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(diào)查發(fā)現(xiàn)有相當(dāng)數(shù)量的混凝土橋梁，過早出現(xiàn)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(jié)構(gòu)強(qiáng)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(dǎo)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(jié)構(gòu)混凝土，引起鋼筋銹蝕而導(dǎo)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(fù)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(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量；(3)橋梁結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境；(4)橋梁結(jié)構(gòu)的使用條件與防護(hù)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(shè)計(jì)與施工質(zhì)量是決定橋梁耐久性的內(nèi)因。混凝土是由水泥、水、粗集料和某些外加劑，經(jīng)過攪拌、澆注、振搗和養(yǎng)護(hù)硬化等過程而形成的人工復(fù)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。混凝土的缺陷(例如裂縫、氣泡、孔穴等)都會造成水分和侵蝕性物質(zhì)滲入混凝土內(nèi)部，與混凝土發(fā)生物理化學(xué)作用，腐蝕結(jié)構(gòu)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(shí)或有裂縫
這往往是造成鋼筋銹蝕的主要原因。尤其當(dāng)水泥用量不當(dāng)和澆搗不良，或者在混凝土澆注中產(chǎn)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(zhì)的滲透創(chuàng)造了有利條件，多種侵蝕介質(zhì)容易達(dá)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(qiáng)的堿性，這就使混凝土中鋼筋的表面形成一層膠質(zhì)鈍化層，該鈍化層對鋼筋耐腐蝕性是有利的。當(dāng)混凝土構(gòu)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(jìn)入到混凝土的內(nèi)部，最終會接觸鋼筋并開始沉積。當(dāng)氯離子達(dá)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(xiàn)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?xì)怏w，逐漸中和混凝土的水泥水化物，把結(jié)硬的水泥漿中的氫氧化碳轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，使混凝土失去堿性而變成中性化。這種現(xiàn)象稱為“碳化”。當(dāng)碳化深度達(dá)到超過鋼筋保護(hù)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(hù)的屏障。進(jìn)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(hù)層的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般不會發(fā)生鋼筋腐蝕；而處于潮濕的或有侵蝕介質(zhì)的環(huán)境中，混凝土將加速碳化，一般當(dāng)ph值大于10時，鋼筋腐蝕速度較小，當(dāng)ph值小于4時鋼筋腐蝕速度急劇增加。
3、防護(hù)措施的原則：
3.1由于橋梁的重要性不同，因此應(yīng)引入根據(jù)橋梁重要性對橋梁進(jìn)行分級防護(hù)的理念。不同等級的橋梁，根據(jù)經(jīng)濟(jì)狀況和其他一些因素，采取不同保證率下的防護(hù)級別和相應(yīng)對策。
3.2對于所有橋梁，由于鋼筋銹蝕會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力急劇下降，因此應(yīng)提倡預(yù)防性防護(hù)的理念，尤其對于特別重要的橋梁，采取事前防護(hù)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(hù)產(chǎn)品，均不應(yīng)導(dǎo)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(hù)產(chǎn)品，均應(yīng)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(hù)還應(yīng)跟當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況結(jié)合起來，因地制宜。首先根據(jù)橋梁的政治經(jīng)濟(jì)地位、地理位置、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、氣候條件等對橋梁進(jìn)行分級，根據(jù)不同的級別采取不同的防護(hù)措施，其次是根據(jù)分級篩選經(jīng)濟(jì)實(shí)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(fù)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(yùn)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(hù)和破損防護(hù)。無破損防護(hù)主要是電化學(xué)防護(hù)法，只要鋼筋攜帶足夠數(shù)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(hù)法防止鋼筋腐蝕。陰極保護(hù)可分為外加電流陰極防護(hù)法和電鍍陰極防護(hù)法；陰極保護(hù)法主要有犧牲陽極、外加電流等方法，這類方法主要通過補(bǔ)償鐵原子失去的電子而達(dá)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(shù)要求高，工藝比較復(fù)雜，后期維護(hù)費(fèi)用高，目前大多應(yīng)用于大型復(fù)雜鋼筋混凝土橋梁的重點(diǎn)部位或構(gòu)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(yù)防對策
4.1提高混凝土保護(hù)層質(zhì)量
(1)加大混凝土保護(hù)層厚度。
(2)提高混凝土密實(shí)度。模板質(zhì)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(xiàn)蜂窩、孔洞；摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰，改變混凝土內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，提高混凝土密實(shí)度，同時增加對氯離子擴(kuò)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(yīng)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(xué)外加劑等；二是防止因溫度變化引起混凝土開裂，合理設(shè)置、安裝橋梁伸縮縫與支座，加強(qiáng)橋梁養(yǎng)護(hù)，及時清理伸縮縫中雜物；三是應(yīng)用設(shè)計(jì)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(jìn)行養(yǎng)護(hù)，施工現(xiàn)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(yīng)少于水泥重量的1%，摻氯鹽的混凝土必須振搗密實(shí)，且不宜采用蒸汽養(yǎng)護(hù)。
4.3提高橋梁防水功能
鋼筋銹蝕主要是因混凝土保護(hù)層碳化和氯化物侵蝕，這兩種腐蝕現(xiàn)象都是以水為載體進(jìn)行。應(yīng)該說橋梁防水是橋梁結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)混凝土的碳化和混凝土內(nèi)鋼筋的腐蝕。通過對大量的舊橋檢測和加固施工，發(fā)現(xiàn)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(jìn)入空心板內(nèi)部，并很難排除來，長期侵蝕梁體混凝土和鋼筋。因此應(yīng)注重封頭混凝土施工質(zhì)量，確?；炷撩軐?shí)，也可對混凝土進(jìn)行防水處理。在鉸縫處，由于連接比較薄弱，加上施工質(zhì)量較差，許多橋梁在使用早期就出現(xiàn)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(yán)重滲水，板的翼緣混凝土碳化最為嚴(yán)重，部分鋼筋開始銹蝕。因此，從設(shè)計(jì)上要采取措施，加強(qiáng)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(jié)束語
避免鋼筋混凝土橋梁遭受侵蝕，并降低維修費(fèi)用，鋼筋混凝土橋梁的防護(hù)應(yīng)建立在“預(yù)防性防護(hù)”的基礎(chǔ)上，在橋梁建設(shè)中及建成初期對其采取多種防腐措施相結(jié)合的方式對其進(jìn)行改進(jìn)。
