1. 前言
鋼筋砼橋梁在我國的橋梁總數(shù)中幾乎占90%以上，而其中的中小鋼筋砼橋梁要占到95%左右。其標準比較接近，但根據(jù)各個橋梁各自使用的要求和所處的環(huán)境，隨著交通量的猛增是否能擔(dān)負起因荷載的超重加大，車輛速度的加快，行車密度的增加，軍車和重型車等特殊車輛的運行等條件的重任，必須針對近來不斷出現(xiàn)橋梁垮塌的惡性事故的教訓(xùn)，橋梁界的設(shè)計和養(yǎng)護單位應(yīng)認真考慮和研究這個當(dāng)務(wù)之急的技術(shù)狀況，進行分批調(diào)查，檢測和加固。尤其對經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)有病害的橋梁不能等閑視之，要及時作出系統(tǒng)的科學(xué)鑒定與分類，分清輕重緩急，提出切實合理的有效對策，參考近年世界各國的加固維修的規(guī)范和成功經(jīng)驗，慎之又慎地選擇標本兼治的材料和工法來加固維修好有問題的橋梁。防患于未然地盡一切可能減少或避免跨橋事故的發(fā)生。而當(dāng)前對現(xiàn)有砼橋梁“病害”的處治的突出問題是被一些治標不治本的應(yīng)付驗收的一些材料的虛假廣告所誤導(dǎo)，得不到長治久安的效果。例如武漢白沙洲長江大橋，花了11億人民幣修成通車后的10年中，修了24次，屢修屢壞。當(dāng)然這不僅僅是所用材料問題，其中也有施工中施工質(zhì)量的問題。所以我們必須選擇針對性強而且具有永久性加固效果的材料為宜。既要作一般的經(jīng)濟分析，也要作綜合社會效果分析。也就是不能急功近利，要有耐久長遠的觀點，減少維修頻率，不影響或盡量減少交通的中斷，這一點往往是人們忽略或者不夠重視的民生問題。為此對所選用的加固維修材料，要提出科學(xué)數(shù)據(jù)的規(guī)定和試驗弄清這些材料在各種工程應(yīng)用的實際效果反饋的信息，來作出能確保鋼筋砼橋梁結(jié)構(gòu)長期安全運營的決策，是至關(guān)重要的。
2. 對鋼筋砼橋梁病害加固維修的對策
鋼筋砼橋梁按理說，在設(shè)計細節(jié)上考慮周詳有足夠的安全系數(shù)保證，施工工藝上慎密嚴格，材料選擇和級配上達標，嚴格按操作規(guī)程辦事，不應(yīng)有病害發(fā)生。中國上世紀50年代的重大工程——武漢長江大橋通車后，8個水中橋墩均被船碰撞過，迄今共計76次，均未發(fā)現(xiàn)有危及橋梁安全的隱患存在，公路橋面的鋼筋砼橋面板，在通車50年后進行大修時，鑿開砼時，發(fā)現(xiàn)包裹在砼中的鋼筋并無銹蝕現(xiàn)象，猶如新的鋼筋一樣。從現(xiàn)實來看，砼等級提高了，卻很難做到這一點。其中設(shè)計考慮不周，施工工藝不嚴，選材不當(dāng)質(zhì)量監(jiān)管松弛等人為失誤因素造成了相當(dāng)數(shù)量的鋼筋砼橋梁結(jié)構(gòu)的病害以致垮塌的嚴重事故是屢見不鮮的。據(jù)新華社報導(dǎo)，從2011年7月11日至7月19日的九天內(nèi)，有四座橋梁垮塌，主要原因是在設(shè)計上，施工上，養(yǎng)護管理上都存在質(zhì)量問題?？逅牧?，大多是空心板梁，板梁間的鉸縫設(shè)計的強度不足，所澆筑的砼有漏漿問題存在，因而防水達不到要求。鋼筋鏈接強度不足，砼出現(xiàn)裂縫受水的侵蝕而腐蝕，被水平力拉斷，造成單梁受力。因而相鄰梁間的連接失效不能整體受力，當(dāng)行車時，所產(chǎn)生的彎距不同，碰到超載，單梁承受不了集中荷載而垮塌。這樣的事故，今后若不及時加固，還可能發(fā)生。