钢筋混凝土桥梁病害现象的预防措施
2013-01-28 来源：作者：雷哲红 来源：中国论文网
钢筋混凝土桥梁在修建或运营一段时间后往往会伴有病害的发生，如桥头跳车、混凝土开裂、钢筋诱蚀等，对混凝土桥梁产生不同程度的损伤，影响结构的正常使用，降低其使用性能及使用寿命。遭受病害的桥梁其使用寿命将大大缩短，严重的在建成几年就会出现混凝土保护层剥落、钢筋锈蚀的现象，需要进行病害整治。
1、钢筋混凝土桥梁产生病害的现象及原因
1.1 侵蚀性介质腐蚀
侵蚀性介质腐蚀主要指混凝土中含有的某些化学成分Ca（OH）2、（3CaO·2Al2O2·3H2O）容易与侵蚀性介质发生化学反应，比较典型的是氯盐的腐蚀和硫酸盐的腐蚀。氯盐的腐蚀主要是环境中游离的Cl-和混凝土中的（3CaO·2Al2O·3H2O）等发生反应，生成易溶的CaCl2和大量的结晶水，使体积膨胀好几倍，造成混凝土的破坏，当Cl-与钢筋接触，含量达到一定程度时，使该处的PH值迅速下降，钢筋的钝化膜发生破坏，使与完好的钝化膜区域之间构成了电位差，同时，Cl-具有导电作用，可以和Fe2+发生反应生成FeCl2，加速了钢筋的腐蚀。
1.2 冻融破坏
主要表现在混凝土中存在大量的孔隙和裂缝，水份通过毛细作用进入，当温度降至冰点以下时，孔隙中的水冻结膨胀，使孔壁受压变形，当温度升高冰融化后，使孔壁产生拉力，经过持续的反复冻融，使混凝土发生开裂，裂缝随着冻融次数的增多而增加，并逐渐扩展连接，以致逐渐降低混凝土的强度。
1.3 混凝土的碳化
在大气环境下，桥梁结构的破坏主要是钢筋的混凝土保护层碳化，碱性降低，混凝土出现裂缝，大气中的氧气和水深入混凝土中到达钢筋表面，并发生化学反应，引起体积膨胀，使混凝土的裂缝加大，最终引起保护层的开裂、剥落。
1.4 钢筋的锈蚀
钢筋的锈蚀是电化学过程，除受其自身性能影响外，与混凝土的性能和外界环境有着密切的关系，在大气区当裂缝达到0.3mm时，钢筋已经开始腐蚀。钢筋生锈后，使其本身有效截面缩小，生成的氧化铁体积比原来膨胀好几倍，使保护层的混凝土开裂，使有害物质更容易进入混凝土内部，加速对钢筋混凝土的腐蚀。
1.5设计荷载标准偏低，承载能力不足
桥梁的承载能力是根据设计时所采用的荷载等级来确定的，早期建造的桥梁，特别是二十世纪六、七十年代建造的桥梁，设计荷载大多偏低。随着交通量的增加和荷载等级的提高，原有桥梁已经无法满足现今交通的需要，有些桥梁已经出现严重病害。
2、桥梁病害处理措施
2.1要正确选用混凝土材料和配合比
评价混凝土耐久性的主要特征，就是水、氧、CO2和其他有害介质侵入混凝土的渗透程度，为达到适度的抗渗透性就要依赖于正确选择水泥品种，使用足够的水泥用量和足够低的自由水灰比，选择合适的骨料及其良好的级配。
2.1.1优选水泥品种。一般环境条件下，宜选用低水化热和含碱量低的水泥，不宜选用早强的水泥，可以选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。硅酸盐水泥中掺有掺合料的混合水泥，如矿渣水泥、掺灰水泥，一般都能提高抵抗各种化学侵蚀的能力，但其养护条件对其性能影响极大。目前世界范围正在研制开发生产的高贝利特水泥（HBC）是一种比较理想的用于配制耐久混凝土的水泥品种。
