芻議化學工程在防護橋梁鋼筋銹蝕中的作用

劉 娟，蔡潯泉

(江西省九江市公路管理局)

1 銹蝕現象及其原因

1.1 鋼筋銹蝕的機理分析

對于橋梁鋼筋它處于較為潮濕的環境當中，混凝土中的水分存在形式為飽和的氫氧化鈣溶液，里面也會含有氫氧化鈉和氫氧化鈣，它的PH 值為12.5，屬于強堿，鋼筋在這種強堿的環境中表面會生成鈍化膜，它是水化氧化物，化學式為nFe3O3·mH2O，這種鈍化膜可以保護鋼筋不被進一步腐蝕，但是由于混凝土在多種因素作用下(比如碳化、氯離子侵蝕等)，混凝土的堿度會大大降低，當它的PH 值小于9 時，鋼筋的鈍化膜就會遭到破壞，呈活化態時，鋼筋就容易腐蝕，它的腐蝕反應電化學機理是水分子存在時，鐵電離子的陽極反應和溶液態氧還原的陰極反應，化學反應式如下。

陽極反應:2Fe－4e →－2Fe2+

陰極反應:O2+2H2O+4e →－4OH－

另外，在銹蝕過程中電子會不斷的從陽極向陰極流動，并產生銹蝕電流在鋼筋表面生成一層較薄的經氧化亞鐵薄膜，同時并和氧氣、水相互作用生成鐵銹，即經氧化鐵。其過程用方程式表示如下。

1.2 鋼筋銹蝕的自然因素與工藝因素

(1)氣候因素

我國領土幅員遼闊，沿海省市有十多個，這些省市受到較強的季風氣候影響，自南向北依次劃分為熱帶季風氣候、亞熱帶季風氣候、溫帶季風氣候。不僅如此，由于我國大部分沿海地區都處于中緯度地帶，氣候文化，因此在春冬兩季其冷暖空氣的交替活動較為活躍，尤其是在夏季梅雨之后，此類地區往往會有較長時間的伏旱天氣，秋冬兩季也會出現連續陰雨的氣候與天氣，這類天氣將會對防護橋梁鋼筋產生極為不良的影響，造成防護橋梁鋼筋銹蝕。

(2)鋼筋銹蝕的工藝因素分析

①混凝土密實度不足

混凝土孔隙率高是導致混凝土密實度不足的主要原因，橋梁一般處于較為潮濕的環境當中，如果混凝土密實度較低，那么在空氣中存在的大量氧氣、水分、二氧化碳必然會通過混凝土空隙深入到混凝土內部，降低混凝土堿性，從而使得鋼筋銹蝕問題的出現。

②保護層較薄

橋梁鋼筋保護層厚度不夠，一旦混凝土在外界因素影響下發生碳化，那么必然會深入到鋼筋范圍內，使得鋼筋堿性大量丟失，不利于鋼筋保護作用的保持，銹蝕問題也更加容易出現。

③鋼筋保護層遭到破壞

一般而言，在混凝土的攪拌、澆筑、施工及養護過程當中，表層存在問題的現象屢見不鮮，如裂縫、開裂、掉角、露筋等問題，如果這些問題得不到恰當處理，鋼筋處于外界環境下，在水分、氧氣、二氧化碳等因素的共同影響與作用下，防護橋梁鋼筋銹拙問題勢必會難以控制。

2 橋梁結構鋼筋銹蝕的預防和修復

2.1 預防混凝土鋼筋銹蝕

(1)混凝土材抖的選擇

在某種程度上來說，化學工程在防護橋梁鋼筋銹拙的作用上主要體現在混凝土材料選擇上。通常，混凝土材料的劣化能與耐破壞能力是決定混凝土結構剛度與強度的重要指標，因此如何正確選用水泥品種對于保證工程質量非常關鍵，同時正確選用混凝土也是進行成本控制的關鍵點。另外，在混凝土材料的選用上，其粗細材料選擇也要以前你重視，由于集料反應很容易導致混凝土結構出現問題，因此混凝土材料的選擇必須要嚴加篩選與控制。

