1. 前言
鋼筋砼橋梁因其取材廣泛，價格低廉，抗壓強(qiáng)度高，又可澆注成各種形狀，已成為當(dāng)今世界橋梁使用最多的結(jié)構(gòu)。但混凝土最主要的缺點是抗拉能力差，容易開裂，而且它是多孔性物體。一旦出現(xiàn)裂縫，如不及時處理，必然會受到惡化的大氣環(huán)境中有害物質(zhì)以及風(fēng)雨的侵蝕，加之地震、疲勞、車輛超載等因素的作用，致使裂縫擴(kuò)大，鋼筋銹蝕，混凝土碳化剝落，承載力下降，使用壽命嚴(yán)重縮短，這已成了世界性的問題。
2. 鋼筋砼橋梁病害的主要成因有下述六種情況：
2.1原設(shè)計強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏低，防水和抗凍性能不強(qiáng)，防水砼達(dá)不到防水要求，抗?jié)B系數(shù)偏小，砼表面保護(hù)層厚度過薄，加之選材不嚴(yán)，施工攪拌不均勻，振搗不實，常常存在蜂窩麻面的缺陷，因而砼的密實度較差，不利受力構(gòu)造鋼筋的有效保護(hù)，造成現(xiàn)澆砼的局部開裂（收縮裂縫，塑性變形裂縫）的發(fā)生。
2.2溫度應(yīng)力促使存在缺陷的砼產(chǎn)生微裂縫，空氣中的水汽在毛細(xì)管的作用下滲入到微裂縫中，若穿過保護(hù)層達(dá)到鋼筋表面，在水與氧氣的作用下形成腐蝕電池，破壞其鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。在近海地區(qū)的砼橋梁，氯離子的侵入加速鋼筋的銹蝕是主要成因。這是先裂后蝕的反映。另一種情況是由于砼密實度差，這種多孔性物體內(nèi)存在的自由水促使鋼筋先發(fā)生腐蝕，致使銹蝕的鋼筋體積膨脹，勢必產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，其力的方向必然指向混凝土較薄的保護(hù)層先行開裂，形成順鋼筋裂縫的出現(xiàn)，繼而出現(xiàn)保護(hù)層的剝落，這是先蝕后裂的反映。
2.3污染環(huán)境產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，有二種情況：一是當(dāng)混凝土存在裂縫時，大氣中的二氧化碳CO
2與在砼中的氫氧化鈣Ca(OH)
2會發(fā)生化學(xué)反映，生成中性的碳酸鈣，使砼產(chǎn)生碳化作用其PH值12.5就會降低至9以下，鋼筋防腐就得不到保證導(dǎo)致銹蝕。二是近年來由于大氣環(huán)境污染產(chǎn)生的酸雨對砼結(jié)構(gòu)的危害日趨嚴(yán)重，我國的酸雨覆蓋面積已達(dá)到國土面積的30%以上，二氧化硫SO
2和進(jìn)一步氧化的三氧化硫SO
3,均可使砼中性化和碳化，同樣可直接促使鋼筋表面產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，同時產(chǎn)生的硫酸鹽又會對砼進(jìn)一步膨脹產(chǎn)生侵蝕作用。故酸雨地區(qū)對鋼筋砼結(jié)構(gòu)物的危害比碳化更嚴(yán)重。
2.4凍融循環(huán)的破壞主要發(fā)生在寒冷地區(qū)的砼結(jié)構(gòu)，當(dāng)砼結(jié)構(gòu)物有裂縫、蜂窩麻面等松散空洞缺陷時，水分侵入后，遇到冰點以下結(jié)凍產(chǎn)生膨脹，冰凍面約產(chǎn)生9%左右的膨脹應(yīng)力，致使缺陷內(nèi)部受壓變形。而當(dāng)環(huán)境溫度升高之后，冰凍面受熱融化又使其受到拉力，這樣反復(fù)循環(huán)凍結(jié)融化，當(dāng)作用于孔隙的拉應(yīng)力大于砼的極限抗拉強(qiáng)度時，即可產(chǎn)生較大裂縫乃至崩裂。另外在常遭雪凍的橋面，為了防止車輪打滑，保證交通安全，常采用大量撒鹽來化雪，若橋面有裂縫，鹽水侵入必然會使鋼筋受到氯離子破壞銹蝕，繼而導(dǎo)致橋面上砼大面積碎裂，嚴(yán)重的還會擴(kuò)展到梁體，若梁體有裂縫，則也將受到病害。
2.5堿骨料反應(yīng)（AAR反應(yīng)），主要是砼級配的混合材料中，含堿量（氧化鈉Na
2O，氧化鉀K
