公路橋梁鋼筋銹蝕原因及防治方法

吳 順

(山西運城路橋有限責任公司，山西運城 044000)

1 我國公路橋梁鋼筋銹蝕現狀分析

一般來說，公路橋梁的鋼筋結構跨徑大、承載能力很強，具有著一定的耐久性。但由于其施工工期較短而服役年限相對較長，加之以常年的日曬雨淋，在介質作用下很容易銹蝕，如果沒有長治久效的防治銹蝕的方法對鋼筋進行防護，會大大降低公路橋梁的工作年限，更有甚者會提前報廢。

縱觀國內外較為著名的公路橋梁，尤其是歐洲及北美等發達國家，多由于20世紀各國防銹蝕技術發展的阻滯，使得鋼筋結構得不到長久的保護，使得其投入運營后產生嚴重的銹蝕現象，以致于消耗大量的人力與物資進行定期維護，有些甚至只能降級使用或報廢。在20世紀我國大量建設大跨徑公路橋梁，使得鋼橋梁建設取得長足進步，但基于經濟限制和防銹蝕工作的怠慢，因而接連發生了各式各樣的橋梁銹斷以及橋面墜落事故，而且這些橋梁的工作年限也很短。由此可見我國公路橋梁的處境不容樂觀，在一定程度上主要因為SO2的嚴重污染以及氯離子的彌漫，所以探求公路橋梁鋼筋防銹蝕的方法是目前我國橋梁建設中的一項不可忽視的重任。

2 公路橋梁鋼筋銹蝕的危害以及防治銹蝕的必要性

隨著我國高速公路和城市立交橋的大量建設，由于鹽害、凍害和碳化等多種因素引起的橋梁鋼筋銹蝕問題逐步顯露，部分公路橋梁投入運營后，鋼筋混凝土結構開始出現開裂、剝落等現象，這也源于國內一直沿用重強度輕耐久的設計概念的影響，而鋼筋銹蝕是公路橋梁耐久性失效而老化的最重要的因素和表現形式。鋼筋的大幅度銹蝕主要是通過對受力的截面面積的削弱來達到的，這樣做的主要目的是可以達到使得構建的承載能力大幅度降低，不僅如此，鋼筋與混凝土之間的相互融合能力也會因為這點而大幅度降低，這樣做可以使得混凝土鋼筋在其真正受力的地方出現一些裂縫，這些裂縫很可能因為自身的膨脹而導致混凝土整體結構路面的受力性與耐久性能大大降低，繼而直接造成巨大的橋梁破壞和經濟損失。

與世界各國一樣，我國常年應用油漆防銹維護，雖耗資巨大，卻未見成效。鑒于此，我們需要一種具有持久性能的長效防腐涂層，實現一次性耐久防銹蝕。近年來隨著我國電弧噴涂工藝的逐步完善，使得涂層質量，生產效率大大提高，也很大程度地降低了經濟成本和維護費用，可以做到一次防銹到與橋梁設計同步壽命，大大地減少了環境污染，產生了較好的經濟與社會效益。

3 公路橋梁鋼筋銹蝕基本原理和類型

3.1 銹蝕機理

公路橋梁鋼筋的銹蝕過程是一個電化學反應過程，鋼筋混凝土在長期的日曬雨淋作用下，受到水的氧化作用而產生比較嚴重的化學反應，這種化學反應我們又將其稱之為兩級電的化學反應，這些基本的電子很容易在陽性比較強的極鐵中得到釋放。Fe→Fe+++2e;在這種整體的釋放過程中，電子會向陰極大量流動，水中也會溶解不同程度的氧化離子OH－:O2+2H2O+4e→4OH－;這些氧化的離子會將電子等進行大量的吸收，從而導致腐蝕性電流的產生，并且在基本鋼筋的表面產生氫氧化亞鐵的薄膜，這種帶有明顯化學性質的薄膜也會受到水以及氧氣的雙重影響而滋生出鐵銹(即Fe(OH)3):其化學反應過程如下所示:2Fe+2H2O+O2→2Fe(OH)2，2Fe(OH)2+H2O+O2→2Fe(OH)3。

