淺談混凝土橋梁的病害及防治
2015-06-30
0.引言
橋梁是指架設(shè)在江河湖海上，使車輛行人等能順利通行的建筑物。修建橋梁主要是方便行人或車輛通行，與此同時(shí)，對社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與文化的繁榮也有著重要的促進(jìn)作用。橋梁所發(fā)揮的作用巨大，但是在修建的過程中不注重施工質(zhì)量控制，一旦有坍塌事故的出現(xiàn)造成的損失與災(zāi)難也是巨大的。近年來，橋梁的坍塌事故也經(jīng)常報(bào)道，也引起的人們對橋梁安全問題的思考與重視。工程人員也開始注意橋梁工程各種病害的防治。由于混凝土的具有穩(wěn)定耐久的良好性能，在工程中使用最廣泛的一種材料，鋼筋混凝土材質(zhì)的橋梁也是做常見的。但是橋梁常年暴露與太陽下，經(jīng)受風(fēng)吹日曬，混凝土就會(huì)風(fēng)化變質(zhì)，強(qiáng)度也會(huì)因此損壞，對其正常的使用有著嚴(yán)重的影響。病害嚴(yán)重的橋梁使用幾年以后，混凝土保護(hù)層剝落、鋼筋銹蝕的不良現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)，需要花費(fèi)大筆資金對病害整治和加固維修。
1.常見病害及其原因
1.1侵蝕性介質(zhì)腐蝕
侵蝕性介質(zhì)腐蝕主要指混凝土中含有的某些化學(xué)成分（3CaO·2Al2O·33H2O）、Ca（OH）2容易與侵蝕性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比較典型的是氯鹽的腐蝕和硫酸鹽的腐蝕。氯鹽的腐蝕主要是環(huán)境中游離的Cl-和混凝土中的（3CaO·2Al2O·33H2O）等發(fā)生反應(yīng)，生成易溶的CaCl2和大量的結(jié)晶水，使體積膨脹好幾倍，造成混凝土的破壞，當(dāng)Cl-與鋼筋接觸，含量達(dá)到一定程度時(shí)，使該處的PH值迅速下降，鋼筋的鈍化膜發(fā)生破壞，使與完好的鈍化膜區(qū)域之間構(gòu)成了電位差，同時(shí)，Cl-具有導(dǎo)電作用，可以和Fe2+發(fā)生反應(yīng)生成FeCl2，加速了鋼筋的腐蝕。硫酸鹽的腐蝕可以出現(xiàn)鈣釩石破壞和石膏膨脹破壞。
1.2凍融破壞
主要表現(xiàn)在混凝土中存在大量的孔隙和裂縫，水份通過毛細(xì)作用進(jìn)入，當(dāng)溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，孔隙中的水凍結(jié)膨脹，使孔壁受壓變形，當(dāng)溫度升高冰融化后，使孔壁產(chǎn)生拉力，經(jīng)過持續(xù)的反復(fù)凍融，使混凝土發(fā)生開裂，裂縫隨著凍融次數(shù)的增多而增加，并逐漸擴(kuò)展連接，以致逐漸降低混凝土的強(qiáng)度。
1.3混凝土的碳化
在大氣環(huán)境下，橋梁結(jié)構(gòu)的破壞主要是鋼筋的混凝土保護(hù)層碳化，堿性降低，混凝土出現(xiàn)裂縫，大氣中的氧氣和水深入混凝土中到達(dá)鋼筋表面，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起體積膨脹，使混凝土的裂縫加大，最終引起保護(hù)層的開裂、剝落。
1.4鋼筋的銹蝕
鋼筋的銹蝕是電化學(xué)過程，除受其自身性能影響外，與混凝土的性能和外界環(huán)境有著密切的關(guān)系，在大氣區(qū)當(dāng)裂縫達(dá)到0.3mm時(shí)，鋼筋已經(jīng)開始腐蝕。鋼筋生銹后，使其本身有效截面縮小，生成的氧化鐵體積比原來膨脹好幾倍，使保護(hù)層的混凝土開裂，使有害物質(zhì)更容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，加速對鋼筋混凝土的腐蝕。
2.病害防治方法
一般的混凝土橋梁病害是由幾種破壞組合，加速了侵蝕的程度。探求處理病害的處理措施應(yīng)該全面的從共性的問題上去解決。
2.1混凝土
2.1.1選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)混凝土或砂漿
混凝土受到侵蝕以后就會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象，膠結(jié)牢固的結(jié)構(gòu)就會(huì)被破壞，原有的承載能力與強(qiáng)度就會(huì)喪失。對其進(jìn)行加固時(shí)，需要將松動(dòng)的混凝土給以剔除干凈，選用符合要求的砂漿或混凝土及時(shí)的進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。對于侵蝕嚴(yán)重的部位，需要擴(kuò)大剔除的尺寸范圍，使混凝土表面的拉應(yīng)力降低，避免裂縫的出現(xiàn)，使其結(jié)構(gòu)的承載能力得到一定程度的增強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)的混凝土或砂漿應(yīng)具有：和易性好，具有較好的彈性和低收縮率，使補(bǔ)強(qiáng)的混凝土不開裂；與既有混凝土構(gòu)件要有較高的粘接力，以及相一致的線膨脹系數(shù)，滿足結(jié)構(gòu)要求的抗彎強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度。要有較高的密實(shí)度以及抗化學(xué)侵蝕的性能，滿足抗?jié)B、抗凍要求；位于侵蝕環(huán)境水中的橋墩，應(yīng)采用防水混凝土和適當(dāng)?shù)幕旌蠐搅匣蛱砑觿┑裙δ堋?br />