2O）偏高，與骨料中的活性成分（氧化硅、碳酸鹽等）發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硅酸凝膠，吸水膨脹后產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致砼開裂，這種病害被稱為砼的“癌癥”。其實是可以預(yù)防的，只要在選材時嚴(yán)格把關(guān)，防水措施做得好，就可以避免產(chǎn)生此病癥。
2.6溶液性侵蝕，主要由于砼結(jié)構(gòu)本身不密實，雖然有時肉眼看不到裂縫，但往往可滲水，使砼結(jié)構(gòu)部位的氫氧化鈣產(chǎn)生溶解，促使其濃度不斷下降，固相中的Ca(OH)
2不斷被溶出，不斷分解出CaO，CaO又溶于水而隨水沖走，導(dǎo)致水泥石的結(jié)構(gòu)不斷破壞，PH值不斷降低，孔隙率增大，必然導(dǎo)致鋼筋銹蝕病害發(fā)生，砼表層起鼓剝離就會出現(xiàn)。
3. 鋼筋砼橋梁防水防腐材料選用及有關(guān)誤區(qū)探討
綜上所述6種病害的發(fā)生，均與砼的密實度和防水防腐措施不到位息息相關(guān)?？磥砹芽p是病根，鋼筋銹蝕是惡果。猶如對一個人的病體一樣，首先要通過醫(yī)生的正確診斷再配以儀器檢查的檢驗，找出病根，方能對癥下藥。不能頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳。
當(dāng)今有些設(shè)計人員力主為了防止鋼筋銹蝕，在鋼筋砼結(jié)構(gòu)中的鋼筋全部采用環(huán)氧涂層鋼筋，不僅價格提高了一倍，而且其與砼間的握裹力就要損失15%~20%。究竟是利大于弊，還是弊大于利，值得商榷。眾所周知，鋼筋與混凝土結(jié)合的截面還不能發(fā)揮潛力，若減少鋼筋與混凝土間的握裹力，當(dāng)承受過大的彎矩時，對結(jié)構(gòu)的受力就會帶來負(fù)面的影響。
另外，在砼表面采用有機(jī)防水材料涂層?，F(xiàn)在有一種新型聚脲彈性材料（SPVA）,不僅施工速度快，凝膠和干燥時間短，粘結(jié)附著力大于2.0MPa，不透水性為0.3MPa/30min不透水。斷裂伸長率≥300%。這種新型防水材料問世后受到各方面防水工程界的青睞，尤其它施工簡單，硬化速度快，具有優(yōu)異的物理保護(hù)性能，較之卷材防水優(yōu)點更為突出。有同行將其說成是新型萬能涂裝技術(shù)，我認(rèn)為言之過早，且不敢茍同萬能之評價。不可否認(rèn)這種材料用在屋頂防水、地下室和墻面和普通行人通道等不受較大的外力或荷載影響的部位的防水功用是非常顯著有效的。但迄今還未見到這種材料的防老化、防火和耐久性能的檢測評定的科學(xué)數(shù)據(jù)資料。如果將其用在砼橋梁梁體的防水層中，則將是誤導(dǎo)。因為梁體要承受較大的恒載和活載，前已述及鋼筋砼容易開裂，若將這種斷裂伸長率≥300%的有機(jī)防水材料外涂在砼的表面，防水效果的物理性能是沒有問題的，但萬一梁體出現(xiàn)開裂或斷裂，則這種材料的延展性就會遮蓋砼梁體的病害，待到隱患被發(fā)現(xiàn)時，鋼筋砼梁體已經(jīng)無可挽救修復(fù)或已造成嚴(yán)重禍害，后果不堪設(shè)想。故筆者建議養(yǎng)護(hù)管理單位切莫走入誤區(qū)，選擇梁體涂料時，必須慎之又慎。
近來，對混凝土橋梁的防水防腐問題，一直是橋梁界十分關(guān)注并迫切要求解決的重要課題。目前在防水工程中所采用的涂裝材料，不外乎分為有機(jī)柔性防水材料和無機(jī)剛性防水材料兩大類。兩類防水材料對防水工程的對象和部位的不同所起的作用也各有不同。兩類材料各有利弊，有時需要根據(jù)工程的特點和性質(zhì)，采取剛?cè)峤Y(jié)合的防水技術(shù)方案來因地制宜解決問題。盡量做到標(biāo)本兼治的效果。
