鐵路混凝土橋梁病害的原因及防治對策分析
2015-07-20
鐵路橋梁的興建與暢通是確保鐵路正常運行的咽喉地帶,更是溝通全國鐵路交通網(wǎng)的關(guān)鍵。由于歷史原因,在建設(shè)橋梁的當時技術(shù)力量缺乏,設(shè)計、施工管理的不完善,設(shè)備水平落后等,加之近幾年的風(fēng)化作用，使橋梁喪失原有的強度，橋梁的使用壽命大大縮短。所以為了維護橋梁的正常使用，需要工作人員對橋梁出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土保護層剝落等現(xiàn)象進行病害整治和加固維修。
一、鐵路混凝土橋梁病害類型
如何延長鐵路混凝土橋的使用壽命，是鐵建工作人員一直在努力探索的問題。混凝土橋梁在營運使用的過程中，要經(jīng)受外界壞境的侵蝕和內(nèi)部鋼筋銹蝕的影響,造成混凝土橋梁不同程度的損傷。一般而言,建成的時間越長，其損傷就越嚴重。
混凝土橋梁損傷的主要形態(tài)包括: 剝落、裂縫、鋼筋外露、剝離、漏水、蜂窩等現(xiàn)象；引起混凝土橋梁產(chǎn)生病害的主要原因可以歸納為六點：①建設(shè)時內(nèi)部的缺陷；②超荷載承載；③鋼筋銹蝕；④霜凍、風(fēng)化等壞境問題；⑤列車機械作用；⑥高溫和火災(zāi)意外原因。
二、鐵路混凝土橋梁病害及分析
1.化學(xué)侵蝕引起的腐蝕
化學(xué)侵蝕介質(zhì)主要包括碳化腐蝕、氯鹽腐蝕和硫酸鹽腐蝕等?；炷林饕怯蓺溲趸}化合物晶體與集料固化而成,由于空氣中二氧化碳氣體滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化。碳化后使混凝土的堿度降低，當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。對于鋼筋混凝土來說，碳化會使混凝土的堿度降低。同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。
2.物理作用引起的腐蝕
物理作用引起的腐蝕最具有代表性的是反復(fù)凍融循環(huán),凍融破壞的原理是空氣中的水份通過毛細作用進入混凝土中的裂縫和孔隙，當氣溫降至零度以下時，裂縫中的水霧凍結(jié)膨脹，導(dǎo)致孔壁受力擴張；當溫度回升的時候冰開始融化，使孔壁產(chǎn)生拉力。經(jīng)過長時間的持續(xù)反復(fù)凍融，使混凝土裂縫越來越大，數(shù)量也不斷增加，并不斷擴展連接，最終導(dǎo)致混凝土的強度逐漸降低。
3.裂縫形成原因
一般鐵路混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫有七種成因:①混凝土由于天氣干燥萎縮造成的裂縫;②建設(shè)構(gòu)造不合理引起的裂縫;③由于堿硅反應(yīng)引起的裂縫;④負荷載重列車引起的裂縫;⑤鋼筋銹蝕造成的裂縫;⑥太陽輻射、暴曬引起的裂縫；⑦外界環(huán)境因素造成的裂縫。
4.鋼筋的銹蝕
混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕是電化過程。在氧和水同時存在的情況下,生成的氧化鐵體積越來越大，鋼筋開始腐蝕?；炷林械匿摻畎l(fā)生銹蝕使得鋼筋有效截面積減小、體積增大，從而導(dǎo)致混凝土膨脹、剝落、鋼筋與混凝土的握裹力及承載力降低，直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性。
三、防控病害的措施
1.混凝土
?、儆捎谇治g混凝土松動，粘度已經(jīng)遭到不同程度的破壞，喪失了原有的承載能力和強度，應(yīng)選用適當強度的混凝土或砂漿進行修復(fù)。
?、诓『μ幚硪ㄟ^兩個方面考慮，一個是增強結(jié)構(gòu)材料的防水性能，另一個是提高混凝土的密度?？梢酝ㄟ^埋設(shè)注漿嘴高壓注漿的方法對結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫進行填塞封堵；對于貫通的毛細孔，可以通過毛細孔把滲透結(jié)晶型材料注入混凝土內(nèi)部，與混凝土內(nèi)部的特有物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成凝膠提高混凝土的密度，從而增強混凝土的強度和抗侵蝕能力。
