严寒地区公路桥梁冻融破坏修复技术措施研究

0 引言

桥梁在寒冷地区经年累月冻融循环导致混凝土表面剥落、钢筋锈蚀等问题，损坏严重、影响结构造型美观，同时也会降低桥梁的承载能力。常规施工工艺本身忽略了特殊的环境，致使修补材料未达到良好的效果，需要根据冻融破坏原理，针对低温环境形成适应的修复材料体系，制定合理的施工标准，从基础保证恢复工程可靠性和耐久性。

1 严寒地区公路桥梁冻融破坏常见类型

严寒地区公路桥梁的冻融破坏是一个从材料微观失效到宏观功能丧失的渐进过程，其破坏形态具有显著的地域特征和内在关联性。

最常见的混凝土表面剥落、起砂和露石现象，本质上是饱和混凝土在反复冻融循环下产生的疲劳损伤。水分渗入混凝土毛细孔后结冰膨胀，产生巨大的内应力，当应力超过材料抗拉强度时，表层水泥浆体逐渐崩解，骨料暴露，这种破坏虽然初期影响美观，但为更深层次的破坏打开了通道。

当混凝土中出现了横向或纵向裂缝，尤其是顺筋裂缝时，已经进入了结构破坏阶段。顺筋裂缝的形成不仅有冻胀水拉裂混凝土而发生裂缝这一原因，更有内部钢筋锈胀物膨胀 2～4 倍发生的膨胀应力开裂作用，使得混凝土结构刚度减小的同时也成了混凝土结构中水分、氧气、氯离子直接到达钢筋表面的快速通道，加快了钢筋的电化学锈蚀发展速度 [1]。

结构构件角部脱落是典型应力集中与水分汇集共同作用的结果。这些部位通常处于三向受冷状态，冻胀应力无法有效释放，且施工过程中角部混凝土的密实度往往相对较低，抗渗性能较差，最终导致表层混凝土成片脱落。

钢筋锈蚀是冻融破坏的恶性循环环节。当混凝土保护层因表面剥落或裂缝失去保护功能后，钢筋在水分和除冰盐的共同作用下发生锈蚀，锈蚀产物的体积膨胀又进一步加剧混凝土开裂，形成相互加剧的破坏循环。

伸缩装置挤碎失效是冻结损坏链条反应结果，原因主要是锚固区混凝土受冻融影响，强度变小、刚度减弱不能将伸缩装置传来的荷载和位移及时有效地传递给混凝土，迫使伸缩装置锚固失效、型钢弯曲、封边条破损的功能性损坏，这类损坏直接影响行车安全，且处治成本高，存在体系性的问题，需要系统的处置措施。

2 修复材料的选择

2.1 选材核心原则

修复材料的选择必须遵循一套相互关联的严苛原则：高抗冻性要求材料内部具备优化的孔结构体系，通常通过高效引气剂形成大量均匀、密闭的微气泡，为水结冰时的体积膨胀提供缓冲空间；低渗透性是耐久性的基础，能有效阻隔外部水分和腐蚀性介质的侵入；早强快硬特性在低温环境下尤为重要，它直接决定了拆模和开放交通的时间，关乎施工效率与成本；优异的体积稳定性可避免修复体自身收缩产生微裂缝，防止形成新的渗水通道；与旧混凝土的高粘结强度确保了新旧材料能协同工作，共同承受荷载。所有这些性能都必须建立在材料具备低温环境适应性的基础上，即能够在5℃甚至更低的条件下正常进行水化反应和固化。

2.2 常用修复材料

应用最广泛的还是聚合物改性水泥基复合材料，主要是将聚合物乳胶粉或聚合物乳液掺入水泥中，固化后聚合物网膜与水泥水化产物形成复合结构，增加了材料的韧性、对既有混凝土的粘结性以及抗渗性能，避免了刚性修复材料易产生的界面剥离现象。

在受力较大的位置或需要恢复结构整体性的关键位置，采用环氧树脂类材料，它是化学粘结基材，与基层混凝土的界面粘接力极高，化学稳定性及抗渗性几乎可达到完美。环氧类材料要求基层干燥度极高，热膨胀系数不同于混凝土，大面积的使用也需要考虑热应力。

硫铝酸盐水泥快硬快强材料是针对于应急抢险环境，能够几天内实现通车强度，大大降低交通封闭时间，因此需要严格的外加剂复配来控制后期的干缩和抗冻融循环的耐久性能。

高性能引气混凝土不是直接修复材料，而是在修复后成为耐久性保证层，通过添加高性能引气剂获得稳定、均匀、密闭的微气泡体系来降低水结冰膨胀压力，是增加混凝土抗冻性的最关键技术手段。

阻锈剂的迁移作用体现了“防患于未然”的保护机制，其活性物质进入钢筋表面后形成分子层，后期内渗的氯离子难以再次侵袭钢筋，起到延迟钢筋电化学腐蚀的效果。阻锈剂的使用通常采用掺入法或者涂层法2 种方式，在使用过程中构成多层复合保护结构。

3 修复技术措施与施工工艺

3.1 基面处理

修复施工中，基面处理是决定修复效果的基础性环节，其质量直接关系到新旧材料的协同工作性能和长期耐久性。

（1）使用液压镐配合金刚石锯切等方法剔除破坏混凝土，剔除边界应平整，达到处理范围内均无损伤混凝土为止。应较实际破坏深度加深 2～3cm ，确保破坏混凝土全部清除。剔凿露筋区域应延伸到钢筋背面至少 2.5cm，以利于新保护层设置。混凝土界面应出现坚硬粗骨料剪断面而不能有光滑水泥浆面。

