桥梁混凝土结构的腐蚀与防护设计(2013版)全解

第四部分
施工工艺
第二部分 引 言
★桥梁混凝土结构涂装的必要性 ★混凝土结构腐蚀环境 ★混凝土结构涂装的发展趋势
Part 第一部分
1
引言—
—桥梁混凝土结构涂装的必要性
桥梁耐久性的需要：
1、混凝土腐蚀造成的危害逐渐被人们认识； 2、腐蚀环境的恶化对混凝土结构的影响越来越大； 3、混凝土表面涂层是一种简便有效防腐措施。
水下区
水位变动区 之下
按港工设计 水位 无掩护条件 按天文潮潮 位
设计高水位 加（ƞ0+1.0） m以上 最高天文潮 潮位加0.7倍 百年一遇有 效波高H1/3以 上
大气区下届 至设计高水 位减ƞ0m之间
大气区下届 至最高天文 潮潮位减百 年一遇有效 波高 H1/3之间
水位变动区 之下
水位变动区 之下
反复的冻融过程会使混凝土结构浅表面出现裂纹， 并逐渐酥松、脱落，逐步侵蚀整个结构。
• 酸雨腐蚀
工业大气对混凝土的中心化作用远远大于碳化作用，尤其是在污染严 重的工业区 工业大气中含有大量的SO2、NO2、H2S及HCl等酸性气体在较低的相对湿 度下就容易凝露，加上雨水的作用，与混凝土结构中的水泥水化物（主
大气区 浪溅区 水位变动区（潮差区） 水下区
表湿区（浪溅区与水位变动区）腐蚀最为恶劣，大气区 与水下区腐蚀相对轻微
• 混凝土结构腐蚀分区
掩护条件
有掩护条件
划分类别
按港工设计 水位
大气区
设计高水位 加1.5m以上
浪溅区
大气区下届 至设计高水 位减1.0m之 间
水位变动区
浪溅区下届 至设计低水 位减1.0m之 间 浪溅区下届 至设计低水 位减1.0m之 间 浪溅区下届 至最低天文 潮潮位减0.2 倍百年一遇 有效波高 H1/3之间
• 微生物腐蚀
由微生物活性引起的腐蚀称之为 微生物腐蚀，microbially
influenced corrosion，简称MIC）
• 海洋生物腐蚀
混凝土的海洋污损生物腐蚀是一个 复杂的过程，有细菌和污损生物共同
参与，涉及物理作用，化学作用及生
物作用等。
混凝土结构腐蚀环境
• 混凝土结构腐蚀分区
我国北方桥梁混凝土结构腐蚀类型及影响程度
腐蚀 类型
影响 程度
碳 化
****
冻 融
*****
氯 离 子 ****
融 雪 盐 *****
碱骨 溶解 料反 腐蚀 应 ** **
盐 晶 变 **
酸 雨
**
风砂 风蚀
*
微 生 物 **
海洋 污损
**
第一部分
引言—
—桥梁混凝土结构涂装的发展趋势
方案多样 行业标准和规范出台
宁波招宝山大桥
主粱
一级防腐区
环氧封闭漆/氯化橡胶调和腻子/环氧厚浆型封闭漆/氯化橡胶面漆
环氧沥青底漆/环氧沥青中间漆/氯化橡胶面漆 环氧沥青底漆/环氧沥青中间漆/氯化橡胶面漆 氯化橡胶底漆/氯化橡胶面漆 环氧封闭底漆/环氧煤沥青底漆/环氧煤沥青面漆 环氧封闭底漆/环氧云铁中间漆/丙烯酸聚氨酯面漆
象山蜊门港大桥
• 混凝土结构防腐涂装标准
