混凝土橋梁結構防腐技術措施分析

【摘 要】 文章分析了橋梁混凝土的腐蝕機理，針對混凝土橋梁結構防腐技術措施進行了探討。

【關鍵詞】 混凝土橋梁結構 防腐技術 措施

Abstract ： The paper mainly discusses the antisepsis technology of the concrete bridge structure.

腐蝕會造成混凝土結構的強度降低，從而大大縮短橋梁的使用壽命。橋梁建成后，如未對混凝土表面進行防腐處理，在經過若干年后，混凝土表面可能因腐蝕出現裂紋、松動、凹陷、孔洞等現象，隨使用時間而程度不同。在涂裝時需采取防腐處理措施。

1.橋梁混凝土的腐蝕機理

混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學腐蝕。空氣中CO2氣滲透到混凝土內，與其堿性物質起化學反應后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化，又稱作中性化，其化學反應為：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3

＋H2O。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質對鋼筋有良好的保護作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。可見，混凝土碳化作用一般不會直接引起其性能的劣化，對于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對于鋼筋混凝土來說，碳化會使混凝土的堿度降低，同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數量，因而會使混凝土對鋼筋的保護作用減弱。

1.1不同涂層對混凝土氯離子滲透性的影響 氯離子滲透性對于鋼筋混凝土橋梁結構的耐久性是一個重要考察指標。氯離子即使在高堿度下，對破壞鋼筋的鈍化膜都有特殊的能力。鋼筋的銹蝕最終會導致混凝土強度大大降低，這對于鋼筋混凝土結構來說是一個潛在的巨大威脅。試驗表明，基準混凝土通過的電量為1233C.而涂有各種涂層的混凝土的氯離子滲透性得到顯著改善。

1.2不同涂層對混凝土氣體滲透性的影響 與基準混凝土相比，純丙乳液涂層可以使混凝土氣體滲透系數降低1個數量級，叔碳酸鹽涂層可以使滲透系數降低2個數量級以上，而涂有苯丙乳液的混凝土根本就不透氣。有機硅對混凝土的氣體滲透性影響很小。

1.3不同涂層對混凝土碳化深度的影響

混凝土碳化是指空氣中的二氧化碳氣體不斷透過混凝土毛細孔擴散到混凝土內部，氣相擴散到混凝土內部充水的毛細孔中與其中的孔隙液所溶解的氫氧化鈣進行中和反應，生成碳酸鹽或其他物質的現象。從總體上可以把混凝土碳化過程分成兩個步驟：第一個步驟是二氧化碳氣體擴散到混凝土孔隙中；第二個步驟是二氧化碳與混凝土中物質發生反應。很明顯，前者是發生碳化腐蝕的前提條件。利用涂層包裹混凝土的表面，從而形成致密的保護層可以防止二氧化碳氣體的擴散。除了有機硅涂層外，其他涂層對防止混凝土的碳化都有很好的效果，基準混凝土28d碳化深度為24.7mm，而涂有苯丙乳液的混凝土28d碳化深度最小僅為0.7mm，純丙乳液次之為2.7mm，叔碳酸鹽再次之為5.9mm.從碳化的發展速度來看，基準混凝土和涂有純丙乳液、叔碳酸鹽涂層的混凝土早期碳化發展較快，后期較慢。這是因為碳化產生了不溶于水的碳酸鈣填充了混凝土的部分空隙，使得二氧化碳氣體擴散變得更難，所以減緩了碳化速度。

1.4不同厚度的涂層對混凝土耐久性的影響 分別調整苯丙乳液涂層的厚度為0.7mm、1.0mm和1.3mm，進行混凝土氯離子滲透、氣滲、碳化深度測試。由試驗結果可以發現，混凝土28d的碳化深度隨涂層厚度的增加而明顯減小。其中1.0mm涂層的混凝土碳化深度為0.8mm，而0.7mm涂層的混凝土碳化深度增加到3.2mm.而涂層厚度對混凝土氣滲和氯離子滲透幾乎沒有影響，綜合考慮經濟與效果兩方面因素，建議選擇涂層厚度為1.0mm.

