让混凝土劣化十分严重。

1.5 生物对混凝土桥梁的影响

除了上述环境因素会对混凝土桥梁造成影响以外，在生物力的作用下也会导致混凝土桥梁被破坏。常见的生物力破坏混凝土桥梁的案例，比如草的种子落入混凝土缝隙当中并生根发芽，使得草根破坏混凝土表面，树根钻入混凝土的缺口后，还在不断的生长，使得混凝土原本的缺口被越级越大，最终破坏了混凝土原本的密实度，使得混凝土桥梁的耐久度降低。另外还有生物造成的混凝土化学腐蚀，比如某些硫化细菌能够与水发生反应生成硫酸，而硫酸会造成混凝土的腐蚀，同时硫酸容易与其他物质产生反应，形成硫酸盐，硫酸盐也容易造成混凝土表面的腐蚀。

2 混凝土桥梁的防护涂料分析

2.1 混凝土桥梁的涂层要求

考虑到我国土地面积较为广泛，幅员辽阔，各地区的自然环境之间的差异明显，所以不同混凝土桥梁所处的自然环境完全不同，那么在进行混凝土桥梁防护涂料分析的时候，就需要涂层体系有着对环境很好的适应性，而且也能够延长混凝土桥梁的使用寿命。因此，从混凝土桥梁的涂层体系来看，需要综合考虑到以下几个方面的要求。首先是涂层体系中的封闭漆需要具有渗透性，耐碱性和附着力。其次是涂层体系中的中间漆需要具有耐酸耐碱性、柔韧性和良好的屏蔽性。最后还有涂层体系中的面漆需要具有防碳化性能和装饰性。

2.1.1 耐碱性

对混凝土桥梁，因其涂层的耐碱性，需要保证混凝土的pH值在12～13左右，因此，在选择其涂层的时候，一定要进行混凝土表面涂层的耐碱性测试，确保混凝土表面的涂料能够具备良好的耐碱性，放置混凝土被碱性物质所腐蚀。

2.1.2 渗透性

对混凝土来说其表面的涂料还需要具有一定的渗透性，因为具有渗透性的涂料能够保证混凝土表面具有良好的附着力，从而通过附着力去抵御外界环境因素，对混凝土桥梁的侵蚀。

2.1.3 涂层厚度

涂层厚度指的是在混凝土表面上涂层的时候必须要达到的厚度，只有符合了混凝土桥梁的涂层厚度标准，该涂层才能够起到相应的保护作用，否则既不能保护混凝土桥梁也造成了资源的浪费。不过在为混凝土桥梁上涂层的时候，一定要考虑到大部分混凝土桥梁的表面都是不规则的，所以很有可能会导致上的涂层不够均匀，使得涂层厚度不够。一旦涂层达不到发挥作用的厚度，必然就会导致即使上了涂层也没有任何的作用，难以产生抵抗的内应力。

2.1.4 柔韧性

混凝土这种材料相对于钢筋、钢铁而言具有一定的柔韧性和延展性，所以使用在混凝土桥梁表面的涂料也必须如同混凝土一样，具有一定的柔韧性和粘粘性，只有这样才能够去适应混凝土应温度应力而导致的收缩和膨胀，不至于易出现强烈的温度应力。如果混凝土的涂料没有具备较好的柔韧性，也无法与混凝土表面服帖，当混凝土在受到温度影响时，其表面的涂料就很容易遭到破坏产生开裂，从而使得混凝土涂层失去原有对于混凝土的保护作用，同时还会造成混凝土桥面呈现出一种比较斑驳的形态，造成美观度不够。

2.1.5 附着力

混凝土桥梁表面的涂料所具有的附着力性能，应与钢铁表面的涂料所具有的附着性性能不同，因为混凝土桥梁极建成之后是需要长期处在一个潮湿的环境中，因此对于其表面的涂料而言，也必须具有很好的渗透性和湿润性，从而能够更好的附着在混凝土表面上，不至于一遇到较为潮湿的环境便出现脱落的情况，造成混凝土表面的涂料无法对混凝土起到足够的保护作用。

