混凝土桥梁涂装材料性能及检测研究

2022-10-19杨波

建材与装饰 2022年30期

杨波

（中铁十二局集团第三工程有限公司，山西太原 030024）

0 引言

我国混凝土桥梁数量在不断增加，为使桥梁的使用寿命能够得到提升，同时提高桥梁的使用质量，需要在其表面进行涂装，降低环境的腐蚀作用。相关研究人员应加强对不同类型涂装材料的了解和分析，不断优化涂装材料性能，从而提高桥梁的使用质量，提升桥梁安全性。

1 混凝土桥梁腐蚀原理

混凝土桥梁内部一般含有大量钢筋，通过混凝土包裹钢筋，达到良好的保护效果。正常情况，混凝土桥梁在受到腐蚀的影响下，对桥梁的影响速度较为缓慢。但在桥梁长时间使用的情况下，腐蚀影响必然会加大，对桥梁的质量和安全性产生不利影响。混凝土在凝结后呈多孔状态，能够吸收空气和水，空气中的二氧化碳以及氯离子和硫离子等与水反应的生成物具有酸性，生成物会通过混凝土的孔隙渗透到内部钢筋处，对钢筋进行腐蚀。长时间腐蚀影响下，混凝土表层会出现脆化的情况，内部钢筋会锈蚀，并且力学性能降低，从而使整体结构受到严重的不利影响，在受力时容易出现断裂现象，对人们的生命安全造成威胁。

2 混凝土桥梁涂装材料性能检测的必要性

混凝土材料是目前最常用的建筑材料之一，其不仅使用简单，同时成本较为低廉，且本身具有较强的耐久性，在现代化工程建设中具有不可替代的重要作用。因此混凝土材料的使用安全性具有重要作用。混凝土在长时间使用过程中，受到环境腐蚀等情况的影响，出现内部结构损坏，导致混凝土的使用寿命大大缩短。在建设桥梁的过程中，为提高整体稳定性和承重效果，大部分会在水中进行桩基础建设，恶劣的环境加速桥梁结构受腐蚀的速度，更加不利于维持桥梁安全建设的稳定性。为提高混凝土桥梁的耐久性，一般会选择相应的材料进行涂装。想要使混凝土桥梁耐久性得到进一步提升，需对涂装材料的性能进行了解和检测，再结合涂装材料的实际情况，选择适合的材料进行涂装，从而提高混凝土桥梁的耐久性。

3 对混凝土桥梁涂装材料性能的要求

为有效提高对混凝土桥梁的保护效果，涂装材料应具有一定的性能，具体如下：①耐高低温能力，混凝土桥梁的建设范围较为广泛，因此所处环境的温度具有较大差异，如南方区域温度较高，需要涂装材料具有耐高温能力，北方的冬季较为寒冷，需要涂装材料在低温环境下保持性能稳定。②抗紫外线能力，桥梁直接暴露在阳光下，在紫外线的照射下涂装材料容易出现降解、脆化等情况，为保持涂装材料对混凝土的保护效果，应使用具有较强抗紫外线能力的涂装材料。③抗碳化能力，大气中含有一定的二氧化碳气体，在使用过程中易出现碳化现象，因此涂装材料应具有抗二氧化碳渗透能力，隔绝二氧化碳带来的影响[1]。④强附着性和延伸性。在涂装施工过程中，应确保涂装材料具有延伸性，以便材料能够全面的覆盖混凝土桥梁，同时材料的附着性应较强，才能固定在混凝土表面起到防护作用。⑤不透水性。部分桥梁基础在水中进行建设，需要涂装材料具有较强的不透水性，避免水分进入混凝土中，对混凝土内部结构产生腐蚀。⑥美观性，涂装材料作为桥梁最外层结构，需要具有一定的美观性，才能够更好的满足建设需求。

4 检测混凝土桥梁涂装材料性能方案

4.1 常见混凝土涂装材料类型

目前混凝土涂装材料主要类型如下。

（1）环氧树脂类涂装材料。环氧树脂材料用于涂装时，其具有较为良好的使用性能，一方面，其具有较强的耐化学品性，在碱性环境中能够保持正常状态，同时具有耐热和绝缘性，在高温条件下不易发生变形。另一方面，该类型材料的附着力较强，且具有较为良好的保色性，使用过程中可以保持美观性。此外，环氧树脂类材料的硬度较大，能够用于混凝土缺陷修补，具有一定的加固效果。

（2）氯化橡胶类，该类型材料为高分子材料，其内部含有不同官能团，具有更多的功能作用如抗酸碱性、抗变形等[2]。在用作涂料时，能够起到超强防水功能，保护内部材料不受水分腐蚀影响，并且该材料的使用较为简便，使用寿命较长，适合用于桥梁的水下部分涂装。

（3）聚氨酯类，该类型的涂料同样具有较强的防水性能，聚氨酯涂料为反应固化型涂料，在使用过程中具有较强的灵活性，对构件变形情况具有较强的适应能力。该涂料的性能较为优质，不仅强度较大，并且具有较强的防水和防腐性能，是一种性能优异的环保材料。在使用时能够在不同的基面上操作，在潮湿环境下同样具有良好的涂装防护效果。

4.2 混凝土试件制备及材料涂装

试件终凝结束后，使用不同材料进行涂装，并放在同一环境中进行试验检测。

4.3 涂装试样性能试验

设计试验，对涂装材料的基础性能进行检测。选择环氧树脂材料、氯化橡胶材料以及聚氨酯材料三种涂装材料进行性能检测。

4.3.1 检测材料的强度及拉伸能力

选择3种涂装材料制成的条形试样，将其置于不同环境中，使用设备进行拉伸测试，对材料撕裂强度进行记录，并将3种材料的实验数据进行对比分析。实验过程中应需要使用专门的拉伸机械设备。准备不同实验环境：正常环境、高温环境、氯化钠溶液环境。在不同环境中进行强度测试，保持均匀的拉伸速度对试件进行施力，并得到详细的实验结果。

