鋼筋混凝土橋梁的病害原因及處理措施

謝建兵

（新疆路橋橋梁工程建設有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

在橋梁工程中，混凝土作為主要的建筑材料而被廣泛使用，它一直被認為是非常耐久的材料。近幾年來，才逐漸發(fā)現(xiàn)它也會像天然石材在一定的條件下被風化變質(zhì)一樣，喪失原有強度而過早損壞，影響其正常使用?；炷翗蛄旱脑O計壽命一般都為一百年，但遭受病害的橋梁其使用壽命將大大縮短，嚴重的在建成幾年就會出現(xiàn)混凝土保護層剝落、鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，需要進行病害整治和加固維修。

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成分Ca（OH）2、（3CaO ·2Al2O3 ·3H2O）容易與侵蝕性介質(zhì)發(fā)生化學反應，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，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Cl-與鋼筋接觸，含量達到一定程度時，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，Cl-具有導電作用，可以和Fe2+發(fā)生反應生成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，水份通過毛細作用進入，當溫度降至冰點以下時，孔隙中的水凍結(jié)膨脹，體積可增大10%，使孔壁受壓變形，當溫度升高冰融化后，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，并逐漸擴展連接，以致逐漸降低混凝土的強度。

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鋼筋表面，并發(fā)生化學反應，引起體積膨脹，使混凝土的裂縫加大，最終引起保護層的開裂、剝落。

1.4 鋼筋的銹蝕

鋼筋的銹蝕是電化學過程，除受其自身性能影響外，與混凝土的性能和外界環(huán)境有著密切的關系，在大氣區(qū)當裂縫達到0.3mm 時，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，使保護層的混凝土開裂，使有害物質(zhì)更容易進入混凝土內(nèi)部，加速對鋼筋混凝土的腐蝕。

2 主要的病害處理措施

2.1 混凝土

2.1.1 選用適當?shù)难a強混凝土或砂漿

被侵蝕松動的混凝土，膠結(jié)結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到破壞，喪失了原有的強度和承載能力。在進行處理時，應剔除松動的混凝土，采用適當?shù)幕炷粱蛏皾{補強，侵蝕嚴重的應考慮增大原來結(jié)構(gòu)的尺寸，降低混凝土表面的拉應力，抑制裂縫的發(fā)生，增強結(jié)構(gòu)的承載能力。補強的混凝土或砂漿應具有以下性能：

（1）和易性好，具有較好的彈性和低收縮率，使補強的混凝土不開裂。

（2）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)要求的抗彎強度或抗拉強度。

（3）要有較高的密實度以及抗化學侵蝕的性能，滿足抗?jié)B、抗凍要求。

（4）位于侵蝕環(huán)境水中的橋墩，應采用防水混凝土和適當?shù)幕旌蠐搅匣蛱砑觿?/p>

2.1.2 提高混凝土的密實度

一般病害的發(fā)生是以水為載體，通過裂縫或孔道到達混凝土內(nèi)部和鋼筋位置，而且裂縫越大，侵蝕的速度就越快，實驗表明，橋梁結(jié)構(gòu)要達到百年的使用壽命，裂縫寬度必須控制在0.15mm 以內(nèi)。病害處理應包括改善結(jié)構(gòu)材料的防水性能和提高密實度兩個方面。對于既有結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫，可以通過埋設注漿嘴進行高壓注漿的方法進行填塞封堵；對于貫通的毛細孔，可以采用新型的滲透結(jié)晶型材料通過毛細孔進入混凝土內(nèi)部，與混凝土本身的某些物質(zhì)發(fā)生反應，生成凝膠，堵塞毛細孔，提高混凝土的密實度，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 適當增加混凝土保護層的厚度

在混凝土耐久性規(guī)范中，規(guī)定了最小保護層厚度，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)到達鋼筋的時間，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，侵蝕很容易到達鋼筋位置，引起鋼筋的銹蝕和混凝土裂縫的進一步發(fā)展。所以對于侵蝕嚴重的結(jié)構(gòu)應考慮適當增加混凝土保護層的厚度，補強的混凝土凈保護層厚度滿足《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計暫行規(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)量的不同以及在運營過程中養(yǎng)護的問題，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，通過滲透進入混凝土中，同時不妨礙混凝土的透氣性及水分散發(fā)，保護混凝土中的鋼筋，防止其進一步銹蝕。阻銹劑的摻入量與有害物質(zhì)的滲入總量有關，使結(jié)構(gòu)在設計使用壽命內(nèi)不會因鋼筋銹蝕而發(fā)生破壞。對于侵蝕嚴重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應該在剔除松動的混凝土后，檢查鋼筋的銹蝕情況，如鋼筋只是表面銹蝕，應作除銹處理后，在鋼筋表面涂刷阻銹劑，如果鋼筋的有效面積明顯減小，應該采用同型號的鋼筋進行綁焊。在混凝土補強后，在結(jié)構(gòu)表面再噴涂阻銹劑。

2.3 混凝土表面的防護層

處于惡劣環(huán)境下的混凝土橋梁，應在混凝土表面增設防護層。在海洋及近海環(huán)境下，經(jīng)過對多種混凝土表面防護層進行試驗，表明采用防護層保護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)設計按允許有裂縫設計考慮的，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，而且其對混凝土的滲透性強，滲入混凝土中后，其活性物質(zhì)可與混凝土中的物質(zhì)進一步反應生成凝膠，堵塞已存在于混凝土中的空隙、裂縫及毛細孔，以增加基層混凝土的密實度，阻止了水和各種侵蝕性介質(zhì)的滲入。當混凝土出現(xiàn)新的裂縫有水滲入時，在混凝土內(nèi)部未反應的涂層顆粒還可與混凝土中的物質(zhì)繼續(xù)反應生成新的凝膠，對較小的裂縫可實現(xiàn)自身修復。防護層除具有防水功能外，還應具有以下主要技術(shù)性能：

（1）與混凝土基面要有足夠的粘結(jié)力，最小應不小于0.8MPa。

（2）耐堿性，混凝土表面是強堿性，涂層材料涂刷在混凝土表面上不允許有任何有害反應或變化。

（3）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。

（4）具有較高密實性，阻止有害離子的滲透。

（5）有良好的透氣性和抗沖擊性。

3 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)中的裂縫或毛細孔為通道，以水或氣體為載體，在結(jié)構(gòu)中逐步擴散進行的。混凝土橋梁的病害處理措施應是針對結(jié)構(gòu)裂縫或毛細孔道的處理，提高原結(jié)構(gòu)的密實度和防水抗?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，其設計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，應建立定期檢測、維護和維修機制。

[1]鐵建設[2005]157 號，鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計暫行規(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].