橋梁結(jié)構(gòu)混凝土中氯鹽含量與鋼筋銹蝕問(wèn)題探討

【摘要】氯鹽是引起橋梁鋼筋銹蝕的主要因素之一，鋼筋銹蝕直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性。混凝土中的氯鹽主要來(lái)源于防凍鹽、外加劑（如氯化鈣）和含氯鹽環(huán)境（如海水）等。當(dāng)氯離子達(dá)到一定量時(shí)，鋼筋便開(kāi)始銹蝕。銹蝕進(jìn)一步發(fā)展，就會(huì)出現(xiàn)混凝土保護(hù)層的開(kāi)裂和剝落，進(jìn)而危及結(jié)構(gòu)物的安全。本文對(duì)此作了分析，并提出了預(yù)防銹蝕的措施和處理修復(fù)的辦法。

【關(guān)鍵詞】鋼筋銹蝕；成因；危害；預(yù)防；修復(fù)

1.機(jī)理

鋼筋在水、氧具備的條件下，產(chǎn)生下列電化學(xué)反應(yīng)。在陽(yáng)極，鐵釋放電子e：Fe→Fe+++2e；在陰極，水中的溶解氧吸收來(lái)自陽(yáng)極的電子而生成OH-：2H2O+O2+4e→4OH；電子由陽(yáng)極不斷流向陰極，產(chǎn)生銹蝕電流，在鋼筋表面生成氫氧化亞鐵薄膜，并與水、氧結(jié)合，生成氫氧化鐵，即鐵銹。其過(guò)程可作如下：2Fe+2H2O+O2→2Fe（OH）2；2Fe（OH）2+H2O+O2→2Fe（OH）3。

2.自然因素

2.1氣候因素

我國(guó)從南到北沿海有14個(gè)省、市、自治區(qū)和特區(qū)，都受到季風(fēng)氣候的影響，依次為熱帶季風(fēng)、亞熱帶季風(fēng)、溫帶季風(fēng)。我國(guó)沿海大部分地區(qū)屬中緯度地帶，溫濕季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，四季分明。春季冷、暖空氣交替活動(dòng)頻繁；夏季梅雨過(guò)后，常出現(xiàn)高溫少雨的伏旱；秋季有連續(xù)陰雨。這種氣候特點(diǎn)，極易裸露的鋼筋生銹。

2.2水質(zhì)因素

由于我國(guó)沿海地區(qū)地勢(shì)低洼，近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，沿海土地鹽漬化加重，長(zhǎng)江河口的鹽水入侵距離與大通站徑流的相關(guān)系數(shù)為0.884，當(dāng)流量低于7000立方米/S時(shí)，鹽水入侵可達(dá)100余千米，1978-1979年鹽水曾包圍崇明、長(zhǎng)興、和橫沙三島長(zhǎng)達(dá)五個(gè)月之久。水的含鹽量越高越易引起鋼筋銹蝕。

3.工藝因素

3.1混凝土密實(shí)度不足

混凝土密實(shí)度不足，即混凝土的孔隙率較高，在一定的潮濕條件下，空氣中的二氧化碳容易滲透到混凝土內(nèi)部而引起混凝土碳化，致使混凝土堿性降低，從而使鋼筋產(chǎn)生銹蝕。

3.2保護(hù)層太薄所致

當(dāng)保護(hù)層太薄時(shí)，混凝土的碳化深度很容易達(dá)到鋼筋的范圍之內(nèi)，使鋼筋周?chē)A性，鈍化膜局部破壞，減弱對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕。

