橋梁結(jié)構(gòu)中混凝土碳化引起鋼筋銹蝕的檢測及防治

趙 文 娟

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中　030600)

?

橋梁結(jié)構(gòu)中混凝土碳化引起鋼筋銹蝕的檢測及防治

趙 文 娟

(山西省晉中路橋建設(shè)集團有限公司，山西 晉中030600)

介紹了鋼筋銹蝕機理，論述了目前常用的鋼筋銹蝕的非破損檢測方法，并從設(shè)計、施工、選材等方面，提出了鋼筋銹蝕的預(yù)防和修復(fù)措施，有助于延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

鋼筋，銹蝕程度，混凝土，非破損檢測

0　引言

隨著我國交通運輸事業(yè)的發(fā)展，運輸量及行車載重大幅增長，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)具有載重大的顯著特性，成為橋梁建設(shè)中應(yīng)用最為廣泛的建筑材料和最常用的結(jié)構(gòu)形式。隨著使用年限的增加，混凝土碳化引起的鋼筋銹蝕導(dǎo)致橋體出現(xiàn)各種不同程度病害，嚴重的甚至影響建筑物的安全運行,危及人民群眾的生命財產(chǎn)安全。

鋼筋銹蝕對橋梁耐久性的不利影響是一個突出的災(zāi)害性問題。在工程建設(shè)中，關(guān)注和重視鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕機理和原因，采取針對性的防護措施，有效延長橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，確保工程建設(shè)的經(jīng)濟效益和社會效益。

1　鋼筋銹蝕機理

混凝土碳化是大氣環(huán)境下混凝土腐蝕的一種最常見形式。在混凝土結(jié)構(gòu)中，氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳和水發(fā)生碳化反應(yīng)，使得混凝土孔隙水溶液的pH值降低，水泥石水化物形成的堿性氧化物變成碳酸鹽(見圖1)。同時，pH值降低導(dǎo)致鋼筋發(fā)生鈍化的堿性條件破壞，使得鋼筋處于活化狀態(tài)，在水和氧的作用下發(fā)生銹蝕(見圖2)。

圖1　混凝土碳化　　　　　　　　　圖2　鋼筋銹蝕

在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中，銹蝕后的鋼筋體積不斷膨脹，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)順筋脹裂現(xiàn)象，顯著降低鋼筋與混凝土的粘結(jié)力，使得結(jié)構(gòu)的變形增大，剛度和承載力降低并不可恢復(fù)，嚴重的甚至出現(xiàn)鋼筋斷裂。同時，鋼筋銹蝕在混凝土中產(chǎn)生相當大的拉應(yīng)力，降低了結(jié)構(gòu)的延性,改變了破壞形態(tài)，極大的影響了結(jié)構(gòu)的正常運行。當橋梁載荷超過結(jié)構(gòu)的剩余承載力時，橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的概率顯著增加。

在總體安全、經(jīng)濟的前提下，對出現(xiàn)的鋼筋銹蝕病害進行迅速準確的判斷，檢測其受損程度及做好加固改造處理，最大限度延長混凝土結(jié)構(gòu)的功能與使用壽命是關(guān)系到安全、正常使用和經(jīng)濟的重大問題。

2　鋼筋銹蝕的非破損檢測

在鋼筋銹蝕的非破損檢測中，目前應(yīng)用較多的主要是視覺和聲學法、分析法、物理檢測法、電化學檢測法等。

1)視覺和聲學法。主要是通過對露出的鋼筋表面進行觀察是否存在大量銹斑或敲擊混凝土表面聽取是否空鼓做出銹蝕判斷，或使用超聲檢測儀對順筋裂縫進行檢測,合理判讀結(jié)果后做出判斷。

2)分析法。該法的原理是考慮橋梁所處環(huán)境因素的影響，綜合鋼筋直徑、保護層厚度、混凝土強度、裂縫寬度等因素，通過建立鋼筋銹蝕預(yù)測模型來進行合理判斷鋼筋銹蝕程度。截至目前，該法缺少充分的理論根據(jù)和大量的工程驗證，還需進行進一步研究。