• 腐蚀环境及分类 1、ISO 12944.2-1998《色漆和清漆 钢结构防腐涂层保护体系 第二部分 环境分类》 2、GB/T 15957《大气环境腐蚀性分类》 3、JT/T695 － 2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》 • 国外标准 1、EN1062 色漆和清漆—建筑砖石和混凝土结构用涂料和涂层系统 2、EN1504－2《混凝土表面保护体系》 3、日本道路工团 《混凝土维护修复要领〃桥梁篇》 • 国内标准 1、JTJ275－2000 《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 2、JTG/T B07－01－2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 3、JT/T695 － 2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》
技术方案 涂装材料 施工工艺
方案单一 无相关规范、标准
注重面漆颜色
耐久性配套性较弱 借鉴外墙或钢结构 忽略细节
注重涂层和材料配套
新型耐候材料被采用 形成专业工装和工艺 积累经验关注细节
质量控制
通用测试手段
传统管理模式
专业的测试手段设备
专业的评价体系
系 统 化 的 专 业 集 成
• 桥梁混凝土结构的防护技术
• 大气区常见腐蚀因素
混凝土中性化； 酸雨及硫酸盐腐蚀； 氯离子侵蚀； 太阳辐射，混凝土热胀冷缩、冰劈冻融作用及成 分次生变化的风化作用。
CO2 ClFra Baidu bibliotek、Mg2+ SO42-
微生物
冲蚀、冻融、 干湿交替
• 表湿区常见腐蚀因素
混凝土中性化； 氯离子侵蚀； 硫酸盐腐蚀； 混凝土热胀冷缩、冰劈冻融作用及成分次生变化 的风化作用； 冲蚀作用（波砂磨耗）; 微生物腐蚀。
的可溶性成分（例如Ca(OH)2）逐渐溶解。
水环境中另外一种溶解腐蚀来自于水中溶解的一些离子通过置换来形 成的，例如水中溶解的铵盐、镁盐可置换氢氧化钙中的钙，形成可溶
性或软体物。
• 碱-骨料反应（ASR）
碱-骨料反应是混凝土中的碱（NaOH、KOH）可与基料中的某些成份（ 二氧化硅、硅酸盐、碳酸盐）反应，形成的生成物（碱硅胶）容易吸
当水和氧气充足，尤其是环境温度较高时，钢筋的电化学腐蚀速度相 当快，而且生成含水率高、结构疏松的Fe(OH)3红色锈层，体积膨胀2 ～6倍，不仅降低混凝土对钢筋的“握裹力”，同时也使混凝土层胀 裂，出现结构性破坏。
• 溶解腐蚀
混凝土结构具有高粗糙度、多孔性、亲水性和高碱性特点，长期与环 境侵蚀性介质（例如地下水、河水和湖水）接触，就会造成混凝土中
水膨胀。当膨胀压力超过硬化水泥浆的抗拉强度时，就会引起混凝土
开裂破坏。碱基料反应需要三个条件： I、有充分的水（包括混凝土中本身含有水和外部渗入的水）； II、混凝土中含碱量高（主要是NaOH、KOH，结构本身含有的和外部 渗入的）； III、混凝土中含有反应性二氧化硅。 虽然ASR反应缓慢，持续时间长，一旦发生很难补救，被称为混凝土 的“癌症”
桥梁美观的需要：
1、桥梁作为城市标志物，和谐的整体形象要求； 2、混凝土表面外观，细节和局部的景观要求。