歸納起來，這種病害的主要表現(xiàn)為：（1）澆筑的砼不密實，出現(xiàn)裂縫后，勢必受到大氣中水汽和CO2等有害氣體侵入，導(dǎo)致砼碳化（中性化）而松散剝落，鋼筋銹蝕后，強度降低；（2）堿骨料（AAR）反應(yīng)，（3）鋼筋外的保護層過薄；（4）原設(shè)計標準強度偏低，防水和抗凍性能不強，在寒冷地區(qū)造成凍融循環(huán)的反復(fù)應(yīng)力，造成物理性能的破壞；（5）環(huán)境惡化，尤其在酸雨地區(qū)，對砼結(jié)構(gòu)的危害非常嚴重，SO2和進一步氧化的SO3均可使砼中性化和酸化；（6）溶液性侵蝕，雖然裂縫不寬，但往往可穿透滲水，使砼結(jié)構(gòu)部位的氫氧化鈣CA(OH)2產(chǎn)生溶解。[詳見參考文獻1].綜上所述六種病害產(chǎn)生的主要成因均與砼的密實度與防水效果密切相關(guān)。而今的砼防水工程，基本上是采取物理防水的辦法，即用有機材料涂刷在砼表面，長期以來，人們已習(xí)慣于采取這種“立竿見影”的辦法，而沾沾自喜。但實際上這種處治的辦法。僅僅解決了治標的問題，而且即使有些材料治水效果顯著，但耐久性不長，少則一，二年多則七，八年就會發(fā)生老化，蛻變散裂的問題。尤其當(dāng)砼內(nèi)部有隱患時，無法解決其“本”的強度和剛度問題，致使內(nèi)在的隱患潛移默化逐漸發(fā)展成大的病害。而且大多數(shù)有機防水材料都不是環(huán)保材料，常帶有毒性或產(chǎn)生有毒氣體[見參考文獻2]如果砼內(nèi)部不密實，砼內(nèi)部的鋼筋受自由水的腐蝕，就會造成膨脹應(yīng)力，促使砼結(jié)構(gòu)先蝕后裂的問題。所以只治標不治本的防水對策是不可取的。因而，目前世界上很多國家對砼結(jié)構(gòu)的防水層設(shè)計的研究及防水防腐材料的開發(fā)和應(yīng)用，應(yīng)運而生，方興未艾，發(fā)展很快。但是迄今無論哪一種防水材料都不會獨霸市場，這是因為它們自身各有特點及價格上的原因，受到使用人的舍取。故21世紀以來，各類先進的防水材料都獲得不同程度的發(fā)展。那種治標不治本具有毒性的低檔產(chǎn)品將大大減少，中高檔產(chǎn)品勢必將不斷增加，產(chǎn)品質(zhì)量和環(huán)保，耐久性要求將逐步提高。各類材料互相滲透，互為補充，必會導(dǎo)致防水系統(tǒng)更加可靠，使用壽命將會大大延長。
根據(jù)我國以民為本的國策，在砼橋梁建設(shè)過程中，提出“建養(yǎng)并重”與“建護并重”的方針，無疑是與時俱進的。筆者經(jīng)過近20年的觀察和實踐體會，提出一點淺見：橋梁是交通命脈的咽喉，是永久性的建筑，事關(guān)國計民生。對橋梁的新建和養(yǎng)護管理上，在立案時，不能僅僅只考慮一次性投資低的造價作為選定的方案，而應(yīng)統(tǒng)籌兼顧“安全，實用，經(jīng)濟，美觀，耐久和環(huán)保”六大原則。因而在砼結(jié)構(gòu)防水工程中，應(yīng)選擇“物以類聚”的無機材料為出發(fā)點，必須達到標本兼治的永久效果。
自水泥基滲透結(jié)晶型防水材料（簡稱CCCW材料）問世以來，已經(jīng)得到國內(nèi)、外建筑界尤其是橋梁界的青睞和興趣，這種材料無論用在砼結(jié)構(gòu)物的迎水面或背水面上，都能達到良好的防水，防腐，防裂的效果。已取得舉世矚目的成功。因為這種材料的應(yīng)用機理先進，與砼本身是同一屬性，膨脹系數(shù)一致，屬無機剛性防水材料，它本身無毒、無味、用在砼橋梁的加固維修上具有先天的獨特優(yōu)點，茲分析如下：
?。ㄒ唬┰诎踩希核粫沤Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生負作用，只會增加砼的“三度”（強度，剛度，穩(wěn)定度）的要求，可以剔除砼結(jié)構(gòu)內(nèi)在的隱患，主要是由于它具有非凡的永久性防滲性能，和它本身能與砼結(jié)合成一體。依靠材料中特有的專利的活性極強的催化劑，以水為載體，借助滲透作用，在砼這種多孔性物體的微孔細縫中傳輸，充盈，催化砼內(nèi)未完全水化的水泥顆粒成分再次發(fā)生水化作用，形成不溶于水的枝蔓狀結(jié)晶體，從而與砼凝結(jié)成密實的整體，使外來液體被堵住，達到永久性防水，防腐和保護鋼筋的效果。隨著時間的延長，使砼強度得到加強，且具有自我修復(fù)能力，耐溫，耐濕，耐紫外線，耐輻射，耐氧化，耐碳化的卓越能力。保證砼結(jié)構(gòu)長治久安的安全效果。