2.1.2重视对骨料的要求。骨料的物理耐久性反映在其体积的稳定性，随环境改变，骨料体积变而导致混凝土破坏属于骨料的不稳性，用于严寒地区并处于干湿交替的环境下混凝土的骨料，应进行骨料的坚固和抗冻融试验，坚固试验的砂石其重量损失率不大于8%。对于冻融严酷环境下混凝土，粗骨料混凝土最大粒径不大于25唧，且不得超过保护层厚度的2/3，板厚的1/3。骨料的化学耐久性主要是碱骨料反应，产生碱骨料反应的必要条件除了潮湿环境、混凝土中碱含量超标外，与采用的碱"活性骨料有极大的关系。一般碳酸盐骨料是无害的，CaCO3晶体与碱不反应，但有的碱活性岩种骨料，如硅质石灰岩、凝灰岩、蛋白岩等，骨料中含有活性SiO2不宜超过5%，骨料中硫化物及硫酸盐的SO3离子含量不宜超过骨料的0.5%，因此对主要工程采用的骨料应作碱活性检验。
2.1.3控制水灰比和水泥用量。水灰比关系若混凝土孔率多少，影响CO2在孔隙中的扩散程度、混凝土碳化的速度和对钢筋的锈蚀，因此耐久性混凝土结构设计就要注意控制水灰比，控制水泥用量是为了保证混凝土的密实性，通常规定不低于最小水泥用量，但水泥过量，会引起收缩和水化热过大而产生开裂，并非有利，用耐久性要求宜优化的混凝土配合比来确定最佳水泥用量和水灰比。
混凝土结构要取得良好的耐久性，确保足够的使用寿命，关键在防患于未然，从设计到施工完成的整个建造过程中，都要针对耐久性的基本要求采取有效措施。在设计阶段要正确考虑选择水泥品种，限制碱骨料的使用，保证有足够的保护层厚度，注意结构合理，有些技术措施要在施工过程中认真对待，认真浇捣养护，严格限制砂石、外加剂、拌台水等原料的氯离子，限制骨料的最大粒径，以及按砂的粗细选择合理的砂率。
2.2钢筋
尽管混凝土具有较好的抗渗性，但由于施工条件、施工质量的不同以及在运营过程中养护的，难以避免存在微小的孔隙和裂缝，使有害物质容易侵入，造成钢筋的腐蚀。对于侵蚀轻微的钢筋混凝土结构，在混凝土基面涂刷阻锈剂，通过渗透进入混凝土中，同时不妨碍混凝土的透气性及水分散发，保护混凝土中的钢筋，防止其进一步锈蚀。阻锈剂的掺入量与有害物质的渗入总量有关，使结构在设计使用寿命内不会因钢筋锈蚀而发生破坏。对于侵蚀严重的钢筋混凝土结构，应该在剔除松动的混凝土后，检查钢筋的锈蚀情况，如钢筋只是表面锈蚀，应作除锈处理后，在钢筋表面涂刷阻锈剂，如果钢筋的有效面积明显减小，应该采用同型号的钢筋进行绑焊。
2.3要限制氯盐的含量
氯盐污染是诱发钢筋锈蚀的一个很重要因素。氯盐污染有的是来源于使用带有氯离子的掺合料的内掺原因造成的，有的是外部环境如：海洋附近的空气中含有氯离子或地下水中含有氯盐或是使用含有氯离子的除冰盐的外渗原因造成的。混凝土高碱性在一定范围内抑制了Cl-对钢筋的腐蚀，而混凝土碱度低时微量Cl-就可引起钢筋锈蚀。因此，为了提高混凝土结构耐久性除前面所述措施外，还需限制Cl-的含量，而且各国规范根据混凝土类型和使用环境给出了不同Cl-的限值。
2.4要有足够的保护层厚度
2.4.1保护层厚度与耐久性之间的关系
混凝土的高碱度可以使钢筋表面形成钝化膜，它对钢筋有保护作用，混凝土的保护层可以阻止外界腐蚀介质氧气和水分的渗入，保护作用的效果与混凝土的密实度和保护层的厚度密切相关，适当加大混凝土保护层厚度是提高混凝土结构耐久性、延长混凝土结构使用寿命的重要措施。
2.4.2考虑耐久性要求的最小保护层厚度
各国规范在规定最小混凝土保护层厚度时，除普遍考虑环境条件外，对其他条件的影响各有侧重，如美国规范对构件类型、钢筋类型和直径大小很重视，将构件分为三个档次，板墙小梁、梁柱、壳体折板等;对不同粗细的钢筋也予以区别对待。而英国规范对混凝土强度等级不同则规定也不同。
3、结语
由于我国钢筋混凝土桥梁结构数量众多，其耐久性不足已经成为我国当前急需采取措施应对的重大问题，否则，许多桥梁结构的正常使用功能和安全性将得不到有效保证，成为制约我国现代化建设和经济发展的瓶颈。对桥梁病害重要的是从设计、施工中去预防病害的发生，降低后期的维修保养费用。
