摘 要：通过对桥梁耐久性影响因素分析,认为钢筋腐蚀对桥梁耐久性影响最大。通过对钢筋腐蚀影响因数和腐蚀机理分析,提出预防钢筋腐蚀对策。
关键词：钢筋混凝土，桥梁，耐久性，腐蚀，病害，对策
1、桥梁耐久性与影响因素
所谓耐久性,本人有两种理解,一是理论耐久性,二是实际耐久性。理论耐久性按《
公路工程混凝土结构防腐技术规范》解释是指“结构在预期作用和预定的维护条件,能在规定期限内维持其设计性能要求的能力”;实际耐久性是指结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或任何破坏过程的抵抗能力。一般来讲,在正常设计(满足强度、刚度、稳定性和使用功能等要求) 、正常施工(严格依照规范和设计进行) 、正常使用(规定荷载等)和正常养护(不使用化冰盐)的条件下,桥梁理论耐久性是有保障的。然而暴露在野外环境的桥梁,受到各种水侵腐蚀、冻融破坏、正常和非正常荷载的作用,加之设计、施工的不当,其生存时间很难同我们想象的设计寿命挂钩,其实际耐久性远远小于理论耐久性。 影响桥梁耐久性的因素十分复杂,不考虑洪水、地震、超载及船舶的撞击,主要取决于以下四方面因素: ①混凝土材料、钢材的自身特性;②桥梁结构的设计与施工质量; ③桥梁结构所处的环境;④桥梁结构的使用条件与防护措施。 其中混凝土材料、钢材的自身特性和钢筋混凝土桥梁的设计与施工质量是决定桥梁耐久性的内因。混凝土是由水泥、水、粗集料和某些外加剂,经过搅拌、浇注、振捣和养护硬化等过程而形成的人工复合材料。混凝土的材料组成,如水灰比、水泥品种和用量、集料的种类与级配等都直接影响桥梁的耐久性。混凝土的缺陷(例如裂缝、气泡、孔穴等)都会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部,与混凝土发生物理化学作用,腐蚀结构的钢筋,影响桥梁的耐久性。 2 钢筋腐蚀病害成因 混凝土对钢筋的保护体现在两个方面:即物理保护和化学保护。物理保护是指阻断保护,即混凝土保护层隔断了钢筋与空气、水和腐蚀环境的直接接触;化学保护是指钝化保护,水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙,使混凝土内部的空隙中充满了饱和的氢氧化钙溶液,其ph值为12～13,在这样高的碱性环境中埋置的钢筋容易发生钝化作用,使钢筋表面生成一层难溶的三氧化二铁( Fe2O3 )和四氧化三铁( Fe3O4 ) ,通常称为钝化膜,能够阻止混凝土中的钢筋的腐蚀。埋置于无氯、未碳化混凝土中的钢筋可以永远不生锈。 3 钢筋腐蚀机理分析 3. 1 混凝土碳化引起的钢筋腐蚀：前已指出,混凝土碳化的实质是混凝土的中性化,当有二氧化碳和水气侵入混凝土内部,与混凝土中的碱性物质中和,导致混凝土的ph值降低,造成全部或部分钢筋表面钝化膜的破坏。由于钢材材质和表面的非均质性,在钢筋表面的不同部位总会出现较大的电位差,形成阳极和阴极。因此,在潮湿环境下,由于氧气和水的参与,钢筋就可以发生
电化学反应。 3. 2 氯离子侵入引起的钢筋腐蚀：氯离子是极强的去钝化剂,氯离子进入混凝土,到达钢筋表面,并吸附于局部钝化膜处时,可使该处的ph值迅速降低,破坏钢筋表面的钝化膜,引起钢筋腐蚀。 氯离子Cl- 和氢氧根离子OH- 争夺腐蚀产生的Fe2 + ,形成绿锈FeCl·4H2O,绿锈从钢筋的阳极向含氧较高的混凝土空隙迁移,分解为Fe (OH) 2(褐锈) 。褐锈沉积于阳极周围,同时放出氢离子H+和氯离子Cl- ,它们又回到阳极区,使阳极区附近的孔隙液局部酸化,氯离子Cl- 再带出更多的Fe2 + 。氯离子虽然不构成腐蚀产物,在腐蚀反应中也不消耗,但腐蚀的中间产物对腐蚀反映起催化作用,反应式为: Fe2 + + 2Cl- + 4H2O→FeCl2 ·4H2O FeCl2 ·4H2O→Fe (OH) 2 ↓ +2Cl- +H+ +2H2O 如果在大面积的钢筋表面上具有高浓度的氯离子,则氯离子所引起的腐蚀可能是均匀腐蚀。但是由于混凝土局部缺陷常造成钢筋局部表面氯离子浓度增加,引起钢筋局部腐蚀,形成腐蚀坑。腐蚀坑相当于一个缺口,在钢筋受拉时引起应力分布不均匀,造成应力集中,可导致钢筋的断裂。4 桥梁腐蚀病害预防对策4. 1 提高混凝土保护层质量(1) 加大混凝土保护层厚度。(2) 提高混凝土密实度。模板质量要好,支撑牢固,混凝土不跑浆;混凝土振捣要到位,避免出现蜂窝、孔洞;掺入优质
粉煤灰,改变混凝土内部孔隙结构,提高混凝土密实度,同时增加对氯离子扩散的阻力。(3) 采取措施,控制混凝土有害裂缝。一是防止混凝土碱集料反应引起混凝土裂缝,比如选择含碱量低的水泥( ≯0. 6% ) ,不使用碱活性的集料,不使用含碱或含碱量低的化学外加剂等;二是防止因温度变化引起混凝土开裂,合理设置、安装桥梁伸缩缝与支座,加强桥梁养护,及时清理伸缩缝中杂物;三是应用设计允许的最小水泥用量和能满足和易性要求的最小用水量,不要用过大的坍落度,均匀浇筑混凝土,并及时对混凝土进行养护,施工现场的材料堆放要合理,避免施工超载。4. 2 控制氯离子含量 混凝土中氯离子含量对钢筋腐蚀的影响极大,一般情况下,钢筋混凝土中氯盐掺量应少于水泥重量的1% ,掺氯盐的混凝土必须振捣密实,且不宜采用蒸汽养护。 4. 3 提高桥梁防水功能 钢筋锈蚀主要是因混凝土保护层碳化和氯化物侵蚀,这两种腐蚀现象都是以水为载体进行。应该说桥梁防水是桥梁结构防腐的第一道屏障。大量的桥梁检测资料表明,由于桥面防水层的过早破坏,加上桥面排水不畅,水从桥面渗入到桥面板下的梁、墩台等部位,加速了桥梁结构混凝土的碳化和混凝土内钢筋的腐蚀。 通过对大量的旧桥检测和加固施工,发现在空心板封头处,由于混凝土开裂,厚度过薄等原因,水从伸缩缝等部位沿着封头的微小裂缝逐渐进入空心板内部,并很难排除来,长期侵蚀梁体混凝土和钢筋。因此应注重封头混凝土施工质量,确保混凝土密实,也可对混凝土进行防水处理。在铰缝处,由于连接比较薄弱,加上施工质量较差,许多桥梁在使用早期就出现铰缝开裂,桥面铺装层沿铰缝纵向开裂,桥面防水层开裂,铰缝处严重渗水,板的翼缘混凝土碳化最为严重,部分钢筋开始锈蚀。因此,从设计上要采取措施,加强铰缝连接,避免单板受力,从而保证桥面防水层整体性不被破坏。