3)物理檢測法。該法的原理是通過測定與鋼筋有關(guān)的電阻、電磁、熱傳導(dǎo)、聲傳播等物理特性，依據(jù)測定的物理特性的變化來合理判斷鋼筋的銹蝕程度。目前應(yīng)用較多的有電阻棒法、渦流探測法、射線法、紅外熱像法等。

4)化學檢測法。該法的原理在于混凝土中的鋼筋銹蝕是一個電化學過程，通過對鋼筋的電化學特性的測定，依據(jù)測定的電化學特征變化來做出鋼筋銹蝕程度或速度的判斷。該法具有測試速度快、靈敏度高、可連續(xù)跟蹤和原位測量等優(yōu)點，有自然電位法、交流阻抗法、線性極化法、恒電量法等。目前最常用的是自然電位法(如圖3所示)和線性極化測量技術(shù)(見圖4)。

圖3　銹蝕檢測儀　　　　　　　　圖4　銹蝕檢測儀(北京環(huán)宇天驕公司產(chǎn))　　　　　(加拿大Giatec iCOR)

3　鋼筋銹蝕的預(yù)防

鋼筋腐蝕的最直接原因是表面保護膜的破壞，完好的混凝土對其內(nèi)部鋼筋的防蝕提供了第一道屏障。最大限度確?；炷撩軐嵍?、保持高堿度和防止有害離子侵入是預(yù)防混凝土中鋼筋銹蝕的有效途徑，應(yīng)分別從設(shè)計、施工、選材等方面綜合進行考慮。

1)在設(shè)計上，應(yīng)將鋼筋銹蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)功能受損考慮進去,通過增加保護層厚度，選擇采用高性能混凝土，或關(guān)鍵部位加粗加厚等措施提高鋼筋的耐蝕性。

最常用的是設(shè)置合理的保護層厚度來避免鋼筋銹蝕的發(fā)生，一般分為混凝土表面涂層(如圖5所示)和鋼筋表面涂層(如圖6所示)兩種。

圖5　混凝土表面涂層　　　　　圖6　鋼筋表面涂層

在混凝土表面采取加覆蓋層、隔蓋層、水泥基、聚合物、樹脂類涂層等措施，是一種簡單、經(jīng)濟和有效的輔助保護措施。

鋼筋表面涂層主要是鍍鋅鋼筋、包銅鋼筋、合金鋼鋼筋、不銹鋼鋼筋及環(huán)氧樹脂涂層鋼筋等。其中，環(huán)氧樹脂涂層鋼筋應(yīng)用最為廣泛，能有效防止高強鋼筋的應(yīng)力腐蝕和脆性斷裂，造價是普通鋼筋的2倍。

2)在施工中，混凝土通過嚴控水灰比，保證施工質(zhì)量,確保成型后具有足夠的密實度和高堿度。在混凝土配合比中，應(yīng)嚴控水灰比。當水泥用量不變時，水灰比越大，混凝土的密實度越差，則滲透性越大，碳化速度就越快。同時，嚴控水灰比可保持混凝土的高堿度，這對保證鋼筋鈍化效果是非常必要的。

在施工中，通過機械振搗和機械攪拌來保證混凝土密實度達標，嚴格落實振搗和養(yǎng)護規(guī)程，減小成型后的混凝土微孔尺寸，以提高混凝土抗碳酸化能力。

還可使用較大直徑的鋼筋、提高橋梁的施工工藝等都有利于鋼筋的防腐。

3)在選材上，選擇使用高強度混凝土或是大摻量礦物摻合料配制的混凝土也有利于提高鋼筋的耐蝕性。

在混凝土配比中，摻入適量的粉煤灰等外加劑，利于改善其內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，這對阻止氧氣和水分的滲入是十分有利的。同時，還可提高混凝土對雜散電流引起鋼筋腐蝕的抵抗性能。

