鋼筋混凝土橋梁病害現(xiàn)象的預(yù)防措施
2013-01-28 來源：作者：雷哲紅 來源：中國論文網(wǎng)
鋼筋混凝土橋梁在修建或運營一段時間后往往會伴有病害的發(fā)生，如橋頭跳車、混凝土開裂、鋼筋誘蝕等，對混凝土橋梁產(chǎn)生不同程度的損傷，影響結(jié)構(gòu)的正常使用，降低其使用性能及使用壽命。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(hù)層剝落、鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，需要進(jìn)行病害整治。
1、鋼筋混凝土橋梁產(chǎn)生病害的現(xiàn)象及原因
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(xué)成分Ca（OH）2、（3CaO·2Al2O2·3H2O）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·3H2O）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，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(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。
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(xì)作用進(jìn)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。
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(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)層的開裂、剝落。
1.4 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(hù)層的混凝土開裂，使有害物質(zhì)更容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，加速對鋼筋混凝土的腐蝕。
1.5設(shè)計荷載標(biāo)準(zhǔn)偏低，承載能力不足
橋梁的承載能力是根據(jù)設(shè)計時所采用的荷載等級來確定的，早期建造的橋梁，特別是二十世紀(jì)六、七十年代建造的橋梁，設(shè)計荷載大多偏低。隨著交通量的增加和荷載等級的提高，原有橋梁已經(jīng)無法滿足現(xiàn)今交通的需要，有些橋梁已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重病害。
2、橋梁病害處理措施
2.1要正確選用混凝土材料和配合比
評價混凝土耐久性的主要特征，就是水、氧、CO2和其他有害介質(zhì)侵入混凝土的滲透程度，為達(dá)到適度的抗?jié)B透性就要依賴于正確選擇水泥品種，使用足夠的水泥用量和足夠低的自由水灰比，選擇合適的骨料及其良好的級配。
2.1.1優(yōu)選水泥品種。一般環(huán)境條件下，宜選用低水化熱和含堿量低的水泥，不宜選用早強的水泥，可以選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥中摻有摻合料的混合水泥，如礦渣水泥、摻灰水泥，一般都能提高抵抗各種化學(xué)侵蝕的能力，但其養(yǎng)護(hù)條件對其性能影響極大。目前世界范圍正在研制開發(fā)生產(chǎn)的高貝利特水泥（HBC）是一種比較理想的用于配制耐久混凝土的水泥品種。
2.1.2重視對骨料的要求。骨料的物理耐久性反映在其體積的穩(wěn)定性，隨環(huán)境改變，骨料體積變而導(dǎo)致混凝土破壞屬于骨料的不穩(wěn)性，用于嚴(yán)寒地區(qū)并處于干濕交替的環(huán)境下混凝土的骨料，應(yīng)進(jìn)行骨料的堅固和抗凍融試驗，堅固試驗的砂石其重量損失率不大于8%。對于凍融嚴(yán)酷環(huán)境下混凝土，粗骨料混凝土最大粒徑不大于25唧，且不得超過保護(hù)層厚度的2/3，板厚的1/3。骨料的化學(xué)耐久性主要是堿骨料反應(yīng)，產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)的必要條件除了潮濕環(huán)境、混凝土中堿含量超標(biāo)外，與采用的堿"活性骨料有極大的關(guān)系。一般碳酸鹽骨料是無害的，CaCO3晶體與堿不反應(yīng)，但有的堿活性巖種骨料，如硅質(zhì)石灰?guī)r、凝灰?guī)r、蛋白巖等，骨料中含有活性SiO2不宜超過5%，骨料中硫化物及硫酸鹽的SO3離子含量不宜超過骨料的0.5%，因此對主要工程采用的骨料應(yīng)作堿活性檢驗。
2.1.3控制水灰比和水泥用量。水灰比關(guān)系若混凝土孔率多少，影響CO2在孔隙中的擴散程度、混凝土碳化的速度和對鋼筋的銹蝕，因此耐久性混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計就要注意控制水灰比，控制水泥用量是為了保證混凝土的密實性，通常規(guī)定不低于最小水泥用量，但水泥過量，會引起收縮和水化熱過大而產(chǎn)生開裂，并非有利，用耐久性要求宜優(yōu)化的混凝土配合比來確定最佳水泥用量和水灰比。
混凝土結(jié)構(gòu)要取得良好的耐久性，確保足夠的使用壽命，關(guān)鍵在防患于未然，從設(shè)計到施工完成的整個建造過程中，都要針對耐久性的基本要求采取有效措施。在設(shè)計階段要正確考慮選擇水泥品種，限制堿骨料的使用，保證有足夠的保護(hù)層厚度，注意結(jié)構(gòu)合理，有些技術(shù)措施要在施工過程中認(rèn)真對待，認(rèn)真澆搗養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格限制砂石、外加劑、拌臺水等原料的氯離子，限制骨料的最大粒徑，以及按砂的粗細(xì)選擇合理的砂率。
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(hù)的，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(jìn)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(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(jìn)行綁焊。
2.3要限制氯鹽的含量
氯鹽污染是誘發(fā)鋼筋銹蝕的一個很重要因素。氯鹽污染有的是來源于使用帶有氯離子的摻合料的內(nèi)摻原因造成的，有的是外部環(huán)境如：海洋附近的空氣中含有氯離子或地下水中含有氯鹽或是使用含有氯離子的除冰鹽的外滲原因造成的?；炷粮邏A性在一定范圍內(nèi)抑制了Cl-對鋼筋的腐蝕，而混凝土堿度低時微量Cl-就可引起鋼筋銹蝕。因此，為了提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性除前面所述措施外，還需限制Cl-的含量，而且各國規(guī)范根據(jù)混凝土類型和使用環(huán)境給出了不同Cl-的限值。
2.4要有足夠的保護(hù)層厚度
2.4.1保護(hù)層厚度與耐久性之間的關(guān)系
混凝土的高堿度可以使鋼筋表面形成鈍化膜，它對鋼筋有保護(hù)作用，混凝土的保護(hù)層可以阻止外界腐蝕介質(zhì)氧氣和水分的滲入，保護(hù)作用的效果與混凝土的密實度和保護(hù)層的厚度密切相關(guān)，適當(dāng)加大混凝土保護(hù)層厚度是提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、延長混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命的重要措施。
2.4.2考慮耐久性要求的最小保護(hù)層厚度
各國規(guī)范在規(guī)定最小混凝土保護(hù)層厚度時，除普遍考慮環(huán)境條件外，對其他條件的影響各有側(cè)重，如美國規(guī)范對構(gòu)件類型、鋼筋類型和直徑大小很重視，將構(gòu)件分為三個檔次，板墻小梁、梁柱、殼體折板等;對不同粗細(xì)的鋼筋也予以區(qū)別對待。而英國規(guī)范對混凝土強度等級不同則規(guī)定也不同。
3、結(jié)語
由于我國鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)量眾多，其耐久性不足已經(jīng)成為我國當(dāng)前急需采取措施應(yīng)對的重大問題，否則，許多橋梁結(jié)構(gòu)的正常使用功能和安全性將得不到有效保證，成為制約我國現(xiàn)代化建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。對橋梁病害重要的是從設(shè)計、施工中去預(yù)防病害的發(fā)生，降低后期的維修保養(yǎng)費用。
