鋼筋混凝土橋梁耐久性腐蝕病害及對策
2015-07-29
引言
橋梁在道路中的比重越來越大，調查發(fā)現有相當數量的混凝土橋梁，過早出現了鋪裝層松散剝落、梁體裂縫等病害，即混凝土耐久性破壞使結構強度降低。研究表明，混凝土耐久性破壞鋼筋腐蝕主要是：鋼筋銹蝕、凍融破壞、混凝土炭化等因素導致，其最主要原因是由于水及有害離子通過混凝土裂縫和孔隙滲入結構混凝土，引起鋼筋銹蝕而導致的。
1、影響橋梁耐久性的因素分析
影響橋梁耐久性的因素十分復雜，不考慮洪水、地震、超載及船舶的撞擊，主要取決于以下四方面因素:
(1)混凝土材料、鋼材的自身特性；(2)橋梁結構的設計與施工質量；(3)橋梁結構所處的環(huán)境；(4)橋梁結構的使用條件與防護措施。
其中混凝土材料、鋼材的自身特性和鋼筋混凝土橋梁的設計與施工質量是決定橋梁耐久性的內因?；炷潦怯伤唷⑺?、粗集料和某些外加劑，經過攪拌、澆注、振搗和養(yǎng)護硬化等過程而形成的人工復合材料?；炷恋牟牧辖M成，如水灰比、水泥品種和用量、集料的種類與級配等都直接影響橋梁的耐久性?；炷恋娜毕?例如裂縫、氣泡、孔穴等)都會造成水分和侵蝕性物質滲入混凝土內部，與混凝土發(fā)生物理化學作用，腐蝕結構的鋼筋，影響橋梁的耐久性。
2、鋼筋混凝土腐蝕原因分析
2.1混凝土不密實或有裂縫
這往往是造成鋼筋銹蝕的主要原因。尤其當水泥用量不當和澆搗不良，或者在混凝土澆注中產生露筋、蜂窩、麻面等缺陷，或者造成干縮或溫差開裂等等，使鋼筋直接暴露在自然環(huán)境中，給水（汽）、氧和其他侵蝕介質的滲透創(chuàng)造了有利條件，多種侵蝕介質容易達到鋼筋表面，從而加速鋼筋的銹蝕。
2.2鋼筋腐蝕
混凝土中大量的氫氧化鈣和少量的鈉、鉀等堿金屬氧化物，使得混凝土具有很強的堿性，這就使混凝土中鋼筋的表面形成一層膠質鈍化層，該鈍化層對鋼筋耐腐蝕性是有利的。當混凝土構件長期暴露于除冰劑、鹽液、含鹽的霧氣或者海水等環(huán)境時，氯離子就會通過混凝土中的氣孔，隨水進入到混凝土的內部，最終會接觸鋼筋并開始沉積。當氯離子達到一定濃度后，在氧氣和潮濕氣體的共同作用下，從混凝土和鋼筋的界面開始破壞鈍化層、腐蝕鋼筋。在沒有氯離子存在的情況下，也可以發(fā)生腐蝕現象。也就是說，碳酸化的程度直接取決于混凝土的水灰比，混凝土的水灰比越大，氫氧化鈣的碳酸化程度越深。
2.3混凝土的碳化
空氣中的二氧化碳氣體，逐漸中和混凝土的水泥水化物，把結硬的水泥漿中的氫氧化碳轉化為碳酸鈣，使混凝土失去堿性而變成中性化。這種現象稱為“碳化”。當碳化深度達到超過鋼筋保護層時，使表層混凝土喪失堿性環(huán)境，對鋼筋不再起鈍化作用，從而破壞鋼筋的鈍化膜，使鋼筋失去保護的屏障。進而大氣中的有害氣體侵入混凝土，就會使鋼筋遭到銹蝕而生銹。處于干燥環(huán)境下的混凝土碳化速度緩慢，具有良好保護層的鋼筋混凝土結構一般不會發(fā)生鋼筋腐蝕；而處于潮濕的或有侵蝕介質的環(huán)境中，混凝土將加速碳化，一般當ph值大于10時，鋼筋腐蝕速度較小，當ph值小于4時鋼筋腐蝕速度急劇增加。
3、防護措施的原則：
3.1由于橋梁的重要性不同，因此應引入根據橋梁重要性對橋梁進行分級防護的理念。不同等級的橋梁，根據經濟狀況和其他一些因素，采取不同保證率下的防護級別和相應對策。
3.2對于所有橋梁，由于鋼筋銹蝕會導致結構承載力急劇下降，因此應提倡預防性防護的理念，尤其對于特別重要的橋梁，采取事前防護的原則，防患于未然。
3.3所有用于橋梁中防止鋼筋銹蝕的防護產品，均不應導致橋梁其他方面功能的降低。