4.危害性

4.1使橋梁結(jié)構(gòu)性能受到損害

鋼筋銹蝕，導(dǎo)致鋼筋受力截面積減少，從而使鋼筋的力學(xué)性能下降；鋼筋銹蝕削弱了鋼筋與混凝土之間的結(jié)合強(qiáng)度，從而削弱了鋼筋抗拉抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致其不能把鋼筋所受的應(yīng)力有效地傳遞給混凝土；鋼筋銹蝕產(chǎn)物引起體積膨脹，膨脹后的體積是其基體體積的2倍～4倍，隨著鋼筋的不斷銹蝕，該產(chǎn)物在混凝土內(nèi)不斷積聚，對(duì)混凝土的擠壓逐漸增大，致使混凝土保護(hù)層開(kāi)裂、變形及剝離；鋼筋的銹蝕使鋼筋與混凝土結(jié)合強(qiáng)度逐漸喪失，直接影響著橋梁的使用安全和耐久性。

4.2影響鋼筋混凝土橋梁外觀

鋼筋銹蝕后會(huì)降低混凝土對(duì)鋼筋的握裹力。因?yàn)椋斐射P蝕物外流，在結(jié)構(gòu)表面形成銹跡，影響結(jié)構(gòu)美觀。現(xiàn)代橋梁不僅具有它的實(shí)用價(jià)值，也有其審美價(jià)值。這些年經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)踐告訴我們，一個(gè)地方的環(huán)境往往是一個(gè)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，這個(gè)環(huán)境包括自然環(huán)境、歷史人文環(huán)境和社會(huì)和諧環(huán)境。有許多地方的橋梁往往是這個(gè)地區(qū)吸引人們投資的的重要景點(diǎn)。

5.經(jīng)濟(jì)損失

美國(guó)學(xué)者Sitter曾經(jīng)提出過(guò)著名的五倍定律，認(rèn)為：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)新建項(xiàng)目在鋼筋防護(hù)方面每節(jié)省1美元，就意味著發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時(shí)采取措施多追加5美元。據(jù)美國(guó)公路戰(zhàn)略研究項(xiàng)目（（SHRP）報(bào)告統(tǒng)計(jì)，1986年，美國(guó)修復(fù)因銹蝕引起的橋梁損壞所需費(fèi)用為200億美元，而且這種費(fèi)用還在以每年5億美元的速度遞增。

6.混凝土鋼筋銹蝕的預(yù)防

6.1鋼筋表面增加環(huán)氧樹(shù)脂涂層

在發(fā)達(dá)國(guó)家，帶有環(huán)氧樹(shù)脂涂層的鋼筋被廣泛應(yīng)用于橋梁等工程建設(shè)中。良好的涂層能有效防止鋼筋銹蝕，大大延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命。具體做法是：用噴射鋼砂對(duì)鋼筋表面進(jìn)行處理，除掉所有污跡和氧化膜；將待涂鋼筋加熱至232℃，再將環(huán)氧樹(shù)脂粉末靜電噴涂至鋼筋表面，粉末在鋼筋表面熔化，形成一層與鋼筋粘結(jié)緊密的薄膜，然后進(jìn)行養(yǎng)生。這一過(guò)程是不可逆的，也就是說(shuō)，涂層形成后，重新加溫加壓不會(huì)使其熔化或流失。環(huán)氧樹(shù)脂涂層可阻止水和帶電離子到達(dá)鋼筋表面，因此，即使混凝土產(chǎn)生裂縫，鋼筋也能得到有效保護(hù)。

6.2注意防水層的密實(shí)性

水在鋼筋銹蝕過(guò)程中起著重要作用，切斷水的通路，鋼筋銹蝕便可以控制了。橋梁防水包括表面防水和裂縫修補(bǔ)。表面防水一般采用在經(jīng)常接觸水的表面增加防水層的方法。防水層一般采用環(huán)氧樹(shù)脂或其他高分子材料。防水層施工前，應(yīng)使表面混凝土清潔、干燥，以保證良好的粘結(jié)性。防水層應(yīng)致密、均勻，以達(dá)到良好的防水效果。

6.3增加鋼筋保護(hù)層厚度

增加鋼筋保護(hù)層厚度可使氯離子滲透至鋼筋表面的時(shí)間增長(zhǎng)，因而能延緩鋼筋銹蝕的發(fā)生。現(xiàn)在有些鋼筋保護(hù)層厚度不夠，需要注意。在橋梁的建造中，一定要拒絕保護(hù)層厚度不夠的鋼筋進(jìn)入工地。