2.防腐技術控制措施

2.1混凝土中Cl－總量限定值

Cl－的總量限定值應小于0.18％（普通混凝土水泥重量百分比），折合為0.55kg/ｍ３，該值相當于美國（ACI）的限定值，比日本土木學會的規范值低8％，研究結果與美、日發達國家規范值基本上是一致的。此外Cl－的總量還直接影響著其在混凝土中的擴散速率，擴散過程可用下列方程描述：可利用正態分布求出。這樣，利用擴散方程可以將Cl－擴散與使用年限建立起關系，進而據此進行混凝土耐久性設計或檢驗評估，同時也確定了擴散速率與Cl－濃度的關系。

2.2限定鋼筋界面的電流密度和酸堿度

限定鋼筋界面的電流密度是保證電位恒定的基本指標，即鋼筋界面保護膜鈍化狀態向活化狀態轉化的臨界值。該臨界值不小于10A/cm２。而強堿性則是鋼筋界面保護膜的最佳環境條件，酸堿度的最佳值不小于11.5。

2.3限定混凝土裂縫寬度和水膠比

混凝土裂縫使腐蝕介質通過混凝土保護層，進入到鋼筋表面。必須對混凝土保護層裂縫的寬度加以限制，對高性能混凝土裂縫的限定值為0.2ｍｍ。對普通混凝土該值要適當減小。而對混凝土本身要減小Cl－的擴散速度，必須減小混凝土的滲透性，控制混凝土滲透性最有效的方法是控制其水膠比，一般限制在0.35～0.45。

2.4嚴把檢測關、增厚保護層

建議質檢部門把“新拌砂漿法”和“硬拌砂漿法”作為工程質檢的必測過程。使原材料中所含氯鹽總量控制在限定值之內。而僅僅靠自身帶入的氯離子不足以造成鋼筋的銹蝕。在此基礎上適當提高保護層的厚度。大量工程實踐和試驗表明，處于氯鹽環境中的混凝土表面12mm深度內的氯離子濃度遠遠高于25～50mm深度范圍。因此在氯鹽環境中的工程，混凝土保護層的厚度應不小于38mm，最好是不小于50ｍｍ，考慮到施工偏差，設計保護層厚度應選擇65mm。

2.5優選原材料和阻銹劑

在選擇水泥時盡量選擇礦渣、火山灰、粉煤灰水泥。這些水泥中的水泥石Ca（OH）2含量低，能夠預防氯鹽對水泥石的溶解和溶出，并防止氯鹽與水泥石發生堿集料反應，生成低強度、低膠結力的膨脹鹽，以及由此產生的混凝土松散、露骨和脫落。粗骨料應盡量選擇高堿性的碳酸巖碎石，它一方面能與水泥有高強度的膠結力，另一方面能形成高堿性的環境，使鋼筋界面的鈍化膜長期處于鈍化態。細骨料要盡量采用河砂以防止海砂帶入氯鹽。在此基礎上優選適合于工程特點的鋼筋阻銹劑，建議使用NaNO2復合型阻銹劑，這種堿性阻銹劑在堿性環境中可生成Fe3O4氧化膜，阻止Cl－離子對鋼筋的腐蝕。

2.6采用三組分膠結材料及涂層

降低腐蝕介質在混凝土中的滲透性，是防止Cl－進入鋼筋表面最直接的方法之一。通常采用的方法是在混凝土中摻加一定量的微硅粉、粉煤灰或磨細礦渣。水泥、微硅粉、粉煤灰稱為三組分膠結材料。三組分材料制成的混凝土，具有極低的滲透性并具有很高的抗Cl－滲透能力，同時具有低熱、經濟等優點。微硅粉可以提高混凝土的耐磨性，微硅粉和粉煤灰能有效降低活性集料含量及總堿量，從而避免堿集料反應發生。此外混凝土表面涂層是防止鋼筋銹蝕的第一道防線。混凝土表面的涂層能在一定時期內有效防止腐蝕介質浸入，但因其使用壽命的限制，而不能廣泛使用。目前與混凝土壽命匹配的水泥基聚合物涂層、砂漿層成為混凝土表面保護層的首選。

2.7禁止使用含氯鹽的融雪、化冰劑

對于已成型的結構物而言最重要的是禁止在結構物表面直接接觸氯鹽。因此有必要建立一套關于融雪化冰劑的檢測規程和技術標準，授權于相關質檢部門對市場上的所有融雪劑進行強制性檢查，合格者進入市場，Cl－超標者禁止進入市場。

結語

研究防腐技術的目的在于使結構物從投入使用，到內部的鋼筋開始銹蝕的時間盡可能的接近設計壽命。要想完全避免Cl－的腐蝕，最理想的方法就是從根本上保證混凝土與氯鹽環境隔絕，事實上這是不可能的。重要的是如何有效地控制氯鹽的總量，使之限定在規定的范圍之內，把預防鋼筋銹蝕的具體措施落實到實處。

參考文獻：

[1]洪乃豐.混凝土中鋼筋腐蝕與阻銹劑[J]，《混凝土》2001.

（作者單位：哈爾濱市道路橋梁工程處）