混凝土橋梁結構的防腐蝕技術

【摘 要】結合海洋環境下混凝土橋梁腐蝕機理的分析，總結了目前常用的橋梁防腐蝕技術和措施，指出了適合于海洋環境下橋梁結構的防腐蝕技術。

【關鍵詞】海洋環境；混凝土橋梁；腐蝕

1 引言

沿海及近海地區的混凝土結構腐蝕破壞是較為常見的一種混凝土病害，由于氯離子的大量存在對橋梁結構的耐久性和安全產生直接的影響[1]。在我國近海地區的橋梁結構中，由于腐蝕防護措施不足等原因而導致嚴重鋼筋銹蝕破壞的事例時有發生，極大影響了橋梁結構的安全。因此，海洋環境下的橋梁結構腐蝕防護和耐久性問題必須引起我們的充分重視。為保障橋梁結構的使用壽命和安全，應采取積極有效的防腐蝕措施，以提高近海地區混凝土橋梁結構的耐久性。

2 海洋環境下混凝土結構的腐蝕機理分析

海洋環境下鋼筋混凝土的腐蝕主要包括兩種形式。一種是混凝土的碳化作用， 由于鋼筋混凝土中的水泥在水化過程中產生大量的Ca(OH)2，使混凝土中的鋼筋處于高堿性的溶液發生鈍化，這種堿性介質對鋼筋起到了良好的保護作用.當空氣中的CO2滲透到混凝土內，與Ca(OH)2發生化學反應生成碳酸鹽和水，引起混凝土堿度降低，混凝土內部堿性環境遭到破壞，當碳化深度達到鋼筋表面時，鋼筋失去堿性環境的保護開始生銹.可見，混凝土碳化作用主要通過減弱了鋼筋混凝土的堿性環境，使鋼筋失去保護作用.一種是氯鹽腐蝕，這是引起臨海和近海地區鋼筋混凝土構件破壞的最主要原因。海水中存在大量氯離子，通過擴散、毛細管和滲透等作用進入混凝土并到達鋼筋表面，吸附于局部鈍化膜處，可使該處的PH值迅速降低，氯離子的局部酸化作用可使鋼筋表面呈顯著酸性(PH<4)，使鈍化膜完全破壞，鋼筋暴露于腐蝕環境中。氯離子首先以小范圍面積的形式附著在鋼筋表面，破壞了該處的鈍化膜，使鋼筋表面產生電位差，露出的鐵基體作為陽極而受到腐蝕。由于大陰極（鈍化膜區）對應小陽極（鈍化膜的破壞點）的存在，形成腐蝕電池，使鋼筋腐蝕持續穩定地進行，最終在鋼筋表面產生坑蝕。

3 常用的防腐蝕技術

解決橋梁結構的防腐蝕問題，提高橋梁結構耐久性，歸結起來分為可分為以下措施：

3.1 電化學措施，包括陰極保護法、混凝土電化學堿化法、混凝土電化學除氯法等。其中陰極保護法是最常用的一種電化學保護法，主要由犧牲陽極法和外加電流法。杭州灣跨海大橋是我國首個應用陰極防護技術的橋梁結構工程，在南、北航道橋主墩承臺、塔座及下塔柱處浪濺區，設置了外加電流陰極防護系統，實時監控和調節電流大小，使鋼筋始終處于陰極狀態。

3.2 化學措施，從混凝土的角度著手，通過改善混凝土的密實度，改善混凝土內部結構，減小孔隙，從而降低氯離子對混凝土的滲透性，具體措施主要包括采用高性能混凝土，加入緩蝕劑和鈍化劑等。

3.3 物理措施，又稱表面涂層法，是指在混凝土的外表面涂抹涂層阻止氯離子的侵蝕和混凝土碳化深入混凝土內部，或者在鋼筋表面涂抹環氧涂層阻隔外界腐蝕介質對鋼筋的侵入，從而延長結構的使用壽命。美國試驗與材料學會的調查結果顯示，采用環氧涂層鋼筋可延長結構使用壽命20年左右。我國的杭州灣跨海大橋在腐蝕嚴重的浪濺區現澆墩身中就采用了環氧涂層鋼筋的技術。