?。ǘ┰趯嵱蒙希?007年3月中國防水代表團考察了在加拿大的依閣?。↖KO）,索普瑞瑪（SOPREMA）、凱頓（KRYTON）與賽柏斯（XYPEX）公司。前兩家公司主要生產(chǎn)有機柔性防水材料，而凱頓和賽柏斯這兩家公司主要生產(chǎn)CCCW材料。屬無機剛性防水材料性質(zhì)。均在我國生產(chǎn)、銷售這種新型材料名列前茅的企業(yè)，均參加了我國的GB18445-2001(水泥基滲透結(jié)晶型防水材料)國家標準的起草。兩種材料而且均在長江三峽大壩應(yīng)用過，經(jīng)過試驗結(jié)果，賽柏斯的性能和達到的技術(shù)指標稍優(yōu)于凱頓。因此在2001,2004,2007,2009年四次獲得建設(shè)部作為推薦的科技成果推廣轉(zhuǎn)化指南項目。中國防水代表團特別指出：賽柏斯生產(chǎn)的產(chǎn)品成功地應(yīng)用于一些國家的核反應(yīng)堆，地下隧道，跨海大橋等重要工程。該公司生產(chǎn)的材料（摻合劑——筆者注）加入水泥漿或砼后，由于其中活性化學(xué)物質(zhì)能與水泥中的氫氧化鈣作用產(chǎn)生結(jié)晶體充實毛細孔，并不斷滲透，擴張，使水泥砂漿與砼密實度大大增加，從而提高其本體的抗?jié)B性，抗氯離子滲透的能力，減少收縮，防止鋼筋銹蝕等。進而延長了構(gòu)建物與工程的使用壽命。顯而易見，這種材料對砼結(jié)構(gòu)的新建，加固和維修時完全適用的。尤其它有系列產(chǎn)品，可用于摻入，涂刷，養(yǎng)護，防潮的多功能作用，在使用方法和操作程序上又簡而易行，不要求對砼建筑物作特殊處理，因此也不需要特殊工種來施工，只要培訓(xùn)一般工人就可操作，施工速度快，工效高，因而易被施工單位和工人樂于接受。所以對砼結(jié)構(gòu)的“病害”的加固維修是非常實用的。在世界上成千上萬個工程中使用，都獲得了成功，獲得了良好的聲譽。
?。ㄈ┰诮?jīng)濟上：不宜僅考慮一次性的投資來選擇材料，應(yīng)要作其使用耐久性的年限，維修頻率等綜合經(jīng)濟指標來選擇和取舍。目前采用的有機柔性材料，一般使用年限短則2~3年，最長不會超過10年。而XYPEX材料只要按規(guī)定的施工工藝進行操作，即可保持砼不受外界影響和達到令人滿意的防水防腐效果。若碰到意外的外力使砼被擊穿出現(xiàn)裂縫，由于該材料的催化作用具有長效和重復(fù)作用，就會對其不斷激活、不斷自愈修復(fù)封閉的效果。一般可保證50年不返修。這樣我們可以得出經(jīng)濟效益指標比較。（只考慮一次投資成本的比較，尚不計因維修造成交通中斷的經(jīng)濟損失）比較如圖：（按單位面積計算）
從圖中可以看出，采用XYPEX材料對鋼筋砼梁進行修補或涂裝保護，與其他有機改進型的樹脂類相比有顯著的性價比優(yōu)勢。而且XYPEX與砼結(jié)構(gòu)同壽命，費用較低，施工工藝簡單，操作方便。若按年每平米維修費用計算，則XYPEX（按50年計）的年平米維修費用為：60/50=1.2元/年M
2，而改進型的樹脂類的費用為：250/50=5元/年平方米。相差4倍多，實踐證明，可以結(jié)語，一旦用XYPEX產(chǎn)品防水防腐后砼結(jié)構(gòu)就被永久保護，免遭外界侵害，與傳統(tǒng)工藝比較，在經(jīng)濟上，社會效益上和施工技術(shù)上都顯示出其他材料無法比擬的優(yōu)越性。