第一部分
混凝土结构腐蚀类型
引言—
—桥梁混凝土结构的腐蚀环境
1 2 3 4 中性化和钢筋的腐蚀 溶解腐蚀 碱-骨料反应（ASR） 氯离子腐蚀破坏
钢筋混凝土结构是以水 泥、砂子、石子等和钢 筋配合，经水化形成的 一种复合材料。总体上 说钢筋混凝土是多相、 多孔、不均匀的材料， 环境中的腐蚀介质水、 气、盐分可以通过渗透、 扩散等方式进入到混凝 土内部，引起混凝土腐
通常，由于我国北方地区在冬季多出现降雪，为了交通的通畅，“融雪 盐”大量使用，因此“融雪盐”破坏因素和冻融破坏在我国北部桥梁混凝 土结构腐蚀中普遍存在。
环渤海、黄海区域，对桥梁混凝土结构构成最大腐蚀威胁的是氯离子腐
蚀、冻融破坏、海生物腐蚀； 内河区域，主要的腐蚀因素是冻融破坏、碳化、冲蚀破坏和微生物破坏 等； 工业区，主要的腐蚀因素是酸雨、盐晶变膨胀、氯离子腐蚀、碳化等； 高寒区域，由于冻土的原因，冻融破坏是最主要的腐蚀因素； 沙漠干燥地区，主要以风蚀破坏为主； 市政桥梁主要是碳化和融雪盐造成的破坏。
• 防腐涂装案例(中国)
桥梁
汕头海湾大桥
部位
潮差区和浪溅区
涂层名称
环氧封闭漆/厚浆环氧漆/丙烯酸厚浆面漆
大气区
表湿区
环氧封闭漆/厚浆环氧漆/丙烯酸厚浆面漆
湿固化环氧树脂封闭漆/湿固化环氧树脂漆/丙烯酸聚氨酯面漆 环氧树脂封闭漆/环氧树脂漆/丙烯酸聚氨酯面漆 环氧树脂封闭漆/环氧树脂漆/氟碳面漆
杭州湾跨海大桥
缺点
防护效果一般 防护效果一般 工艺复杂、成本较高 防护效果一般 工艺复杂、成本高
表面涂层系统 涂层 表面覆盖 水泥基覆层 综合 复合体系
第二部分 防腐涂装设计
★混凝土结构防腐涂装标准 ★案例（中国） ★发展趋势（中国） ★发展趋势（世界） ★ JT/T695标准
Part 第二部分
2
防腐涂装设计
二级防腐区 三级防腐区
巴东长江公路大桥
水下区域 水上区域
• 防腐涂装发展趋势(中国)
时间：2005年起 代表体系：开始应用湿固化底漆及FEVE氟碳面漆 代表工程：杭州湾大桥、青藏线、江阴桥 时间：2000年起 代表体系：以丙烯酸聚氨酯面漆为主 代表工程：军山桥、巴东桥、桃夭门
环氧封闭漆/环氧云铁中间漆/丙烯酸聚氨酯面漆
• 盐晶变膨胀
可溶性盐随水分渗入混凝土内部的毛细孔和微孔
内，当水分蒸发时，盐就会结晶出来。盐结晶生长
过程发生体积膨胀，导致混凝土破坏。
• 冻融破坏
混凝土结构中存在大量的孔隙和裂缝，水分可通过毛细作用进入其中 ，当温度降到冰点时，水会结冰膨胀，使孔壁受压变形，环境温度升高
，冰融化成水，体积缩小，使孔壁受到拉应力。
钢筋混凝土结构的腐蚀与水、 气和其他腐蚀介质的传输分不 开。通过阻止腐蚀介质的传输 或降低渗透速度，来阻止腐蚀 反应的发生或降低腐蚀速度。 为了提高结构的耐久性，外防 护是最有效、最经济、可维修 的方式。 外 部 防 护 可 分 为 5 类
渗透剂 封闭剂 涂层 水泥基覆层
复合体系
常见的混凝土表面防护层 类型 渗透剂 封闭剂 涂层 常用材料
桥梁混凝土结构的腐蚀与防护设计
中航工业北京航空材料研究院 中航百慕新材料技术工程股份有限公司 2011
