青藏铁路混凝土结构耐久性修补及防护技术

CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES1中国铁道科学研究院青藏铁路混凝土结构耐久性修补及防护中国铁道科学研究院金属及化学研究所2009年12月CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院2青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护青藏铁路全长1956km，翻越唐古拉山的线路最高点位于海拔5072m，全线约有960km线路位于海拔4000m以上，550km的线路穿越连续多年冻土区。除格尔木的拉萨外，沿线年平均气温-2～-6℃，极端最高气温25℃，极端最低气温-45℃。此外，沿线气候干燥，干湿交替频繁，年正负温天数180d左右。青藏铁路设计使用预应力后张梁3259孔，其中青藏07-32m梁2505孔，专桥2051-32m梁471孔，专桥2051-24m梁283孔。2004年初发现青藏铁路后张梁沿预应力管道裂纹后，部领导非常重视，指示青藏总指展开科研工作查找原因、加强施工控制、进行跟踪观测。青藏铁路概况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院3根据部领导的指示，青藏总指相关单位从2005年11月到12月共调查了4442片后张梁的裂纹情况。从统计分析的情况看，后张梁沿预应力管道裂纹呈现以下特点：裂纹梁的比例随时间延伸在增长。各年度生产梁的总比例为53.6%，其中，2002年生产的梁71.9%，2003年59.3%，2004年52.4%，2005年18.2%；多数裂纹出现在梁体腹板沿预应力管道位置。梁的外侧比内侧裂纹要多。受阳面和背阴面的裂纹严重程度不同，受阳面更为严重。迎风面的裂纹较多一些。青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护青藏铁路概况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院4从梁体受力分析看，专家们比较一致看法是该裂纹对承载力不构成短期危害，但对长期耐久性（寿命）有较大影响。其表现是：裂纹加速混凝土中性化进程和钢筋锈蚀由于青藏线相对湿度较低（50%以下），而混凝土碳化正好在此条件下发生。由于开裂则波纹管及钢筋可能首先受到锈蚀危害。一旦钢筋、预应力筋发生锈蚀，则梁体寿命就会急剧降低。裂纹可能引发二次冻胀由于裂纹的存在，一旦发生外界雨水渗入聚结，当气候温度低于零度以下时可能引发后期沿裂纹的冻胀破坏。裂纹可能降低梁体刚度疲劳强度当桥梁处于营运期，由于裂纹存在，大量列车荷重作用下梁体刚度和疲劳应力降低。加上大温差、正负温交变作用、干缩等长期使裂纹进一步发展，进而使梁体刚度和强度降低，影响行车安全。青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护裂缝修补的必要性CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院5根据铁道部建设管理司“建技[2004]86号文件”精神，青藏总指和部科技司于2005年1月7日在北京召集了有关专家就落实该文件内容召开了专门讨论会，会议提出要将“适用于青藏高原高寒、大温差、强辐射、干燥、大风沙恶劣环境的混凝土裂纹修补材料及修补技术”作为下一阶段的重点科研攻关项目。基本确定了主要修补工艺方法：裂纹注浆+表面涂层封闭的主导思想。如何确保上述修补材料及修补工艺方法能满足青藏铁路恶劣气候条件，则是本项研究的重中之重。其研究试验成果要达到如下目的：满足青藏铁路恶劣气候条件的修补材料；良好的施工性，适合现场条件下施工，容易保证施工质量；良好的水密性，有效降低混凝土碳化及钢筋锈蚀；适中的价格，能得到大面积推广。青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护立项背景CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院64.1研究内容试验研究适应青藏线环境的注浆材料和工艺；试验研究适应青藏线环境的预应力混凝土梁保护涂装材料和工艺；通过青藏线不同地区桥梁的现场实际施工和考核进行不同涂装材料和工艺的选择研究；制定修补工艺、涂装工艺及验收技术条件。4.2关键技术注浆材料的延性、耐低温性及与混凝土的粘结性能等；防护涂料的延性、耐低温性、耐紫外线辐射性等；注浆及涂装材料的施工性能。青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护研究内容及关键技术CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院74.3要达到的技术指标注浆材料达到的技术指标延性≥80%，按GB/T2568-1995标准进行；可灌性≤0.05mm；可操作时间≥1h；粘结强度≥3.0Mpa，按GB/T5210－85标准进行；低温柔性按JC500-92标准进行，筛选综合性能最好的注浆料；耐温变性按JG/T26-2002标准进行，其中低温由-26℃降低到-45℃，循环次数由5次提高到10次。青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护研究内容及关键技术CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院84.3要达到的技术指标涂装材料达到的技术指标使用寿命不低于10年，耐紫外老化12000h后，保光率不低于70%，按GB/T14522中的荧光紫外线试验进行；附着力≥3.0Mpa，按GB/T5210标准进行；断裂延伸率≥100%，按TB/T2965-1999标准进行；低温柔性在-45℃条件下进行，按GB/T1731－93标准进行；耐温变性按JG/T26-2002标准进行，其中低温由-26℃降低到-45℃，循环次数由5次提高到10次。青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护研究内容及关键技术CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院9青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护部分注浆胶的试验情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院10青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护部分注浆胶的试验情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院1102000500010000020406080100光泽保持率（%）人工加速老化时间（h）柔性氟碳涂料氟碳涂料A氟碳涂料B氟碳涂料C丙烯酸聚氨酯涂料醇酸涂料青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护部分涂料的试验情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