2.1.6 防碳化性能

混凝土桥梁表面涂料的防碳化性能指的是因为大气中有二氧化碳的存在，所以受到二氧化碳的影响，混凝土会产生碳化，碳化后的混凝土，体积会发生变化，表面出现各种细小的裂缝，使得氧气和水分会通过这些裂缝进入混凝土的内部，造成钢筋生锈的情况出现，最终导致混凝土桥梁的使用寿命缩短。因此在选择混凝土表面涂层的时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 装饰性

对于混凝土桥梁表面的涂层而言，除了具有上述所提到的6种功能以外，还需要具备一定的装饰性能，作为混凝土桥梁的表面涂料，应当表现出丰满的漆膜感和保光保色性能，最好还能够拥有比较丰富的色彩，作为桥梁的装饰物。

2.2 混凝土桥梁的表面处理

2.2.1 除油

为了使得混凝土桥梁表面的涂层效果更加有用，需要对混凝土桥梁表面先进行处理之后再去上涂层。比如除油就是必须要进行表面处理之一，所谓的除油指的是利用洗涤剂或者碳酸钠溶液，对混凝土表面的油污进行清理，清理结束后，使用纯净水冲洗混凝土表面残留的洗涤剂或者碳酸钠溶液，确保混凝土表面的pH值的达到中性，也就是pH值在7～8左右。但是考虑到个别混凝土区域可能会出现被油污严重污染的情况，甚至出现了油污直接渗透到混凝土内部的局面，那么针对这种情况，则需要先使用热碱液，让热碱液侵入混凝土内部与油污发生反映，起到取出油污的作用，然后再用纯净水把弱碱液进行冲洗掉，确保在完成除油工作之后，才能够进行混凝土桥梁表面的上涂层操作。

2.2.2 表面打磨或喷砂处理

对于混凝土桥梁的表面处理，还需要进行表面打磨或者喷砂处理。这种处理主要是使用打磨工具来去除混凝土表面存在的浮浆以及弱碱层。当然，除了可以通过打磨工具来去除浮浆以外，也可以使用喷砂工具，是有同样的效果。在完成打磨或者喷砂处理之后，混凝土表面还会残留一层灰尘，如果不去除这一层灰尘，对于后续在混凝土表面上涂料来说也并不方便，即使能够上好涂料，也容易造成桥梁表面出现斑驳的情况，对于桥梁建筑来说不够美观。所以针对混凝土桥梁表面的灰尘则通过压缩空气把表面浮尘吹走，从而保证混凝土表面的干净，方便后续进行上涂料。

2.2.3 酸蚀处理

酸蚀处理并不是所有混凝土桥梁都需要进行的表面处理，这种处理方法主要是适用于油污比较多的混凝土表面。当混凝土表面出现过多的油污时，需要用浓度10%～15%的盐液清洗混凝土表面。在清洗的过程中，往往可以很明显的看到混凝土表现出现了化学反应，即产生各种气泡，这代表着盐溶液正在与混凝土表面的油污进行反应，当化学反应结束后，也就是不再产生气泡后，再用清水进行表面的清洗，即完成了混凝土表面的酸蚀处理，可以进行在处理完毕后的混凝土表面开始上涂层。

3 结 语

总的来说，考虑到大气、水、日照、氯盐、生物力等外界环境因素对于混凝土桥梁造成的腐蚀影响来看。通过上涂料对混凝土表面进行处理，并严格按照混凝土桥梁的涂层要求来进行涂料的选择和使用，将有效提升混凝土桥梁的使用寿命，并减少混凝土桥梁的维护工作及费用，同时优秀的混凝土表面涂料还具备不错的装饰性能力，所以能够起到美化环境的作用。因此重视混凝土桥梁防护材料的筛选，不仅可以降低环境因素造成的混凝土桥梁耐久性不足的问题，还对于我国城市建设、经济发展具有积极的正向意义。