在施工中，在混凝土中摻入一定量的阻銹劑是預(yù)防鋼筋腐蝕的一種經(jīng)濟有效措施，亞硝酸鹽應(yīng)用最為廣泛，其原理在于影響鋼筋和電解質(zhì)之間的電化學反應(yīng)來阻止鋼筋腐蝕。

在日本，使用控滲模板(CPF)是一種效果良好的預(yù)防鋼筋銹蝕的措施。CPF預(yù)防鋼筋銹蝕的原理在于空氣和混凝土表面的泌水可自由通過模板，通過降低模板周圍的水灰比來提高混凝土的抗?jié)B性能,見圖7。

4　鋼筋銹蝕的修復(fù)

圖7　控滲模板原理　　　　　　圖8　橋面裂縫環(huán)氧樹脂修補

在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋銹蝕是影響橋梁耐久性的一個主要原因。由于環(huán)境、施工及材料本身等因素的影響，混凝土表面產(chǎn)生裂縫不可避免，故鋼筋銹蝕也不可避免。在橋梁使用中，采取合理的修復(fù)措施是延長橋梁的使用壽命的關(guān)鍵。

當鋼筋銹蝕尚不嚴重時，混凝土表面僅細小裂縫，或破損范圍較小時，一般采用砂漿或瀝青、過氧乙烯漆、環(huán)氧樹脂等對裂縫或破損處進行封閉或修補，見圖8。對稍嚴重的，一般采用鋼筋阻銹劑堵塞的辦法，將自動接觸型阻銹劑直接摻入拌合料中，也可在混凝土表面直接滲入鋼筋表面，形成新的保護層。

當鋼筋銹蝕較嚴重，需要剝離的混凝土保護層較多時，將松散的混凝土徹底鑿除后，鋼筋上的鐵銹須清除干凈，使用丙嗣對油污處進行清洗，在清理干凈后的鋼筋上涂抹阻銹劑，再將阻銹劑滲入混凝土后進行修補作業(yè)。對鋼筋腐蝕較嚴重的區(qū)域，還需焊接相應(yīng)面積的鋼筋進行補強處置。在修補過程中，如有必要須采取臨時支護措施。

對鋼筋腐蝕很嚴重的，需要破碎的混凝土范圍較大時，將松碎的混凝土徹底清除和鋼筋進行除銹處理后，應(yīng)采用壓力灌漿法進行修補作業(yè)。在修補過程中，如有必要須采用加鋼筋網(wǎng)、加貼碳纖維或粘貼鋼板等方法進行補強處置。

上述修補作業(yè)結(jié)束后，還可通過在混凝土表面涂覆一定厚度的防水涂料、鈍化型砂漿、聚合物砂漿等措施來減少阻銹劑的流失，還能起到阻斷濕氣等侵入的效果。

最后，做好橋梁結(jié)構(gòu)的日常維護工作，對早期劣化及時進行維修，確保保護層和工程內(nèi)外墻粉刷完好，避免有害物質(zhì)對混凝土的污染和侵蝕。

鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土的不利影響很大，明確鋼筋銹蝕原理和原因，采取針對性措施以減小鋼筋銹蝕對延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命具有重要意義。

[1]王煥祥.混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕及防腐蝕措施[J].工業(yè)B，2016(1)：43-45.

[2]李學安.混凝土中鋼筋銹蝕的原因及危害和預(yù)防措施[J].南水北調(diào)與水利科技，2009(2)：32-36.

[3]劉國棟.混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕機理分析及其預(yù)防措施[J].建筑施工，2010(1)：26-28.

On test of reinforcement erosion caused by concrete carbonization of bridge structures and its prevention

Zhao Wenjuan

(ShanxiJinzhongRoadandBridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)

The paper introduces the reinforcement erosion mechanism, indicates the non-damage testing methods of the common reinforcement erosion, and points out the prevention and maintenance measures for the erosion from the design, construction and material selection, so as to prolong the lifespan of the concrete structures.

reinforcement, erosion degree, concrete, non-damage test

1009-6825(2016)21-0171-02

2016-05-20

趙文娟(1980- )，女，工程師

TU317

A