撕裂强度计算时使用如式（1）所示。

其中：P——拉伸强度，MPa；F——试件撕裂时最大载荷，N；A——试件断裂部分的面积，mm2，常见试件为长方形，计算时可以利用试件的宽度和厚度相乘得到。

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计算试件伸拉能力时，对其延伸率进行测试，使用如式（2）所示。

其中：L——时间的延伸率；L1——试件断裂时的长度，mm；L0——试件原本长度。

4.3.2 涂装材料高温条件下伸缩变化测试

通过在高温条件下对三种涂装材料的变形情况进行测试，了解涂料的抗高温能力。将涂装材料喷涂在光滑的玻璃表面上，使不同涂料的厚度和面积保持一致。在涂料干燥成膜后进行脱模，并制成统一形状和大小的试样。对试样的长度进行测量，得到S1，随后放入电热干燥箱中恒温168h，随后取出常温放置4h，对材料的长度进行测量，得到S2，对其加热条件下的伸缩率S进行计算，使用如式（3）所示。

4.3.3 涂装材料低温柔性检测

对低温环境下涂装材料的柔性情况进行测试，能够了解到材料在寒冷环境中能够有效的起到保护效果。在进行测试时，需要将3种材料进行成膜，并设置为相同规格的试样。对材料的弯曲度和弯曲状态进行检查和记录，将材料放入低温冰箱中进行储存，-40℃条件下储存2h，取出后按照同样弯曲度进行弯曲折叠，并对试样的状态进行观察。

4.3.4 紫外线照射测试

判断涂装材料在外界阳光照射的情况下老化的速度和情况，在进行试验时，需要使用专门的紫外线照射箱，在材料成模后制成试样，放置在紫外线灯下进行照射，在恒温照射200h后取出进行拉伸强度实验，观察试样变化情况，并对其状态进行判断。

5 性能检测结果分析

5.1 不同涂装材料强度及拉伸性能判断

在3种涂装材料完成拉伸试验后，对3种材料在不同环境下的测试结果进行分析，具体见表1。

表1 不同条件下涂装材料的拉伸强度测试结果

通过在常温环境和氯化钠水溶液中进行试验，结果显示在常温环境下，氯化橡胶材料的延伸率最高，环氧树脂材料的延伸率最低，在氯化钠环境中，结果相似。在常温环境中，聚氨酯材料的强度最大，氯化橡胶材料的强度最小，在氯化钠溶液中结果相似。

因此，在混凝土桥梁施工建设过程中，若对其水下部分进行施工，可以使用氯化橡胶材料或聚氨酯材料进行涂装，提高在水下环境中对混凝土的保护效果。在陆地常温条件下，可以选择强度较大的环氧树脂材料或聚氨酯材料，以提高混凝土桥梁稳定效果[3]。

5.2 不同涂装材料在高温条件下的拉伸度结果分析

在高温条件下对3种材料的伸缩情况进行测量和对比，具体情况如表2所示。

表2 高温条件下涂装材料的伸缩比

通过试验结果可以了解到，在高温条件下，环氧树脂材料发生的变化最大，抗高温环境性能较小，聚氨酯材料的伸缩率最小，抗温度能力较强。

5.3 不同涂装材料在低温环境下变化情况分析

在低温条件下，对柔性试验完毕后的材料进行观察，并对其结果进行分析，通过利用放大镜等进行观察，能够发现聚氨酯材料表面出现裂缝。因此聚氨酯材料的抗低温能力较低，在寒冷区域进行施工时可以选择环氧树脂材料或橡胶材料作为涂装材料[4]。

5.4 不同材料在紫外线环境下老化结果分析

通过试验观察，整理试验结果如表3所示。

表3 紫外线条件下涂装材料的强度

通过观察可以发现在紫外线条件下，聚氨酯材料的强度最高，其受到紫外线老化的影响最小，氯化橡胶材料受到紫外老化的影响最大。因此在高原等紫外线较强的环境中进行桥梁建设时，应避免使用橡胶类涂装材料。

6 提高混凝土桥梁涂装防腐效果的途径

6.1 涂装材料选用与调配

为避免混凝土涂装材料在涂装完毕后出现失光或粉化等不良情况，在选择涂装超材料的过程中，应注意选择密度且覆盖率较强的材料。在材料的生产过程中，应尽可能选择研磨度更高的材料，以提高涂装材料的细度，进而使整体的涂装效果更具光泽性，同时降低粉化、起泡等故障发生的可能性，提高对混凝土的保护效果。在进行涂装材料的调配过程中，为避免材料混合过程中出现泡沫，可以适当添加消泡剂，避免过多泡沫影响涂装效果。

6.2 提高涂装材料的施工技术

在混凝土涂装施工过程中，应根据实际的施工环境情况，对涂装施工方式进行优化调整，以提高整体混凝土涂装质量。首先，在施工前，应对混凝土进行清洁，避免表面存在浮土和油污等情况，并适当对混凝土表面进行打磨，提高混凝土与涂装材料之间的粘合效果。其次，应对涂层的厚度进行控制，避免涂层过厚，不仅浪费材料，同时影响防护效果，最后，在进行涂装施工过程中，应注意涂层保养，避免受到雨淋露浸，影响涂装材料的稳定性。部分涂装材料需要进行多次施工，为保障涂装效果，应在底层涂装材彻底干透后再进行施工，避免影响整体涂装效果。