6.4電化學(xué)防護(hù)方法

電化學(xué)防護(hù)方法是應(yīng)用電化學(xué)原理避免鋼筋銹蝕，如陰極防護(hù)。在原電池中，活性較強(qiáng)的金屬（陽(yáng)極）失去電子逐漸熔解，而活性較弱的陰極維持原狀。利用這一原理，可以引入活性比鐵強(qiáng)的金屬（如鋅）充當(dāng)陽(yáng)極，與鋼筋混凝土共同形成電池。當(dāng)電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時(shí)，活性比鐵強(qiáng)的金屬逐漸被腐蝕，而鋼筋不會(huì)銹蝕。一種典型的陰極防護(hù)形式就是用電弧法將鋅噴涂于梁腹混凝土表面作為外加陽(yáng)極對(duì)鋼筋進(jìn)行保護(hù)。這一方法對(duì)防止鋼筋銹蝕很有效。

7.處理修復(fù)

7.1及時(shí)發(fā)現(xiàn)，及早維護(hù)

橋梁病害的發(fā)展是一個(gè)非線形的過(guò)程。開(kāi)始階段，病害的發(fā)展很平緩，經(jīng)過(guò)某一臨界點(diǎn)后，病害發(fā)展會(huì)急劇加速，直至橋梁失去使用功能。其病害的發(fā)展過(guò)程，可以用一條幾何曲線來(lái)描述；同樣，病害修復(fù)所需費(fèi)用也符合類似規(guī)律。因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)病害后，及時(shí)修復(fù)十分重要，否則，不僅所花時(shí)間很多，費(fèi)用也很大。鋼筋銹蝕可能在橋梁的任何部位發(fā)生，特別是經(jīng)常有水浸潤(rùn)和鋼筋出露的地方，如伸縮縫附近、經(jīng)常被水淋濕的梁腹、橋面及混凝土開(kāi)裂處等。修復(fù)時(shí)，首先要清除所有銹蝕區(qū)域的混凝土，然后對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹處理，通常采用噴砂法或超高壓水槍噴射除銹。如果鋼筋截面積因銹蝕嚴(yán)重減小，可能影響橋梁的承載力時(shí)，應(yīng)根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果確定修復(fù)部位并增加鋼筋數(shù)量，以確保結(jié)構(gòu)含筋量。上述工作完成后，在打開(kāi)處澆筑高強(qiáng)度水泥混凝土。當(dāng)混凝土層較薄無(wú)法立模施工時(shí)，可采用噴射混凝土澆筑。

7.2處理銹蝕要按照一定的步驟進(jìn)行

在一般情況的修復(fù)是：首先要鑿除松脫、剝離等已損壞部分的混凝土，使鋼筋全部露出；然后用噴砂槍或其他工具對(duì)鋼筋作除銹處理，并鑿除混凝土表面上的灰塵；接著對(duì)鋼筋除銹后作防銹處理在露出的鋼筋表面涂以環(huán)氧膠液等粘結(jié)劑；最后配料澆筑混凝土，如采用環(huán)氧砂漿、環(huán)氧混凝土或其他防腐材料，對(duì)新混凝土進(jìn)行表面處理。

8.結(jié)語(yǔ)

在混凝土碳化嚴(yán)重情況下的修復(fù)，有兩種處理方法，一是在結(jié)構(gòu)外補(bǔ)做高密實(shí)的混凝土保護(hù)層或在結(jié)構(gòu)表面加一層封閉性表面涂層。二是用電極滲透法將強(qiáng)堿性電解質(zhì)溶液向已中性化的結(jié)構(gòu)混凝土保護(hù)層內(nèi)滲透，使舊混凝土重新變成堿性，恢復(fù)其功效。

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