鋼筋混凝土橋梁病害的分析及處理措施

鐵祥禮

【摘要】就如何對(duì)既有橋梁做出正確的檢測(cè)、評(píng)估及加固入手，詳細(xì)的分析了混凝土橋梁出現(xiàn)的病害的原因及防控措施。

【關(guān)鍵詞】混凝土鋼筋橋梁；病害原因；處理措施

1. 引言

路橋的的興建與暢通，促進(jìn)了人類社會(huì)的文化和經(jīng)濟(jì)生活的繁榮與發(fā)展。但是橋梁一旦發(fā)生倒塌事故，就會(huì)帶來(lái)巨大的損失和災(zāi)難。近些年，人們已經(jīng)開(kāi)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(lái)，才逐漸發(fā)現(xiàn)它也會(huì)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(qiáng)度而過(guò)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(huì)出現(xiàn)混凝土保護(hù)層剝落、鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，需要進(jìn)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Ca（OH）2、（3CaO·2Al2O·33H2O）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·2Al2O·33H2O）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。

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(guò)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，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(guò)持續(xù)的反復(fù)凍融，使混凝土發(fā)生開(kāi)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。

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(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(kāi)裂、剝落。

2.4鋼筋的銹蝕。鋼筋的銹蝕是電化學(xué)過(guò)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(kāi)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(lái)膨脹好幾倍，使保護(hù)層的混凝土開(kāi)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。

3. 有效的防控措施

一般的混凝土橋梁病害是由幾種破壞組合，加速了侵蝕的程度。探求處理病害的處理措施應(yīng)該全面的從共性的問(wèn)題上去解決。

3.1混凝土。

（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(lái)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：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(kāi)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┑裙δ堋＃?）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(guò)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(guò)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(guò)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。（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(lái)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(zhǎng)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。

（4）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(lái)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。

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(yùn)營(yíng)過(guò)程中養(yǎng)護(hù)的問(wèn)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(guò)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。

3.3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(guò)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(cè)深度范圍內(nèi)氯離子的滲入量比無(wú)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)。

4. 結(jié)語(yǔ)

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。混凝土橋梁的病害處理措施應(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(cè)、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].

[文章編號(hào)]1619-2737（2013）07-23-656