桥梁混凝土结构 防腐涂装设计
目录
第一部分
第二部分
引言
防腐涂装设计
第三部分
中航新材
www.biam.net.cn
推荐涂层体系
★A:表干区混凝土防护涂层体系 ★B:表湿区湿固化防护涂层体系 ★C:索塔区高耐候氟碳防护涂层体系 ★D:混凝土结构柔性氟碳防护涂层体系 ★E:清水混凝土结构透明氟碳防护涂层体系
5
6 7
盐晶变膨胀
冻融破坏 酸雨腐蚀
8
9 10
风砂侵蚀
冲蚀破坏 微生物腐蚀
蚀变质和钢筋的腐蚀。
11
海洋生物腐蚀
• 中性化和钢筋的腐蚀
钢筋混凝土结构呈碱性，pH值可达12.5～13.5，此时钢筋保持钝化状 态。 大气中的CO2与混凝土中的Ca（OH）2起化学反应，生成中性的CaCO3， 造成混凝土PH值降低。 使钢筋保持钝化的最低pH为11.5，中性化可使pH值低于9，此时钢筋 表面的钝化层被破坏，钢筋就容易发生腐蚀。
硅烷、硅氧烷、有机硅树脂、丙烯酸单体、小分子量合 成树脂等 硅酸盐（酯）、氟化硅、亚麻籽油等 氯化橡胶、聚氨酯、环氧树脂、氟碳树脂等涂料涂层
水泥基覆层 聚合物改性水泥、结晶材料 复合体系 上述两种及两种以上组合
常见的混凝土表面防护技术对比 类型 渗透剂 封闭剂 特征
渗入基材 表面成膜
优点
工艺简单、成本低 工艺简单、成本低 防护效果良好 成本低 防护效果良好
表干区 索塔区
厦门海沧大桥
武汉军山长江公路大 桥/舟山桃夭门大桥 江阴大桥/南通大桥 青藏线
索塔区
索塔区 索塔区 混凝土箱梁
水性丙烯酸抗碱底漆/水性丙烯酸中间漆/水性丙烯酸面漆
环氧封闭漆/刮涂型环氧腻子/环氧云铁中间漆/丙烯酸聚氨酯面漆 环氧封闭漆/底腻子/面腻子/封闭底漆/氟碳中涂漆/氟碳面漆 环氧封闭漆/柔性氟碳漆
我国北方桥梁混凝土结构腐蚀特点
我国北方地区桥梁建设所处区域就具有很大的地域差异性，既有沿海区 域，又有内陆河道区域，还有冻土区域、沙漠区域，以及市政桥梁等等， 因此所处腐蚀环境也十分复杂。
腐蚀环境不仅包括大气腐蚀、水介质腐蚀和土壤腐蚀三种主要的腐蚀环 境，还有风蚀、冻融、微生物腐蚀、海生物腐蚀、化工介质腐蚀等等。
要是CSH凝胶、钙矾石和羟钙石）及Ca(OH)2发生反应。
• 风砂侵蚀
风砂侵蚀主要发生在我国北方西部沙漠及沙尘暴覆盖地区。风砂侵蚀 主要是一种物理磨蚀性风化破坏
• 冲蚀破坏
水的冲刷、波动，以及水中夹带
的砂石等异物对混凝土表面的反复 摩擦，会使混凝土保护层厚度逐渐
减薄。冲蚀作用与流速的大小和砂
石的大小、密度、硬度有关。
• 氯离子腐蚀破坏
钢筋混凝土结构中氯离子的来源有2个途径：一是来自于制造混凝土的 原材料（例如含有氯离子的水、冬季施工加入的含有Cl-的防冻剂、以及
使用了海砂）；二是来自于
结构外部的氯离子（例如 海洋环境、工业环境、 土壤环境、北方冬季使用 的“融雪盐”等）。 氯离子的腐蚀主要有两个方面，一是对钢筋的腐蚀：当氯离子渗透进 入钢筋混凝土结构后，迁移到钢筋表面，破坏钢筋表面的钝化层，使钢 筋局部发生电化学腐蚀；二是对混凝土的腐蚀：氯盐进入混凝土内部与 水泥的某些成分反应，生成物体积增大使混凝土膨胀破坏。