?。ㄋ模┰诿烙^上，其本身是灰色的粉末，使用時，適當(dāng)配以潔水拌合成漿料（其配比為：料：水=5:2，若采用噴涂工藝，則料：水=5:3）用專用的刷子或噴漿機噴涂在砼表面，與砼結(jié)構(gòu)基本呈同一種顏色，不影響橋梁外形美觀，若有色差，則可采用原來澆筑時采用的水泥摻加XYPEX摻合劑拌成水泥漿來涂刷，就不會有任何色差存在了。若在涂刷XYPEX材料后，經(jīng)過養(yǎng)護期，在其外表面需要裝飾其他材料時，也不會受到任何影響。
（五）在耐久性上，由于它與砼是同一屬性材料，前已述及。二者粘結(jié)強度可以達到1.5MPA以上，經(jīng)過養(yǎng)護期后，一個月內(nèi)，基本可以滲透到距表面50mm,所以即使不慎被硬物刺破表面，也無損于其保護砼的效果，清華大學(xué)水利水電工程系，對摻XYPEX材料的砼進行了抗?jié)B自愈試驗和抗裂試驗，試驗結(jié)論為：“XYPEX材料在砼中具有催化-滲透-結(jié)晶-封閉-修復(fù)裂縫的效果，寬0.4mm以下的裂縫均可得到自我愈合修復(fù)的效果，有效改善砼的密實度性，和有效降低和控制砼早期水化過程的干縮開裂，減少裂縫的產(chǎn)生”。上海地鐵豫園路站主體結(jié)構(gòu)砼滲漏經(jīng)過540天的跟蹤觀察證明：XYPEX材料的催化作用具有長效和重復(fù)作用，對砼出現(xiàn)的裂縫具有不斷激活，不斷自愈修復(fù)的作用效果。主體結(jié)構(gòu)的自愈修護率在80%~87.5%，橫縫的自愈修復(fù)在66%~100%，平均為83%，可見對砼的耐久性保護是足有成效的。
?。┰诃h(huán)保上：它是一種無毒無味的綠色環(huán)保材料，無論對人體，對環(huán)境，對大氣都不會造成任何危害。這已經(jīng)由國內(nèi)外的衛(wèi)生，環(huán)保部門的嚴格檢驗并且獲得具有權(quán)威的證明文件，完全可用于飲水等要求極為嚴格的工程中，看來將勢必成為砼工程中不可或缺的特種輔助材料，成本增加不多，而其高性能的收益會大大提高。
這種材料的出現(xiàn)近10余年來，已引起世界各國的重視和研究，因類似的CCCW材料品牌已有多種出現(xiàn)，筆者認為國標GB18445-2001中的技術(shù)指標，定得較低，因此難免魚龍混雜，良莠不齊，以次充好的材料發(fā)生。這需要設(shè)計，施工，養(yǎng)護單位慎之又慎去選購。根本的辦法，就是通過實物試驗比選（包括現(xiàn)場取樣試驗）能達到下列指標者，才是可取的優(yōu)良產(chǎn)品。
（1）能耐受強水壓，可承受300米（即3.0Mpa）的水頭壓力，不破壞不滲水；
（2）滲透結(jié)晶深度一個月后最少可達到40mm以上；
?。?）可抗高低溫，即可在-32~+130℃的持續(xù)溫度下，也可在-185~1350℃的間歇溫度下保持其作用不受影響；
?。?）抗凍融循環(huán)次數(shù)可達350次以上；
（5）對低標號的砼（C25以下）至少可提高抗壓強度20%以上；
?。?）可保護鋼筋及金屬埋件；
（7）經(jīng)權(quán)威的衛(wèi)生、環(huán)保部門檢驗后獲得具有無毒、無公害的可靠證明文件；
?。?）與砼的粘接力，7D不低于1Mpa，25D不低于1.5Mpa；
（9）在完成養(yǎng)護期后，其表面仍可裝飾或粘貼其他裝飾材料；
（10）價格合理，物有所值。
《第二十屆全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集》（下冊）2012年
參考文獻
[1]朱海濤：“鋼筋砼橋梁病害的主要成因及修補加固實例”，《第十八屆全國橋梁學(xué)術(shù)會議論文集》
[2]朱海濤：“對鋼筋砼橋梁在防水、維修工程中采用新型材料比選的淺見”2009年《全國橋梁安全耐久性檢測與維修加固技術(shù)研討會論文集》
作者 朱海濤