3.2 銹蝕類型

公路橋梁的鋼筋銹蝕在不同的環境下，其呈現形式亦有所不同，一般來說主要有均勻銹蝕、孔蝕和縫隙銹蝕三種。這些比較均勻的腐蝕性鐵銹會比較平均的分布在各個鋼筋的表面，同時會以相對比較穩定的速度將整個金屬的厚度削弱，從而造成金屬損失，這是一種較為常見的銹蝕狀態，較容易預測防護，不易產生突然性事故。點蝕是指公路橋梁在適宜的環境介質中投入使用，大部分表面未受銹蝕，而小區域鋼筋選擇性銹蝕出現蝕孔或麻點，經久累積縱深化發展，造成大面積的破損，這類銹蝕一般因Cl－吸附在鋼筋表面膜中部分區域的缺陷處引起的。縫隙腐蝕是鋼筋結構連接處(如金屬鉚接、螺釘接頭、螺栓連接等)存在銹蝕介質而發生的局部銹蝕，而造成局部斷裂。

4 公路橋梁鋼筋銹蝕的原因

根據鋼筋混凝土結構的生成過程，混凝土水化會產生大量OH－，在高強堿介質中鋼筋混凝土表面會生成一層鈍化膜，從而抑制鋼筋銹蝕，當保護層遭到破壞時，容易產生銹蝕現象。公路橋梁鋼筋銹蝕的原因主要有以下三種:

1)鋼筋保護層碳化銹蝕，一般源于混凝土不夠密實或厚度以及抗滲性能不足時，保護層容易受到破壞，表面浸入二氧化碳發生碳化至鋼筋表面，降低鋼筋表面堿度，從而生成銹蝕物。這里水化的氫氧化鈣保證著混凝土的高堿度，另一方面因其在空氣中具有不穩定性易與環境中的酸性介質發生中和反應，使混凝土碳化，進而使鋼筋銹蝕。

2)氯離子或氯化物銹蝕，多為孔蝕、點蝕等局部銹蝕，會改變鋼筋的力學性能以及減小鋼筋截面積甚至致使鋼筋斷裂。在混凝土中鋼筋周圍的氯離子主要通過兩種途徑引發銹蝕，一是施工用水含氯鹽，在攪拌、澆筑混凝土時滲入混凝土中;其二是施工環境中氯鹽經由混凝土縫隙滲入至鋼筋表面，破壞混凝土的包鋼筋表面的兩重屏障，引發銹蝕，導致保護層開裂或脫落。具體地說，氯離子主要通過破壞鈍化膜，同時因其在鈍化膜的破壞與未破壞區域間存在電位差而形成腐蝕電流，加快腐蝕速度，形成邊緣效應;其導電作用容易形成離子通路，加快氯離子的擴散、滲透，使其穿透保護層而銹蝕鋼筋;在陽極反應的過程中氯離子具有較好的陽極去極化作用從而加快陽極反應，起到周而復始的破壞作用。一般來說，水泥中的鋁酸三鈣還易與氯鹽反應生成不溶性“復鹽”，在堿性環境下可抑制氯離子作用，堿性降低時又會重新釋放氯離子。

3)外部的環境將直接影響到鋼筋的銹蝕程度，其中影響最大的是濕度。鋼筋混凝土在空氣中遇到水容易產生銹蝕。一般在混凝土的相對濕度達到100%時，二氧化碳很難進入其中，從而銹蝕也就不會容易滋生了，在這種情況下最好的辦法就是把濕度盡量控制在80%左右，讓混凝土鋼筋盡量得到碳化處理。

5 對公路橋梁中的鋼筋腐蝕的防治研究

對于鋼筋結構出現的腐蝕情況，我們常常會采用兩種主要方式進行處理，第一種是采用比較惰性的材料結構在鋼筋結構的表面進行機械化的隔離水處理，從而防止腐蝕現象的發生，另外一種方式就是采用電化學的主要方式來提升鋼結構的整體電位繼而形成保護。考慮到鋼筋銹蝕的成因，我們可以從以下三個方面來著手分析:

