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        鋼筋混凝土橋梁的病害原因及處理措施

        2010-08-15 00:49:27謝建兵
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2010年1期
        關(guān)鍵詞:毛細孔保護層耐久性

        謝建兵

        (新疆路橋橋梁工程建設(shè)有限責任公司,新疆 烏魯木齊 830000)

        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)計壽命一般都為一百年,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

        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 ·2Al2O3 ·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·2Al2O3·3H2O)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(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。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(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(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

        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(yīng)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(yīng)考慮增大原來結(jié)構(gòu)的尺寸,降低混凝土表面的拉應(yīng)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(yīng)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(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng),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。

        2.1.3 適當增加混凝土保護層的厚度

        在混凝土耐久性規(guī)范中,規(guī)定了最小保護層厚度,較原來的鋼筋混凝土規(guī)范有了很大的提高,這是一條防止混凝土被侵蝕的重要手段,可以將延長有害物質(zhì)到達鋼筋的時間,延緩了鋼筋的腐蝕,使鋼筋混凝土的有效壽命得到提高。但在混凝土耐久性規(guī)范發(fā)布之前,混凝土鋼筋的凈保護層厚度僅為15mm,從結(jié)構(gòu)受力的角度,使截面的有效高度和承載能力較大,而從抗侵蝕能力來講,則正好相反,在惡劣的環(huán)境下,侵蝕很容易到達鋼筋位置,引起鋼筋的銹蝕和混凝土裂縫的進一步發(fā)展。所以對于侵蝕嚴重的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮適當增加混凝土保護層的厚度,補強的混凝土凈保護層厚度滿足《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定》的要求。

        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(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(yīng)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(yīng)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(yīng)的涂層顆粒還可與混凝土中的物質(zhì)繼續(xù)反應(yīng)生成新的凝膠,對較小的裂縫可實現(xiàn)自身修復(fù)。防護層除具有防水功能外,還應(yīng)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(yīng)不小于0.8MPa。

        (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(yīng)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。混凝土橋梁的病害處理措施應(yīng)是針對結(jié)構(gòu)裂縫或毛細孔道的處理,提高原結(jié)構(gòu)的密實度和防水抗?jié)B性能。位于環(huán)境惡劣地區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),除考慮結(jié)構(gòu)剛度外,其設(shè)計混凝土橋梁不宜按允許裂縫出現(xiàn)的情況考慮。采用滲透結(jié)晶性防水材料作為結(jié)構(gòu)表面的防護層較單純防水材料更適合于耐久性要求。為提高結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命,保證結(jié)構(gòu)的使用安全性,應(yīng)建立定期檢測、維護和維修機制。

        [1]鐵建設(shè)[2005]157 號,鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(guī)定[S].

        [2]周以恪,張紹麟。建筑材料[M].北京:中國鐵道出版社,1994.

        [3]GB50108-2001,地下工程防水技術(shù)規(guī)范[S].

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