鋼筋混凝土橋梁的病害處理

于志雙

摘要:針對(duì)病害混凝土橋梁出現(xiàn)的混凝土保護(hù)層松動(dòng)、剝落和鋼筋銹蝕的現(xiàn)象,分析了原因,對(duì)存在病害的橋梁提出了加固改造措施,對(duì)設(shè)計(jì)、施工提出了建議。有害物質(zhì)是以氣體或水為載體,以混凝土的裂縫、毛細(xì)孔為通道在結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散,和混凝土中的一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。病害混凝土橋梁的處理措施包括提高混凝土密實(shí)度和防水抗?jié)B性以及鋼筋的耐蝕性,對(duì)防止病害的發(fā)生、提高橋梁的使用壽命有著重要的意義。

關(guān)鍵詞:鋼筋混凝土橋梁;病害;處理措施

1 病害發(fā)生的原因

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Ca(OH)2、(3CaO·2Al2O3·3H2O)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·2Al2O3·3H2O)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,體積可增大10%,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(duì)鋼筋混凝土的腐蝕。

2 主要的病害處理措施

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

被侵蝕松動(dòng)的混凝土,膠結(jié)結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到破壞,喪失了原有的強(qiáng)度和承載能力。在進(jìn)行處理時(shí),應(yīng)剔除松動(dòng)的混凝土,采用適當(dāng)?shù)幕炷粱蛏皾{補(bǔ)強(qiáng),侵蝕嚴(yán)重的應(yīng)考慮增大原來結(jié)構(gòu)的尺寸,降低混凝土表面的拉應(yīng)力,抑制裂縫的發(fā)生,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力。補(bǔ)強(qiáng)的混凝土或砂漿應(yīng)具有以下性能: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?/p>

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(duì)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(duì)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。

2.1.3 適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層的厚度

在混凝土耐久性規(guī)范中,規(guī)定了最小保護(hù)層厚度,較原來的鋼筋混凝土規(guī)范有了很大的提高,這是一條防止混凝土被侵蝕的重要手段,可以將延長有害物質(zhì)到達(dá)鋼筋的時(shí)間,延緩了鋼筋的腐蝕,使鋼筋混凝土的有效壽命得到提高。但在混凝土耐久性規(guī)范發(fā)布之前,混凝土鋼筋的凈保護(hù)層厚度僅為15mm,從結(jié)構(gòu)受力的角度,使截面的有效高度和承載能力較大,而從抗侵蝕能力來講,則正好相反,在惡劣的環(huán)境下,侵蝕很容易到達(dá)鋼筋位置,引起鋼筋的銹蝕和混凝土裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。所以對(duì)于侵蝕嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層的厚度,補(bǔ)強(qiáng)的混凝土凈保護(hù)層厚度滿足《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》的要求。

2.2 鋼筋

盡管混凝土具有較好的抗?jié)B性,但由于施工條件、施工質(zhì)量的不同以及在運(yùn)營過程中養(yǎng)護(hù)的問題,難以避免存在微小的孔隙和裂縫,使有害物質(zhì)容易侵入,造成鋼筋的腐蝕。對(duì)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。對(duì)于侵蝕嚴(yán)重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)該在剔除松動(dòng)的混凝土后,檢查鋼筋的銹蝕情況,如鋼筋只是表面銹蝕,應(yīng)作除銹處理后,在鋼筋表面涂刷阻銹劑,如果鋼筋的有效面積明顯減小,應(yīng)該采用同型號(hào)的鋼筋進(jìn)行綁焊。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

處于惡劣環(huán)境下的混凝土橋梁,應(yīng)在混凝土表面增設(shè)防護(hù)層。在海洋及近海環(huán)境下,經(jīng)過對(duì)多種混凝土表面防護(hù)層進(jìn)行試驗(yàn),表明采用防護(hù)層保護(hù)的混凝土試件在探測深度范圍內(nèi)氯離子的滲入量比無涂層的低7倍以上,氯離子的含量值基本接近混凝土原有的初始濃度。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按允許有裂縫設(shè)計(jì)考慮的,在正常使用狀態(tài)是存在微小裂縫的,所以表面防護(hù)層宜采用滲透結(jié)晶型混凝土防水材料,其具有遇濕固化能力,不僅可以在混凝土表面形成一道防水屏障,而且其對(duì)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)混凝土出現(xiàn)新的裂縫有水滲入時(shí),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(duì)較小的裂縫可實(shí)現(xiàn)自身修復(fù)。防護(hù)層除具有防水功能外,還應(yīng)具有以下主要技術(shù)性能[3]:與混凝土基面要有足夠的粘結(jié)力,最小應(yīng)不小于0.8MPa.;耐堿性,混凝土表面是強(qiáng)堿性,涂層材料涂刷在混凝土表面上不允許有任何有害反應(yīng)或變化;具有足夠的抗老化性,尤其是在大氣區(qū)受陽光照射的干濕交替區(qū)域,在使用壽命內(nèi),不允許有起泡、開裂的現(xiàn)象發(fā)生;具有較高密實(shí)性,阻止有害離子的滲透;有良好的透氣性和抗沖擊性。

結(jié)論:

混凝土橋梁病害的發(fā)生,除環(huán)境因素外,大多數(shù)情況下是有害物質(zhì)以結(jié)構(gòu)中的裂縫或毛細(xì)孔為通道,以水或氣體為載體,在結(jié)構(gòu)中逐步擴(kuò)散進(jìn)行的?；炷翗蛄旱牟『μ幚泶胧?yīng)是針對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫或毛細(xì)孔道的處理,提高原結(jié)構(gòu)的密實(shí)度和防水抗?jié)B性能。位于環(huán)境惡劣地區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),除考慮結(jié)構(gòu)剛度外,其設(shè)計(jì)混凝土橋梁不宜按允許裂縫出現(xiàn)的情況考慮。采用滲透結(jié)晶性防水材料作為結(jié)構(gòu)表面的防護(hù)層較單純防水材料更適合于耐久性要求。為提高結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命,保證結(jié)構(gòu)的使用安全性,應(yīng)建立定期檢測、維護(hù)和維修機(jī)制。

參考文獻(xiàn)

[1]鐵建設(shè)[2005]157號(hào),鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定[S].

[2]周以恪,張紹麟.建筑材料[M].北京:中國鐵道出版社,1994.

[3]GB50108-2001,地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].