淺談鋼筋混凝土橋梁的病害處理

黃文化

(河北省秦皇島路橋建設(shè)開發(fā)有限公司)

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(shè)計壽命一般都為100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

橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)是以水泥的水化產(chǎn)物作為膠結(jié)料并結(jié)合一定級配的骨料或其他惰性材料和鋼筋制成的一種復合材料。在這一復合結(jié)構(gòu)中，鋼筋提供了結(jié)構(gòu)的抗拉強度，而混凝土則提供了結(jié)構(gòu)抗壓強度和對鋼筋的保護作用。所以混凝土橋梁的病害包括混凝土的性能劣化和混凝土中鋼筋的銹蝕兩個方面?；炷恋牧踊冈谑褂眠^程中，混凝土受周圍環(huán)境的物理、化學、生物作用，混凝土內(nèi)的某些成分發(fā)生反應變性、溶解析出、結(jié)晶膨脹及基體開裂等，從而造成混凝土性能的下降，主要包括侵蝕性介質(zhì)腐蝕、凍融破壞、混凝土裂縫，混凝土的碳化(中性化)、溶出性腐蝕等，混凝土的劣化不僅直接降低混凝土的性能，更主要的是它對混凝土中的鋼筋失去保護作用，導致鋼筋的銹蝕失效。

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(guān)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

一般的混凝土橋梁病害是由幾種破壞的組合，更加加速了侵蝕的程度，例如：化學腐蝕可以導致結(jié)構(gòu)的破壞，而同時又有冰凍發(fā)生，對混凝土的破壞程度遠遠大于兩者的代數(shù)相加，鹽凍對混凝土路面造成的傷害使得東北地區(qū)一條高等級公路只經(jīng)過一個冬天就大面積剝蝕。所以探求處理病害的處理措施應該全面的從共性的問題上去解決。由以上幾種主要的病害，可以看出混凝土的侵蝕與混凝土的強度無關(guān)，而與混凝土的密實度、孔隙特征和外界環(huán)境相關(guān)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫和毛細孔是各種有害介質(zhì)進行侵蝕的通道，如何致力于提高鋼筋混凝土的密實度，切斷與有害介質(zhì)侵入的通道(即便是水和氣體也會對鋼筋混凝土具有一定的侵蝕性)，對抑制混凝土橋梁各種病害的發(fā)生，提高結(jié)構(gòu)的抗侵蝕能力和橋梁的使用壽命有著重要的意義。主要處理措施如下幾方面。

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(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。

2.2 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(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0.8 MPa。(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。為提高混凝土橋梁結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命，保證結(jié)構(gòu)的使用安全性，除上述混凝土橋梁的病害處理措施外，還應建立定期檢測、維護和維修機制。