3.4所有用于橋梁中主梁鋼筋銹蝕的防護產品，均應符合環(huán)保要求，不致因使用防銹材料而污染和破壞，包括在施工過程中和使用過程中對人的危害和對環(huán)境的侵蝕。
3.5橋梁的防護還應跟當地的實際情況結合起來，因地制宜。首先根據橋梁的政治經濟地位、地理位置、結構特點、氣候條件等對橋梁進行分級，根據不同的級別采取不同的防護措施，其次是根據分級篩選經濟實用、符合使用要求的防水材料。
既有鋼筋混凝土橋梁的鋼筋銹蝕防治主要集中在恢復性防治措施上，但更多的或者更大程度上是防止橋梁在以后的運營中繼續(xù)發(fā)生鋼筋銹蝕，可以采用的方法主要有兩大類型：無破損防護和破損防護。無破損防護主要是電化學防護法，只要鋼筋攜帶足夠數量的多余電子，無論電解液的PH如何，鋼筋都處于穩(wěn)定狀態(tài)，不會腐蝕，因此采用陰極保護法防止鋼筋腐蝕。陰極保護可分為外加電流陰極防護法和電鍍陰極防護法；陰極保護法主要有犧牲陽極、外加電流等方法，這類方法主要通過補償鐵原子失去的電子而達到防止鋼筋銹蝕的目的；惰化鋼筋法主要通過采用不銹鋼筋、碳纖維棒等活性低的金屬或惰性材料部分或全部取代鋼筋。這些方法施工技術要求高，工藝比較復雜，后期維護費用高，目前大多應用于大型復雜鋼筋混凝土橋梁的重點部位或構件的輔助防腐，普遍推廣還需要做許多工作。
4、橋梁腐蝕病害預防對策
4.1提高混凝土保護層質量
(1)加大混凝土保護層厚度。
(2)提高混凝土密實度。模板質量要好，支撐牢固，混凝土不跑漿；混凝土振搗要到位，避免出現蜂窩、孔洞；摻入優(yōu)質粉煤灰，改變混凝土內部孔隙結構，提高混凝土密實度，同時增加對氯離子擴散的阻力。
(3)采取措施，控制混凝土有害裂縫。一是防止混凝土堿集料反應引起混凝土裂縫，比如選擇含堿量低的水泥(≯0.6%)，不使用堿活性的集料，不使用含堿或含堿量低的化學外加劑等；二是防止因溫度變化引起混凝土開裂，合理設置、安裝橋梁伸縮縫與支座，加強橋梁養(yǎng)護，及時清理伸縮縫中雜物；三是應用設計允許的最小水泥用量和能滿足和易性要求的最小用水量，不要用過大的坍落度，均勻澆筑混凝土，并及時對混凝土進行養(yǎng)護，施工現場的材料堆放要合理，避免施工超載。
4.2控制氯離子含量
混凝土中氯離子含量對鋼筋腐蝕的影響極大，一般情況下，鋼筋混凝土中氯鹽摻量應少于水泥重量的1%，摻氯鹽的混凝土必須振搗密實，且不宜采用蒸汽養(yǎng)護。
4.3提高橋梁防水功能
鋼筋銹蝕主要是因混凝土保護層碳化和氯化物侵蝕，這兩種腐蝕現象都是以水為載體進行。應該說橋梁防水是橋梁結構防腐的第一道屏障。大量的橋梁檢測資料表明，由于橋面防水層的過早破壞，加上橋面排水不暢，水從橋面滲入到橋面板下的梁、墩臺等部位，加速了橋梁結構混凝土的碳化和混凝土內鋼筋的腐蝕。通過對大量的舊橋檢測和加固施工，發(fā)現在空心板封頭處，由于混凝土開裂，厚度過薄等原因，水從伸縮縫等部位沿著封頭的微小裂縫逐漸進入空心板內部，并很難排除來，長期侵蝕梁體混凝土和鋼筋。因此應注重封頭混凝土施工質量，確?；炷撩軐?，也可對混凝土進行防水處理。在鉸縫處，由于連接比較薄弱，加上施工質量較差，許多橋梁在使用早期就出現鉸縫開裂，橋面鋪裝層沿鉸縫縱向開裂，橋面防水層開裂，鉸縫處嚴重滲水，板的翼緣混凝土碳化最為嚴重，部分鋼筋開始銹蝕。因此，從設計上要采取措施，加強鉸縫連接，避免單板受力，從而保證橋面防水層整體性不被破壞。
結束語
避免鋼筋混凝土橋梁遭受侵蝕，并降低維修費用，鋼筋混凝土橋梁的防護應建立在“預防性防護”的基礎上，在橋梁建設中及建成初期對其采取多種防腐措施相結合的方式對其進行改進。
