鋼筋混凝土橋梁病害的處理

陳同福

（江西省贛州市公路管理局于都分局，江西 于都 342300）

1 引言

路橋的的興建與暢通，促進了人類社會的文化和經(jīng)濟生活的繁榮與發(fā)展。但是橋梁一旦發(fā)生倒塌事故，就會帶來巨大的損失和災(zāi)難。近些年，人們已經(jīng)開始注意到了各種因不同病害造成的橋梁困擾原因。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(rèn)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(fēng)化變質(zhì)一樣，喪失原有強度而過早損壞，影響其正常使用。遭受病害的橋梁其使用壽命將大大縮短，嚴(yán)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。

2 產(chǎn)生病害的現(xiàn)象及原因

2.1 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。

2.2 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)作用進入，當(dāng)溫度降至冰點以下時，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，并逐漸擴展連接，以致逐漸降低混凝土的強度。

2.3 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(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，最終引起保護層的開裂、剝落。

2.4 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，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。

3 有效的防控措施

3.1 混凝土。①選用適當(dāng)?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(yīng)剔除松動的混凝土，采用適當(dāng)?shù)幕炷粱蛏皾{補強，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，增強結(jié)構(gòu)的承載能力。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(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，實驗表明，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(shè)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(xì)孔，可以采用新型的滲透結(jié)晶型材料通過毛細(xì)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(yīng)，生成凝膠，堵塞毛細(xì)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。③適當(dāng)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(dá)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。

3.2 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(guān)，使結(jié)構(gòu)在設(shè)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(yán)重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)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(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。

3.3 混凝土表面的防護層。處于惡劣環(huán)境下的混凝土橋梁，應(yīng)在混凝土表面增設(shè)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(shè)計按允許有裂縫設(shè)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(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，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)。

4 對病害的處理

4.1 橋梁裂縫加固和修補方法。

橋梁裂縫處理與加固應(yīng)結(jié)合進行。加固的目的一方面是為了恢復(fù)或提高梁體的承載能力(縱向加固），提高橋梁的橫向剛度(橫向加固），另外是為了減小裂縫的產(chǎn)生和進一步的發(fā)展。常用的橋梁縱向加固方法：上部結(jié)構(gòu)加固時可采用橋面補強層加固法、增大截面和配筋法、粘貼鋼板法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、體外預(yù)應(yīng)力法等，下部結(jié)構(gòu)加固時可采用擴大基礎(chǔ)加固法、增補樁基加固法、混凝土套箍法、墩臺拓寬法和橋臺新建擋土墻加固法；橋梁橫向加固方法有：增設(shè)預(yù)應(yīng)力橫隔板、提高橋梁的橫向剛度。

新材料新工藝的采用：在改善混凝土的使用性能和耐久性方面，有各種混凝土裂縫修補技術(shù)，以聚丙烯纖維為代表的高性能纖維混凝土的應(yīng)用，堿一骨料反應(yīng)抑制劑以及滲透型鋼筋阻銹劑的推廣使用等。

4.2 注重橋梁裂縫病害的處理效果。

橋梁裂縫病害的處理效果主要取決于修補材料的質(zhì)量與相應(yīng)的施工工藝水平，早期橋梁裂縫修補，對不同部位，采用不同的材料和施工方法，橋柱和橋的縱、橫梁的裂縫修補材料，普通采用鋼板加固方法；而橋面則采用瀝青澆灌方法。前者使用的材料與方法的缺點是：增加橋梁的荷載，施工難度大，優(yōu)點是牢固可靠；后者的材料和方法的缺點是：瀝青容易老化，修補不久又產(chǎn)生裂縫，只堵漏，不補強；優(yōu)點是施工方便快捷?；炷亮芽p引起水分滲入是導(dǎo)致鋼筋銹蝕的通道。鋼筋銹蝕損壞的修復(fù)傳統(tǒng)采取"打補丁"的辦法，即局部鑿除松動的混凝土，露出銹蝕鋼筋，除銹后抹上水泥砂漿。實踐中多次發(fā)現(xiàn)效果不佳，同時還給補丁四周的鋼筋帶來更嚴(yán)重的銹蝕問題。近年來，國外開發(fā)了一種新的修復(fù)技術(shù)：在結(jié)構(gòu)表面涂上一層遷移型有機阻銹劑，它可以通過混凝土遷移到鋼筋表面，使鋼筋再鈍化。

5 結(jié)語

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)中逐步擴散進行的?；炷翗蛄旱牟『μ幚泶胧?yīng)是針對結(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(yīng)建立定期檢測、維護和維修機制。

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