2.鋼筋的腐蝕
由于施工質(zhì)量、條件的不同以及在運營過程中養(yǎng)護不到位的因素，很難避免橋梁出現(xiàn)細小的孔隙和裂縫，導(dǎo)致有害物的侵入，造成鋼筋腐蝕。在有輕微侵蝕現(xiàn)象的鋼筋混凝土基面上涂阻銹劑，使其滲透到混凝土中的鋼筋上面，同時增強混凝土的透氣性，有效的讓水分散發(fā)，從而保護鋼筋，防止銹蝕；在有侵蝕現(xiàn)象嚴重的鋼筋混凝土中，應(yīng)該先剔除松動的混凝土，然后檢查鋼筋的銹蝕具體情況，如果鋼筋只是表面銹蝕，應(yīng)把銹做剔除處理，在鋼筋表面涂刷阻銹劑，如果鋼筋的腐蝕現(xiàn)象比較嚴重，在原有的鋼筋體上進行綁焊。最后把混凝土補實，在其表面噴涂阻銹劑。
3.混凝土表面的防護層
混凝土橋梁處于惡劣的環(huán)境下，應(yīng)在混凝土表面增設(shè)防護層?；炷恋姆雷o分很多種類，如防炭化、防化學(xué)腐蝕、防風(fēng)沙等物理損蝕、防風(fēng)化、防氯離子對鋼筋混凝土的破壞等，不同的防護要求要用不同的防護材料進行保護，沒有哪個最佳的，只有針對某一情況選擇相對比較合適的材料。在防水方面，可以使用水泥滲透結(jié)晶防水材料，其材料的研究開發(fā)起衷是混凝土防護，他通過催化反應(yīng)生成不溶物封閉混凝土毛細孔的方法，使混凝土表面致密（一定深度內(nèi)），從而達到防水、抗氯離子滲透、防風(fēng)化、增加表面機械強度、提高抗炭化能力都有一定的作用。當混凝土出現(xiàn)新的裂縫有水滲入時，在混凝土內(nèi)部未反應(yīng)的涂層顆粒還可與混凝土中的物質(zhì)繼續(xù)反應(yīng)生成新的凝膠，對較小的裂縫可實現(xiàn)自身修復(fù)。
四、橋梁的加固和處理病害的技術(shù)
1.橋梁裂縫加固
橋梁裂縫的處理和加固相結(jié)合同時進行。為了減小裂縫的產(chǎn)生和進一步的發(fā)展，采用兩項加固方法：縱向加固的目的是為了恢復(fù)或提高梁體的承載能力；橫向加固是提高橋梁的橫向剛度。其中常用的橋梁縱向加固方法：橋梁上面部分的加固時可采用粘貼鋼板法、橋面補強層加固法、體外預(yù)應(yīng)力法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、增大截面和配筋法等；橋梁下部的加固可采用增補樁基加固法、擴大基礎(chǔ)加固法、橋臺新建擋土墻加固法、混凝土套箍法、墩臺拓寬法等；橋梁橫向加固方法有：提高橋梁的橫向剛度、增設(shè)預(yù)應(yīng)力橫隔板。
2.橋梁裂縫病害的處理
修補材料的質(zhì)量與相應(yīng)的施工工藝水平對橋梁裂縫病害的處理效果有很大的影響，早期的橋梁裂縫修補方法是對不同部位的裂縫，采用不同的材料和施工方法，對橋柱和橋的縱、橫梁的裂縫進行修補時，普通采用鋼板加固方法，這種方法和使用的材料的缺點是增加橋梁的負載，施工有很大的難度，優(yōu)點是有效的增加橋梁牢固可靠性；橋面則采用瀝青澆灌方法，這種方法和使用的材料的缺點是瀝青容易產(chǎn)生老化現(xiàn)象，修補不久后又產(chǎn)生新的裂縫，只能堵漏，不會補強，優(yōu)點是施工方便快捷。
混凝土的裂縫導(dǎo)致水分滲入促使鋼筋銹蝕的重要原因。鋼筋銹蝕損壞的傳統(tǒng)修復(fù)是采取"打補丁"的方法，即鑿除局部的松動混凝土，露出銹蝕鋼筋，除銹后抹上水泥砂漿。通過實踐證明這種效果不佳，同時還會給受補部分的鋼筋周圍帶來更嚴重的銹蝕問題。近年來，國外研發(fā)了一種新的修復(fù)技術(shù)，即在混凝土表面涂上一種遷移型有機阻銹劑，它可以通過混凝土滲入到鋼筋表面，有效阻止鋼筋銹蝕。
結(jié)束語：
鋼筋混凝土是人類使用的最大宗建筑結(jié)構(gòu)材料。然而，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于受到各種環(huán)境條件的侵蝕，往往在服役壽命期間而破壞?？v觀鋼筋混凝土的各類破壞機理，鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、堿集料反應(yīng)、硫酸鹽侵蝕和收縮開裂等是鋼筋混凝土劣化的主要原因。為提高其耐久性和使用壽命，做好鐵路鋼筋混凝土橋梁病害的防治工作，保證其使用的安全性，應(yīng)建立定期的檢測、維修機制是十分必要的。