2.1.2提高混凝土的密實(shí)度
一般病害的發(fā)生是以水為載體，通過裂縫或孔道到達(dá)混凝土內(nèi)部和鋼筋位置，而且裂縫越大，侵蝕的速度就越快，實(shí)驗(yàn)表明，橋梁結(jié)構(gòu)要達(dá)到百年的使用壽命，裂縫寬度必須控制在0.15mm以內(nèi)。病害處理應(yīng)包括改善結(jié)構(gòu)材料的防水性能和提高密實(shí)度兩個(gè)方面。對于既有結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫，可以通過埋設(shè)注漿嘴進(jìn)行高壓注漿的方法進(jìn)行填塞封堵；對于貫通的毛細(xì)孔，可以采用新型的滲透結(jié)晶型材料通過毛細(xì)孔進(jìn)入混凝土內(nèi)部，與混凝土本身的某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成凝膠，堵塞毛細(xì)孔，提高混凝土的密實(shí)度，增加抗?jié)B性，從而提高混凝土的抗侵蝕能力和使用壽命。
2.2鋼筋
雖然混凝土抗?jié)B性能相對良好，但是由于施工季節(jié)、施工環(huán)境及施工質(zhì)量的各異，同時(shí)在橋梁運(yùn)營中的養(yǎng)護(hù)的要求的不同，微小的孔隙和裂縫的出現(xiàn)很難避免，害物質(zhì)的侵入也就輕而易舉，最終導(dǎo)致鋼筋的腐蝕。對于侵蝕輕微的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土基面涂刷阻銹劑，通過滲透進(jìn)入混凝土中，同時(shí)不妨礙混凝土的透氣性及水分散發(fā)，保護(hù)混凝土中的鋼筋，防止其進(jìn)一步銹蝕。阻銹劑的摻入量與有害物質(zhì)的滲入總量有關(guān)，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)不會(huì)因鋼筋銹蝕而發(fā)生破壞。在混凝土補(bǔ)強(qiáng)后，在結(jié)構(gòu)表面再噴涂阻銹劑。
2.3混凝土表面的防護(hù)層
鋼筋混凝土橋梁所處的環(huán)境比較惡劣時(shí)，需要設(shè)置一層防護(hù)層于混凝土的表面。有關(guān)人員對橋梁修筑在近?；蚝Ｑ蟮沫h(huán)境中，選擇不同種類的混凝土表面防護(hù)層進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)如果對混凝土表面進(jìn)行防護(hù)，在探測深度范圍內(nèi)氯離子的滲入量比混凝土表面不涂保護(hù)層的至少低7倍，混凝土表面涂保護(hù)層時(shí)，對氯離子的含量進(jìn)行測定，其值與混凝土原有的氯離子濃度基本一樣。對鋼筋混凝土橋梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常按照有裂縫進(jìn)行設(shè)計(jì)的，在正常的使用情況下，微小裂縫是存在的，因此最好采用遇濕固化能力強(qiáng)的滲透結(jié)晶型混凝土防水材料對混凝土的表面進(jìn)行防護(hù)，這樣可以在混凝土表面形成一道防水屏障，同時(shí)，其對混凝土的滲透性強(qiáng)，滲入混凝土中后，其活性物質(zhì)可與混凝土中的物質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)生成凝膠，堵塞已存在于混凝土中的空隙、裂縫及毛細(xì)孔，以增加基層混凝土的密實(shí)度，阻止了水和各種侵蝕性介質(zhì)的滲入。當(dāng)水滲入混凝土新出現(xiàn)的裂縫時(shí)，在沒有反應(yīng)的混凝土內(nèi)部涂層顆粒就會(huì)與混凝土中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，一種新的凝膠就會(huì)產(chǎn)生，對于小裂縫該膠凝能夠進(jìn)行自身修復(fù)。
3.結(jié)語
除了外界環(huán)境對橋梁病害有一定影響外，主要還是有害物質(zhì)的浸入造成的，有害物質(zhì)以水為載體，通過結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)孔或裂縫，有害物質(zhì)就會(huì)在結(jié)構(gòu)中不斷的進(jìn)行擴(kuò)散。所以對結(jié)構(gòu)裂縫或毛細(xì)孔道進(jìn)行處理是橋梁病害的重要措施。在施工中，加強(qiáng)對橋梁結(jié)構(gòu)的防水抗?jié)B能力和密實(shí)度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。其結(jié)構(gòu)表面層選用滲透結(jié)晶性防水材料進(jìn)行防護(hù)。同時(shí)，還應(yīng)定期對橋梁進(jìn)行檢測與維護(hù)，建立良好的養(yǎng)護(hù)與維修機(jī)制，提高橋梁的使用壽命，確保其安全運(yùn)營。