院12青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护部分涂料的试验情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院13青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护部分涂料的试验情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院14青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护部分涂料的试验情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院15青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护部分涂料的试验情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院16青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护混凝土梁修补前的裂缝情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院17青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护混凝土梁修补前的裂缝情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院18青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护混凝土梁修补前的裂缝情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院19青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护混凝土梁修补前的裂缝情况CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院20根据室内实验结果，结合青藏铁路混凝土构件的裂缝情况及青藏铁路所处地区自然环境恶劣的实际情况，确定采用的防治方案如下：对于0.05mm以上的裂缝采用硬度低、柔性好的新型改性环氧注浆料进行注浆密封处理，为了保证裂缝内浆液饱满，在采用压力注浆的同时，均采用增压自动注浆器保压注浆，保压时间1小时，以保证梁的整体性和裂缝部位的密封性；对于0.1mm以下且长度小于1m的小裂缝可采用水性环氧多次刷涂，让浆液靠毛细作用渗入裂缝中，以保证对裂缝的封闭；其余部位均先用水性环氧封闭底漆进行封闭处理，然后再在表面喷涂断裂伸长率大于100%的JHRF柔性氟碳涂料，以保证混凝土梁的抗侵蚀能力，并保证混凝土梁的美观和抗紫外老化性能。青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护修补方案CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院21青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护混凝土梁的修补工艺CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院22青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护混凝土梁的修补工艺CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院23青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护混凝土梁的修补工艺CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院24我们严格按照注浆和涂装作业程序在各试验梁进行了灌浆和涂装作业。从这次现场试验结果看：用柔性环氧灌缝料增压自动注浆，裂缝的注浆效果达到预期目的，注浆料的渗透性良好。其取芯结果如图所示。青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护混凝土梁的修补工艺CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院25青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护修补后的实际效果CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院26青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护修补后的实际效果CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院27青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护修补后的实际效果CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院28青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护修补后的实际效果CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院29采用柔性注浆材料注浆后，可以有效地封闭裂缝、防止有害介质的侵入，防止混凝土的进一步劣化及混凝土中钢筋的锈蚀，将开裂的混凝土胶结合在一起，恢复混凝土的整体性，防止混凝土的二次冻胀；由于注浆材料具有100%左右的断裂伸长率，可以有效地防止由于列车的荷载作用引起的裂缝扩展，防止混凝土的二次开裂，提高混凝土的耐久性；采用水性环氧和JHRF柔性氟碳的涂装体系进行表面涂装后，水性环氧底漆可以有效地封闭0.1mm以下注浆材料无法注入的细裂缝和混凝土表面的毛细孔，JHRF柔性氟碳涂料则可以有效地防止空气、水份及其它有害介质的侵入而导致混凝土劣化及钢筋的锈蚀；青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护试验研究结论CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院30JHRF柔性氟碳涂料的断裂伸长率达到160%，低温柔性可达－45℃，因此当混凝土梁出现新的裂缝时，仍可以保证涂装体系的完整性，防止有害介质的侵入，从而提高混凝土的耐久性；JHRF柔性氟碳涂料具有优异的耐紫外老化性能，12000小时耐紫外老化试验后涂层保光率大于70%，这可以有效地保证该涂装体系在青藏线的强紫外环境中耐老化性能达到20年以上；青藏铁路中混凝土耐久性修补及防护试验研究结论CHINAACADEMAYOFRAILWAYSCIENCES中国铁道科学研究院31结束语柔性注浆胶、柔性氟碳涂料等相关材料均已在青藏铁路应用4年，目前涂料外观及光泽无明显变化，使用效果良好。