首先，從混凝土結構的經濟性和安全性來考慮，應重點防治混凝土碳化，為了達到這一目的，我們常常使用水灰度低于規定范圍的方式來對鋼筋混凝土的密實性進行處理及保障。這就涉及混凝土的澆筑施工過程，在澆筑施工前應加入適量的粉煤灰、礦渣粉等細集料，在對其進行攪拌的過程中，我們要特別注意對鋼筋比較密集的部位進行高強度的振搗試驗，從而將模板的空氣排干凈，減少內部的空洞現象。

其次，從鋼筋混凝土自身條件來考慮，要有效地降低有害離子的侵入和損壞需要采用特種鋼筋來提高混凝土自身防御能力。我們在對鋼筋混凝土路面進行施工的過程中，要結合具體的實際，特別是要重點處理滲透到混凝土之中的氯離子，因為涉及到氯離子的有害物質是導致路面腐蝕的最大殺手。在原材料的控制上，不能使用海產的工業用水，同時要合理選用水泥品種和其他原材料，我們應該首先采用粉煤灰材質的水泥或者是礦渣材質的水泥等。

第三，我們要將環境過程中蘊含的濕度對于鋼筋的腐蝕程度降到最低，要達到這個目的，最主要的方式是在鋼筋的表層涂上一層隔離層，這種方式可以大大提升混凝土的防水性能，繼而提升該鋼筋混凝土表面的耐久性。在這個執行過程中，我們一般都是使用噴砂槍等工具先將有銹的表面進行除銹，再將已經松動的混凝土進行清除，并且在已經露出來的鋼筋表面涂上一層粘合劑，這樣可以大大增強整個鋼筋混凝土表面的防銹能力，如果這些鋼筋將被使用在破損比較嚴重的路面上時，我們可以考慮將這些除銹的試劑涂抹在鋼筋的表面上，繼而保證其的基本干燥，提升該路面的整體安全性能。

這里我們尤其要注意對鋼筋表面油漆涂層的選擇，綜合考慮到各類因素，常用的涂層方法有以下幾類:第一種方式我們通常采用氧化的乙炔型火焰對鋁絲等進行融化處理，繼而使用高壓的主要霧化氣體在工件的基本表層進行火焰的噴漆設置，第二種方式是把這些鍍鋅的地方進行熱處理，使用酸性的材質物品將銹基本上洗去，第三種方式就是在鋼筋表面涂上防銹的材料，第四種方式主要是使用噴射漆物的設備讓電源中基本上都可以形成帶正負兩極電荷的金屬絲，并且讓這些金屬絲在噴槍交匯的地方實現弧熔化。

6 國內外公路橋梁鋼筋防銹蝕技術的發展與前景

20世紀國外熱噴涂長效防腐涂層的腐蝕試驗直接推動了現代發達國家鋼鐵橋梁熱噴涂防腐的應用，而由于經濟因素、環境因素以及熱噴涂使用壽命限制，使得國內外相關技術人員開始探索新的防銹蝕技術，如今電弧噴涂長效防腐較好的克服了這些缺點而在國內得到廣泛應用，并取得很好的防腐效果，我國已完全有能力采用電弧噴涂長效防腐技術解決國家大型鋼橋梁的腐蝕防護問題，使得我國公路橋梁的鋼筋防銹蝕技術有了更大的發展空間。

7 結語

在防治公路橋梁中鋼筋的銹蝕現象時，應從施工設計時做起，包括選材要細致以保證保護層密實而無露筋現象，鋼筋運輸時尤其要注意防銹蝕、防污染，在澆筑施工時要采取適當地防護措施，避免鋼筋混凝土表面收縮暴裂。

［1］任必年.公路鋼橋腐蝕與防護［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］馮福明.公路橋梁鋼筋銹蝕的防治與修復［J］.內蒙古科技與經濟，2005(11)：29-30.

［3］邵雪竹.環氧厚漿涂料在金屬防腐工程中運用［J］.建筑工業信息，2005(4)：57-58.