（2）钢筋处理必须达到清洁度要求，即表面应无可见的油脂、污垢、氧化皮、铁锈和涂层附着物，仅允许极轻微的变色。除锈后立即涂覆环氧基或迁移型阻锈剂，涂覆量应达到150-200 克 / 平方米的干膜厚度。当钢筋截面损失率超过 6% 时，需采用搭接焊方式增补同级钢筋，搭接长度不少于10 倍钢筋直径 [2]。

（3）基面处理凿毛机凿毛，至 3～5mm 的粗糙面，并形成机械咬合的条件；然后高压水枪冲洗（水压 ⩾20MPa) ），消除界面灰尘、碎屑，水泥基修补材料浇筑前将旧混凝土界面充分预湿，基面呈饱和面干状态（含水率 5～7%) ）。以上处理可以使修补体的粘接强度达到1. 5～2 .0MPa 以上，满足结构传力的要求。

3.2 核心修复工艺

核心修复工艺的实施质量直接决定了修复工程的最终成效，需要科学严谨的工序控制和精确的数据支撑。

（1）在支护和立模过程中，当修补深度 >5cm，面积 >0.5m2 时，应该设置特殊模板。模板的强度和气密性足以承受修补材料新浇筑期间的侧压力和防止渗漏，并按修补块体自重的150% 计算支撑的荷载，以确保在施工过程中保持结构稳定；在接合修复模板和旧混凝土模板的位置用弹性密封垫片密封，以防止冷缝 [3]。

（2）严格遵守配料比，聚合物改性水泥基材料拌合控制 3-5min，聚合物乳液搅拌均匀，水胶比一般控制在 0.35-0.40，过大的水胶比大幅度减弱抗冻性。拌合温度为 15±5℃，当环境温度在5℃以下时，拌合水及骨料需要提前预加热，最高不超过35℃避免闪凝。

(3) 涂抹施工应采用机械喷涂抹填，喷涂压力为0. 4～0 .6MPa，喷射距离为 0.8～1 .2m，分层施工时厚度不大于 5cm，间隔时间不应大于材料初凝时间的 50% ，人工涂抹区域振动棒应采用 30mm 以下棒子进行振动，振动棒间隔应不大于 40cm ，使之的修复材料密实度达到

97% 以上。

(4) 认真贯彻保温保湿两项制度。灌筑结束2h 内养护，在修复体表面塑料膜养生的同时，用 5～3 层岩棉被进行保温保湿养护，养护环境温度不低于 10^∘C ，灌筑完成后 24～48h 期间最为重要，寒带地区养护天数须达到 21～28d ，是常温养护天数的1.5 倍以上；在修复体内预设温度探测器，探知内部温度，控制内部温度值不低于 5℃，应 2h 测量 1 次，在浇筑结束后应将所测温度绘制一条变化曲线 [4]。

（5）拆模时间应根据同条件养护试块的强度测试结果确定，通常要求达到设计强度的70% 以上。拆模时修复体表面与环境温差应控制在 15℃以内，避免温度应力导致开裂。完成拆模后，仍需继续保温养护至规定龄期。

3.3 表面防护与修饰

涂装保护是修复成果长期稳定的保证。待修复体养护至要求的强度（一般不小于35MPa）后，即进行表面涂装保护。当前有效的涂装保护材料为硅烷浸渍剂或硅氧烷浸渍剂，其分子结构可以渗入到混凝土 3^～7mm ，与水泥水化产物发生化学反应生成憎水层，可以有效的减小混凝土的吸水性，表面处理的混凝土的毛细吸水系数可以降到原来的 10% 以下，而没有影响水蒸气透过性，防止内部水气聚集。

施工条件要注意环境，基面的温度控制在 5～35^∘C ，相对湿度不能高于 85%。利用低压喷雾器按照纵、横两方向均匀喷涂，施工使用量为 300～500g/m² ，与混凝土基面的毛细孔量和平整度相关，喷涂到位后一般要养生24h 以上，雨天不得冲刷，不得机械破坏。

除了视觉上的匹配外，表层处理还应重点考虑到工作性质的影响。如车道内的路面应选择拉毛、刻槽的处理方法，构造深度宜为 0.6~1.0mm，以达到抗滑的目的。对颜色的改变可以通过在最后一层保护层的表面使用无机颜料添加，但色差 ΔE 应 ⩽3.0 ，达到人眼所接受的范围。所有的表面处理完毕后还需进行保护性处理，并在表面滴水进行观察，结果显示为水珠时，其接触角 >90^∘ 且没有明显的渗透，该方法处理后的表面能使水渗透的可能性降到最低，延长了修补体的使用寿命，免维护周期也大大增加。

结语

冻融破损的修复不仅仅是指对结构的恢复作用，更应着力在长效的保护。优选材料、精心施工、全方位的防护将有助于延长修复工作的使用年限，未来对修复后的性能开展全过程跟踪，形成完整的耐久性数据，研发新的智能防护材料，发展快速无损检测技术，将推动严寒地区桥梁维护的预防性、精准性发展，形成全寿命周期维护技术体系。

参考文献：

[1] 许德龙 . 严寒地区公路桥梁混凝土结构耐久性问题与设计 [J]. 林业科技情报 ,2024,56(03):168-170.

[2] 李康 . 严寒地区高速公路桥梁养护与维修加固施工技术探究 [J]. 中国公路 ,2024,(19):102-104.

[3] 刘杰 . 冻融作用下路桥过渡段路基改良填料抗剪特性试验研究 [D]. 兰州交通大学 ,2023.

[4] 苗强 . 冻融 - 锈蚀效应下钢筋混凝土耐久性劣化规律与机理研究 [D]. 吉林大学 ,2024.