鋼筋混凝土橋梁的病害處理

　　摘要：交通工程中橋梁規(guī)模、數(shù)量在不斷地增加,但在已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的線路上，有些橋梁卻未達(dá)到其使用壽命而過早地發(fā)生損壞，研究混凝土橋梁病害發(fā)生的原因和處理、防治措施,為今后橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供有益借鑒。通過對(duì)多處存在病害的混凝土橋梁進(jìn)行實(shí)地考察，對(duì)其所處環(huán)境中的大氣、地表水、地下水進(jìn)行化驗(yàn)，根據(jù)侵蝕性介質(zhì)類型的不同，分別進(jìn)行物理、化學(xué)和結(jié)構(gòu)分析。針對(duì)病害混凝土橋梁出現(xiàn)的混凝土保護(hù)層松動(dòng)、剝落和鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，分析了原因，對(duì)存在病害的橋梁提出了加固改造措施，對(duì)設(shè)計(jì)、施工提出了建議。有害物質(zhì)是以氣體或水為載體，以混凝土的裂縫、毛細(xì)孔為通道在結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散，和混凝土中的一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞。病害混凝土橋梁的處理措施包括提高混凝土密實(shí)度和防水抗?jié)B性以及鋼筋的耐蝕性,對(duì)防止病害的發(fā)生、提高橋梁的使用壽命有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土橋梁；病害；處理措施

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(rèn)為是非常耐久的材料。近幾年來，才逐漸發(fā)現(xiàn)它也會(huì)像天然石材在一定的條件下被風(fēng)化變質(zhì)一樣，喪失原有強(qiáng)度而過早損壞，影響其正常使用?；炷翗蛄旱脑O(shè)計(jì)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(yán)重的在建成幾年就會(huì)出現(xiàn)混凝土保護(hù)層剝落、鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，需要進(jìn)行病害整治和加固維修。

1.病害發(fā)生的原因

橋梁的混凝土結(jié)構(gòu)是以水泥的水化產(chǎn)物作為膠結(jié)料并結(jié)合一定級(jí)配的骨料或其它惰性材料和鋼筋制成的一種復(fù)合材料。在這一復(fù)合結(jié)構(gòu)中，鋼筋提供了結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，而混凝土則提供了結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度和對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。所以混凝土橋梁的病害包括混凝土的性能劣化和混凝土中鋼筋的銹蝕兩個(gè)方面，混凝土的劣化指在使用過程中，混凝土受周圍環(huán)境的物理、化學(xué)、生物作用，混凝土內(nèi)的某些成分發(fā)生反應(yīng)變性、溶解析出、結(jié)晶膨脹及基體開裂等，從而造成混凝土性能的下降，主要包括侵蝕性介質(zhì)腐蝕、凍融破壞、混凝土裂縫，混凝土的碳化(中性化)、溶出性腐蝕等,混凝土的劣化不僅直接降低混凝土的性能，更主要的是它對(duì)混凝土中的鋼筋失去保護(hù)作用，導(dǎo)致鋼筋的銹蝕失效。

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(dāng)Cl-與鋼筋接觸,含量達(dá)到一定程度時(shí)，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(shí)，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。[2]

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(diǎn)以下時(shí)，孔隙中的水凍結(jié)膨脹，體積可增大10%,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(kuò)展連接,以致逐漸降低混凝土的強(qiáng)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(shí)，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(duì)鋼筋混凝土的腐蝕。

2.主要的病害處理措施

一般的混凝土橋梁病害是由幾種破壞的組合,更加加速了侵蝕的程度,例如:化學(xué)腐蝕可以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞,而同時(shí)又有冰凍發(fā)生,對(duì)混凝土的破壞程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩者的代數(shù)相加,鹽凍對(duì)混凝土路面造成的傷害使得東北地區(qū)一條高等級(jí)公路只經(jīng)過一個(gè)冬天就大面積剝蝕。所以探求處理病害的處理措施應(yīng)該全面的從共性的問題上去解決。由以上幾種主要的病害,可以看出混凝土的侵蝕與混凝土的強(qiáng)度無關(guān),而與混凝土的密實(shí)度、孔隙特征和外界環(huán)境相關(guān),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫和毛細(xì)孔,是各種有害介質(zhì)進(jìn)行侵蝕的通道,如何致力于提高鋼筋混凝土的密實(shí)度,切斷與有害介質(zhì)侵入的通道(即便是水和氣體也會(huì)對(duì)鋼筋混凝土具有一定的侵蝕性),對(duì)抑制混凝土橋梁各種病害的發(fā)生,提高結(jié)構(gòu)的抗侵蝕能力和橋梁的使用壽命有著重要的意義。主要處理措施如下:

2.1混凝土

2.1.1選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)混凝土或砂漿

被侵蝕松動(dòng)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(qiáng)度和承載能力。在進(jìn)行處理時(shí),應(yīng)剔除松動(dòng)的混凝土,采用適當(dāng)?shù)幕炷粱蛏皾{補(bǔ)強(qiáng),侵蝕嚴(yán)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(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力。補(bǔ)強(qiáng)的混凝土或砂漿應(yīng)具有以下性能:

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