除此之外，混凝土骨料、砂石在選擇上也要盡量確保其質量合格、技術指標達標，科學、正確選用方能夠讓混凝土結構耐久性得到提升。值得一提的是，混凝土拌合、用水、級配、養護、外加劑也至關重要，就混凝土外加劑來看，它本身應用就較為廣泛，當前混凝土外加劑品種有百余種，不同的外加劑適用于不同的混凝土材料，因此是否能夠合理選擇外加劑，將會直接影響到鋼筋防銹的水平與質量。

(2)嚴控設計與質量

從化學工程結構設計角度出發，嚴格控制化學工程設計與質量也能夠有效提高防護橋梁鋼筋的防銹能力。一般來說，防護橋梁鋼筋耐久性設計的目的就在于提高混凝土的抗中性化能力、提高混凝土密實度，因此在選用混凝土時，級配以≥C25最佳。而一旦出現了氯離子腐蝕或大氣腐蝕的問題，那么為確保鋼筋耐久性，最好應在混凝土構件當中添加鋼筋阻銹劑，從而確保其耐久性達標。不僅如此，如果混凝土結構為預應力混凝土結構，其強度等級至少為C40，只有這樣方可確保防護橋梁鋼筋的質量。

(3)納米防護液

一般混凝土在澆筑、施工、養護完畢之后，水分在充分發揮后呈現出多孔性的特征，其密實度主要結合所用水泥、砂漿、石子的不同配比，不過配比設置上稍有偏差，橋梁鋼筋暴露后便會受到較為嚴重的腐蝕現象。

對此，可以通過涂刷納米防護液的方式來對鋼筋進行保護，將納米防護液涂抹在鋼筋表面，然后通過自組裝能夠形成一種納米級的球狀結晶養護層，對鋼筋起到防蝕、防銹作用。不僅如此，納米防護液還具有較強的滲透效果，一般能夠滲入混凝土內部達8 mm。在經過光化學反應后，能夠形成凝性膠狀體封堵住混凝土結構中的毛細孔、縫隙等。此外，納米防護液所形成的膠體經水分發揮后能夠同混凝土何為一體，從整體上迅速提升混凝土表面結構的密實度，混凝土不會再出現風化、縫隙等問題，并變得更加密實、堅硬，這對于提高鋼筋的使用壽命、防止銹蝕等問題具有良好的效果。

2.2 處理修復混凝土鋼筋銹蝕

(1)及時發現并處理銹蝕問題

通過大量實際調查，發現幾乎在橋梁的各個部位均會不同程度的出現鋼筋銹拙現象，尤其是在一些鋼筋暴露、同水接觸較為頻繁的部位，例如橋面、伸縮縫、開裂部位等其銹拙現象更為嚴重。鑒于這一問題，在對混凝土鋼筋進行修復時必須要首先清除其外部混凝土，然后再對鋼筋進行防銹處理。較為常用的方法有高壓水槍噴射法除銹、噴砂法除銹等，待除銹防銹工作完成之后然后才能夠進行混凝土澆筑施工。需要注意的是，混凝土鋼筋銹蝕修復由于外層較薄而無法立模時，可以通過噴射澆筑的方式提高其強度。

(2)處理銹蝕要按照一定的步驟進行

修復防護橋梁鋼筋銹拙，首先要徹底清除損壞、脫落、剝裂的鋼筋及銹蝕物，當鋼筋全部暴露出來之后利用各種工具，如噴砂槍進行清除、處理。然后，當鋼筋除銹工作完成之后利用環氧膠液等粘結噴涂至鋼筋表面，最后再澆筑混凝土，條件允許的情況下還可以利用環氧砂漿、混凝土等防腐材料加以處理，確保鋼筋良好的耐久性。

3 結 語

總而言之，鋼結構橋梁具有眾多優點，投資小、強度高、觀賞性強等優點，隨著我國近年來橋梁工程的不斷增多，鋼結構在橋梁上的應用也越來越廣泛。橋梁是關系到我國社會民生的重要基礎交通設施，它不僅要具有良好的耐久性，同時城市化發展進程下，鋼結構橋梁也必須要具有一定的美觀性。正因如此，我們在對鋼結構橋梁進行設計、施工、保養等各個環節當中都應該認真考慮、重視每一個細節，防止橋梁鋼筋銹拙問題的出現。這對于完善我國交通基礎設施建設，促進社會經濟發展具有極為重要的意義。

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