對于砼梁的病害處治，筆者認(rèn)為基于梁體本身屬于無機(jī)剛性體，宜采用剛性的無機(jī)防水材料—水泥基滲透結(jié)晶型防水材料（英文縮寫為CCCW材料）來加固維修較妥。20世紀(jì)90年代引進(jìn)的XYPEX材料，就是CCCW材料中最佳的一個品牌。中國防水代表在2007年3月訪問了加拿大的XYPEX和KRYON等防水材料公司，這兩家公司也是在我國生產(chǎn)、銷售這種新型防水材料名列前茅的企業(yè)，均參加了我國的GB18445-2001<水泥基滲透結(jié)晶型防水材料>國家標(biāo)準(zhǔn)的起草。這種剛性防水材料與砼橋梁同一屬性，物以類聚，其膨脹系數(shù)基本一致，不易老化，耐高、低溫（-32℃~+130℃）的持續(xù)溫度下，在-185℃～+1530℃間隙溫度下保持其作用，耐濕、耐紫外線、耐輻射、耐氧化、耐強(qiáng)水壓達(dá)1.3MPa。由于其具有很高的滲透能力，賴獨(dú)有的活性極強(qiáng)的催化劑，以水為介質(zhì)在砼微裂縫或孔隙中，催化未水化的水泥顆粒生成枝蔓狀的結(jié)晶體，堵塞各向來水的裂縫，使砼本體達(dá)到密實，因而也就增加了抗壓強(qiáng)度達(dá)20~29%，若干年后，因震動或其它外因產(chǎn)生新的細(xì)微裂縫時，一旦有水滲入，又會產(chǎn)生新的晶體把水堵住，所以它的這種自我修復(fù)能力是獨(dú)一無二帶有永久性的。由于抗?jié)B性能極佳就可保護(hù)鋼筋不被銹蝕，達(dá)到了既治標(biāo)又治本的目的。
1998年，筆者去現(xiàn)場參觀了杭州鐵路分局和北京城建設(shè)計研究院合作于1997年11月“利用XYPEX材料修補(bǔ)鐵路鋼筋混凝土梁技術(shù)”科技項目（登記號：6A19970928048 號）。目的是通過實地考察和了解這種材料對砼梁涂裝后，既有裂紋不重新開裂，提高了砼梁表面砼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、密實度和抗?jié)B能力，以延緩砼梁中砼的中性化速率，進(jìn)而達(dá)到延長砼梁大修換梁的周期，提高砼梁使用的耐久性。筆者對該項目進(jìn)行了長達(dá)12年跟蹤觀察，有關(guān)情況介紹如下，以資同仁參考。
4. “長牛11#橋” 利用XYPEX材料修補(bǔ)鐵路鋼筋混凝土梁技術(shù)實例
杭州鐵路分局杭州東工務(wù)段轄內(nèi)長牛線11#橋。該橋始建于1959 年，原為3×16.0m，1961 年發(fā)生水害，1962 年擴(kuò)建為目前的5×16.0m，梁跨均為定型圖施工的鋼筋混凝土π梁，見橋址照片。歷史資料記載，該橋長興方1～3 孔梁，在62 年擴(kuò)建時就發(fā)現(xiàn)有裂紋、蜂窩、麻面等病害，運(yùn)營工務(wù)養(yǎng)修部門曾多次采用壓注砂漿、環(huán)氧樹脂等法修補(bǔ)，但收效不佳，至試驗前調(diào)查，梁體存在如下病害：
?。?）梁體裂紋嚴(yán)重，僅1—2 孔裂紋總長為461.99m，其中裂紋寬度≥0.3mm 的計125.66m，最寬裂紋達(dá)5 ㎜，最長裂紋的長度為11.1m。
?。?）原修補(bǔ)環(huán)氧樹脂已老化,殼起,有的已重新開裂。
依長牛線11#橋1～2 孔鋼筋混凝土梁的狀況和XYPEX 材料的適用性、功能等提出圬工梁修補(bǔ)方案總體上是：1）全梁的基面處理；2）砼梁缺陷部位的修補(bǔ)；3）全梁噴涂或涂刷XYPEX 濃縮劑兩遍；4）養(yǎng)護(hù)；四個步驟。
長牛11#橋項目，有活動吊欄可利用，現(xiàn)場實施由七人組成作業(yè)組（其中：負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)1人、操作4人、輔助配合2人）。
基面處理
本橋采用噴砂打毛基面、輔以手工鏟除老化殘留的環(huán)氧樹脂舊皮，再以高壓水沖洗的方法，以達(dá)到毛、潮、凈的要求。
毛—基面應(yīng)粗糙能充分暴露砼結(jié)構(gòu)的毛細(xì)通道。
潮—基面表層結(jié)構(gòu)充分潤濕，毛細(xì)孔飽吸水分但表面無明水，以利材料發(fā)揮作用。
凈—基面上的污垢、有機(jī)物、木屑、鐵屑及疏松物等應(yīng)清理干凈。
實施情況看，噴砂法工效高，打毛效果好，對圬工梁損傷小，且勞動耗費(fèi)低，操作方便。
對圬工梁上空洞、麻面及大塊剝落等缺陷的修補(bǔ)
