寒区公路改扩建高墩混凝土外观修复技术

1 工程概况

1.1 依托项目

本项目所处位置吉林省白山市松江河镇，起止桩号为 G331 线 K560+800～K610+040 ，为既有环长白山旅游公路，于 2009 年建成通车。前川大桥中心桩号 K601+570 交角为 90^∘ ，桥长 456.04 米，桥宽为 10.5 米。大桥上部结构为 30 米 /15× 预应力混凝土简支 T 梁，下部结构为矩形桥墩、肋板台、钻孔灌注桩基础及扩大基础。墩身平面尺寸 6*1.5m，最大墩高34.4m。设计既有前川大桥主梁、盖梁、墩台身等部位出现裂缝、露筋、麻面、水蚀剥落、掉角等病害进行抹面修补。

1.2 病害机理

该工程为东北地区寒冷地域，冬季严寒，且持续时间较长，桥梁所处外部环境极其恶劣，且除雪融冰时使用大量的融冰盐，使桥梁排水系统遭受了极为严重的破坏，融化后的融冰盐水从伸缩缝下泻至墩身处，在融冰盐的长期循环冻融下使得混凝土出现酥裂，在腐蚀、冻融以及荷载的联合作用下使得墩柱混凝土表层出现剥落。

1.2 缺陷处理方式

对于出现蜂窝、麻面、孔洞、坑槽、局部破损、剥落、混凝土松散、露筋等混凝土表面缺陷部位必须进行修补，先将病害部位的松散混凝土进行清除，对裸露的钢筋进行除锈，进行界面处理。面积较大的坑槽、孔洞表面缺损应采用聚合物混凝土进行处理，蜂窝、麻面、孔洞及缝隙等较小的表面缺损采用环氧树脂砂浆进行处理。为保证新旧混凝土粘结良好，采用界面剂，钢筋除锈后涂钢筋防锈剂。

2. 修复材料开发

2.1 钢筋阻锈剂

钢筋阻锈剂是用于延缓或阻止混凝土中钢筋锈蚀的化学添加剂，尤其在寒区、盐渍环境中应用广泛。阻锈剂添加乙二醇（ 5%～10%） 降低冰点，提高引气剂用量 （0.05%^～0.1%） ），生成均匀微气泡抗冻融。

2.2 环氧树脂砂浆

环氧树脂砂浆是以环氧树脂为主，与固化剂、填料（石英砂、水泥等）、辅助剂组成的具有强粘结性、耐化学腐蚀性、柔韧性和砂浆的机械强度、耐久性的优良性能的一种复合材料。目前广泛应用于建筑、交通、工业等部门的修复、加固、防护领域。

物理性能指标：

2.3 混凝土界面剂

混凝土界面剂：即在光面、低吸水率的混凝土面形成粗糙界面，增强后混凝土的粘结强度的化学制剂。降低空鼓率、开裂现象的发生概率，提升施工质量及耐久性。

3. 施工工艺验证

3.1 钢筋锈蚀修复

钢筋防锈剂的施工方式为喷涂，喷涂前对墩身需修补的混凝土进行处理，满足喷涂防锈剂前温度在 5～45^∘C 。在规定区域进行分层、连续喷涂，保证表面饱含、溢流。喷涂完成后，用塑料薄膜包裹，防止因日晒雨淋引起材料的流失。最后的喷涂完成后，待时间间隔达到 24h，然后将保护漆在修缮混凝土表层前，用高压水喷头冲洗掉残余的有害物。对墩身混凝土喷涂防锈剂之前及之后利用静态化学电流脉冲法 （GPM） 测量其内钢筋的锈蚀电流变化，以此来判断其防锈效果。

评定标准见下表：

墩身结构结构，当检测结果 >2μA/cm² 时，加强锈蚀监测。

3.2 混凝土外观修复

修补前，为使修复用混凝土或砂浆与既有墩身混凝土牢固粘结，在墩身混凝土缺陷处涂布环氧砂浆液层，厚度小于 1mm ；涂布方法采用人工刷涂或喷涂方法，用环氧树脂基液在其中添加丙酮的含量 3%～5% 的环氧树脂砂浆液，以增加涂抹的均匀性。涂刷完成后需等待一段时间（ 30～60min） ），在已有涂抹墩身混凝土上使用塑料薄膜临时遮盖，严禁杂物、灰尘飘落。在环氧树脂基液气泡全部消除之后方可涂抹环氧树脂砂浆或浇筑专用修补砂浆。

待墩身砂浆或混凝土硬结后，才可以进行结构表面的外观修复，对混凝土损坏部位基面进行充分湿润后，多次涂刷结合层净浆，待基面净浆尚未凝固前，使用环氧树脂砂浆对整个基面进行修补抹压，并对表面进行压光。砂浆平均厚度不超过5mm。待外观修复砂浆初凝后，喷水养生不少于7 天后，检查外观。

3.3 低温环境混凝土外观修复施工控制要点

环氧树脂砂浆在能满足表面压光时，水泥与砂子 1 ：2.5。在拌制时，先水泥与砂子按配比混拌均匀，随后加入环氧树脂乳液继续混拌。界面剂应直接倒入清水中搅拌成黏稠的糊状物（杜绝生粉团）后使用。界面结合作用的净浆胶灰比为 1 ：1，搅拌后界面剂应静止5min 再使用。刷完后 10min，待界面剂稍初凝后浇筑混凝土。施工环境应保持干燥，相对湿度在 70% 以下且通风良好。基层及周边气温不得低于 5℃。墩身修复基面要求全部新面，不得有浮尘。保证界面结合剂涂抹过程不得遗漏，应该反复涂抹，并及时清理松脱、开裂等部分，并及时修整。聚合物水泥混凝土（Polymerconcretecement，简称PCC）。用聚合物（或单体）作为胶凝材料制成的一种混凝土。通常添加到混凝土中的聚合物量为水泥重的 5%～20% 。方法类似于普通混凝土，但配料时加入适量的有机物及其添加物，最后成型和养护，其中的水泥和聚合物将同时固化。

4. 工程应用与效果

针对不同的病理、结合前川大桥墩身修复工程，验证修复材料及施工工艺，阻锈剂使钢筋锈蚀电流密度由 1.85μA/cm² 降至 0.15μA/cm² （降幅 92%），氯离子渗透深度减少 90% ；环氧砂浆在 -20℃环境下拉伸粘结强度达 1.8MPa，较传统水泥基材料提高 300% ，25 次冻融循环后强度保持率 >95% ；采用界面剂揉涂活化 + 环氧砂浆薄层修复（单层厚度 ⩽15mm） ），修复层经300 次冻融循环无脱落；混凝土剥落区域修复合格率100%，裂缝率降低 85% ；全生命周期成本降低35%（对比传统拆除重建方案）。

5. 结论

针对寒区墩身冻融 - 氯盐耦合损伤机制，研发以氨基醇迁移型阻锈剂（掺量 3%）与低温适应性环氧砂浆为核心的材料体系；提出“电化学监测引导的分层修复”工艺；并应用于吉林前川大桥（最大墩高 34.4m）修复工程中，形成《寒区高墩混凝土修复技术指南》，为同类工程提供标准化流程。