目前工程中應用較廣泛的防腐技術主要包括高性能混凝土的應用和混凝土表面涂層技術，在我國近年來興建的多座跨海大橋中均得到了重視。

4 高性能混凝土的特點及主要技術指標

高性能混凝土是混凝土結構耐久性研究的重要成果。其特點是低水灰比和雙摻技術，即摻用高效減水劑和礦物細摻料。低水灰比可以降低孔隙率，而由于摻用了高效減水劑，仍可以獲得良好的工作性能；礦物細摻料的摻加改善了混凝土的微觀孔結構，提高了混凝土的密實度；有效地抵抗了水的滲透和氯離子的滲透，具有良好的耐久性。我國香港地區的青馬大橋和澳門珠海跨海大橋就采用了雙摻技術來提高橋梁結構的耐久性。

我國《高性能混凝土應用技術規程》（CECS 207：2006）[2]對高性能混凝土的主要技術指標作出以下要求：水膠比不大于0.38；56d齡期的6h總導電量小于1000C；300次凍融循環后相對動彈性模量大于80%；膠凝材料抗硫酸鹽腐蝕試驗的試件15周膨脹率小于0.4%，混凝土最大水膠比不大于0.45；混凝土中可溶性堿總含量小于3.0kg/m3.《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范》（JTJ/T B01-7-2006）[3]要求高性能混凝土：混凝土拌合物水膠比不大于0.35，膠凝材料總量不小于400kg/m3；坍落度不小于140mm；標準硬化混凝土強度等級不小于C50；抗氯離子滲透性不小于1000C。可以看出，雖然兩種規范規定的內容不盡相同，但是對高性能混凝土的水膠比和抗氯離子滲透性的規定都很嚴格，這也是高性能混凝土良好耐久性的保證。

5 混凝土表面涂層保護

混凝土表面采用防腐蝕涂層，在混凝土表面會形成一層屏蔽阻隔層，阻止氯離子了侵入混凝土造成鋼筋腐蝕，在海洋環境下混凝土涂層保護占有十分重要的作用，對于海邊橋梁混凝土結構，要求混凝土防腐蝕涂層具有良好的耐堿性、耐候性，耐老化性，耐腐蝕性。規范[4]推薦：環氧樹脂涂料、聚氨酯涂料、氯化橡膠涂料、乙烯樹脂涂料、丙烯酸樹脂涂料等有機涂料適用于混凝土表面涂層的防腐涂裝。

從材料特性和涂料涂裝的先后順序可依次分為：

5.1 底層：滲透型環氧封閉漆。滲透型封閉漆可增強混凝土的表面強度，增加涂層與混凝土的附著力，具有一定封閉性和抗滲透性，常用的有FPP502。

5.2 找平層：環氧膩子。環氧膩子具有很好的附著力、耐堿性、耐腐蝕性和強度，是一種理想的找平材料。

5.3 中間層：環氧樹脂漆。中間層選用的環氧樹脂漆應采用厚膜型中涂漆，除具有極佳的附著力、耐堿性和抗滲透性，涂裝后還增加了涂層厚度，增強了整個涂層的抗氯離子滲透性。

5.4 面層：聚氨酯面漆。具有極好的耐鹽霧性和耐海洋大氣腐蝕性，強日光紫外線照射下不易降解、粉化和變色，持久性卓越。

除此以外，涂料的選擇還需考慮到結構所處的部位，例如在浪濺區和水位變動區混凝土表面常處于潮濕狀態，采用的涂料應具有濕固化和快固結的性能。

6 結語

沿海地區橋梁結構的腐蝕主要以氯鹽腐蝕為主，存在于大氣和海水中的氯離子通過滲透進入混凝土中，降低了橋梁的耐久性，也給橋梁結構的養護和維修帶來了困難，同時也給人們的生命財產造成了威脅，因此必須重視沿海橋梁結構的防腐蝕問題，積極使用新材料、新工藝，降低橋梁腐蝕病害，提高橋梁結構的耐久性。

參考文獻

[1]劉志宇. 北方海洋環境橋梁混凝土涂層防腐蝕設計. 北方交通，2009，（1）：77-79.

[2] CECS 207：2006高性能混凝土應用技術規程[S]. 北京：中國計劃出版社，2006.

[3] JTJ/TB01-7-2006公路工程混凝土結構防腐蝕技術規范[S]. 北京：人民交通出版社，2006.

[4] JTJ275—2000海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范[S]. 北京：人民交通出版社，2001.

作者簡介：

張明廣（1971— ），男，江蘇鹽城市人，主要從事公路橋梁施工。