首先，將空洞處的“砼殼”、剝落處的松動碎塊清除，鋼筋除銹，空洞鑿口（開口寬度以便于修補(bǔ)為宜），高壓水沖洗，潤濕（要求比照基面處理）。其次，清洗后在修復(fù)銜接面無明水，噴涂XYPEX濃縮劑厚0.5mm 左右。最后，噴涂層初凝后（一般約2h），再用XYPEX堵漏劑：按7:2（粉:水）修補(bǔ)，對于大的空洞修補(bǔ)可以混合1:2（XYPEX堵漏劑：小于10mm沙石）級配。
對圬工梁裂紋修補(bǔ)
實施中對寬度小于0.3 ㎜的裂紋不作特殊處理，對寬度大于0.3 ㎜的裂紋修補(bǔ)順序如下：①沿裂紋鑿20mm×20㎜內(nèi)大外小的燕尾槽。②沖洗、濕潤（修復(fù)面不得有明水）后，涂刷XYPEX濃縮劑灰漿一遍。③初凝后用XYPEX 濃縮劑半干料團(tuán)、修補(bǔ)堵漏劑修補(bǔ)。
全梁表面噴涂XYPEX 兩遍
噴涂前對梁體表面要用清水徹底洗凈，達(dá)到“毛、潮、凈”的要求（注意：裂紋和缺損新修補(bǔ)處不能用高壓水直接噴射，只能用無壓水噴淋達(dá)到濕潤要求）。然而，再開始大面積噴涂工作。噴涂第一遍用量為0.4～0.5kg/㎡，涂層應(yīng)均勻，配合比為粉：水=5:3（容積比）。兩次噴涂間隔時間一般在2小時左右（即在第一遍涂層已達(dá)初凝后）。為保證涂層質(zhì)量，關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是砼結(jié)構(gòu)的充分潤濕。為此，依據(jù)天氣情況對圬工梁基面用水充分沖淋，使之保持濕潤。噴涂第二遍之前，已噴涂面也應(yīng)保持潤濕狀態(tài)。
養(yǎng)護(hù)
養(yǎng)護(hù)也是XYPEX 涂層質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。當(dāng)涂層初凝即用無壓水噴淋養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間為3天，每天不少于3次（依據(jù)天氣情況而定）。養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)保持XYPEX涂層總是濕潤的，如在高溫季節(jié)、陽光較強(qiáng)烈、水分散失快的條件下施工時，應(yīng)采取遮蔽措施，并增加養(yǎng)護(hù)次數(shù)。
修補(bǔ)結(jié)果：長牛11#橋自九七年十一月修補(bǔ)試驗結(jié)束后，對梁體現(xiàn)場進(jìn)行了六個月觀測結(jié)果為：
?。?）未發(fā)現(xiàn)裂紋的發(fā)生，特別是原裂紋和缺陷處。
（2）通過室內(nèi)同步試驗，證明表面砼抗壓、抗?jié)B能力提高，同時提高了密實度。
從以上情況看，使用XYPEX 對鋼筋混凝土梁涂裝后，依靠其能向砼內(nèi)滲透產(chǎn)生結(jié)晶，封閉了整個梁體砼與外界的毛細(xì)孔通道，提高了表面砼結(jié)構(gòu)的密實度和強(qiáng)度，增加了鋼筋混凝土梁的砼保護(hù)層對鋼筋的保護(hù)能力；同時也使表層砼本身抗腐蝕能力得以提高，可較好地解決砼中性化的問題，達(dá)到延長鋼筋混凝土梁的使用壽命，提高其耐久性的目的。
該項目于一九九八年五月組織專家進(jìn)行評審鑒定：
鑒定委員會專家測試報告、鑒定意見和專家組成如下：
根據(jù)當(dāng)年專家鑒定意見，13年后，2010年10月筆者對長牛11#橋進(jìn)行了現(xiàn)場回訪，欣喜地發(fā)現(xiàn)當(dāng)年既有裂紋沒有重新開裂，砼梁表面沒有泛黃、沒有滲水起白花、沒有起粉。砼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、密實度和抗?jié)B能力完全達(dá)到預(yù)定要求。
現(xiàn)場回訪照片如下：
5．結(jié)論
總之，長期工程實踐結(jié)果是反映耐久性最直接的證據(jù)，具體情況具體分析，對砼橋梁病害的處治建議用CCCW材料來加固維修是對路的，而且施工方法簡單，它是一種無毒、無味的綠色環(huán)保材料，對環(huán)境和人體不會造成任何損害，且具有耐久性與砼結(jié)構(gòu)同壽命。綜合費(fèi)用較低。
（作者：朱海濤）
