鋼筋混凝土橋梁病害分析及處理措施工學(xué)論文
【摘 要】通過多年對(duì)存在病害的混凝土橋梁進(jìn)行實(shí)地考察，對(duì)其所處環(huán)境中的大氣、地表水、地下水進(jìn)行化驗(yàn)，根據(jù)侵蝕性介質(zhì)類型的不同，分別進(jìn)行物理、化學(xué)和結(jié)構(gòu)分析，研究混凝土橋梁病害發(fā)生的原因和處理、防治措施，為今后橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工提供有益借鑒。
【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土橋梁 病害分析 處理措施
我從事公路工程的施工、監(jiān)理多年來，親眼目睹了我省交通建設(shè)的飛速發(fā)展，鋼筋混凝土橋梁規(guī)模、數(shù)量在不斷地增加，但在許多線路上，有些橋梁卻未達(dá)到其使用壽命而過早地發(fā)生損壞。我省地處青藏高原，戈壁沙漠、鹽堿地、凍土等自然條件比較惡劣，致使我省的國道、省道、縣鄉(xiāng)道路上的許多橋梁都沒有達(dá)到設(shè)計(jì)壽命而過早發(fā)生損壞。因此，本人對(duì)鋼筋混凝土橋梁發(fā)生病害的原因進(jìn)行了分析，并提出了處理措施，希望同大家一起探討。
一、病害發(fā)生的原因
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是以水泥的水化產(chǎn)物作為膠結(jié)料并結(jié)合一定級(jí)配的骨料或其它惰性材料和鋼筋制成的一種復(fù)合材料。在這一復(fù)合結(jié)構(gòu)中，鋼筋提供了結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，而混凝土則提供了結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度和對(duì)鋼筋的保護(hù)作用。所以混凝土橋梁的病害包括混凝土的性能劣化和混凝土中鋼筋的銹蝕兩個(gè)方面，混凝土的劣化指在使用過程中，混凝土受周圍環(huán)境的物理、化學(xué)、生物作用，混凝土內(nèi)的某些成分發(fā)生反應(yīng)變性、溶解析出等，造成混凝土性能的下降，混凝土的劣化不僅直接降低混凝土的性能，更主要的是它對(duì)混凝土中的鋼筋失去保護(hù)作用，導(dǎo)致鋼筋的銹蝕失效。
1.侵蝕性介質(zhì)腐蝕
侵蝕性介質(zhì)腐蝕主要指混凝土中含有的某些化學(xué)成分Ca（OH）2、（3CaO·2Al2O2·3H2O）容易與侵蝕性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比較典型的是氯鹽的腐蝕和硫酸鹽的腐蝕。氯鹽的腐蝕主要是環(huán)境中游離的Cl-和混凝土中的（3CaO·2Al2O2·3H2O）等發(fā)生反應(yīng)，生成易溶的CaCl2和大量的結(jié)晶水，使體積膨脹好幾倍，造成混凝土的破壞，當(dāng)Cl-與鋼筋接觸，含量達(dá)到一定程度時(shí)，使該處的PH值迅速下降，鋼筋的鈍化膜發(fā)生破壞，使與完好的鈍化膜區(qū)域之間構(gòu)成了電位差，同時(shí)，Cl-具有導(dǎo)電作用，可以和Fe2+發(fā)生反應(yīng)生成FeCl2，加速了鋼筋的腐蝕。硫酸鹽的腐蝕可以出現(xiàn)鈣釩石破壞和石膏膨脹破壞。
2.凍融破壞
主要表現(xiàn)在混凝土中存在大量的孔隙和裂縫，水份通過毛細(xì)作用進(jìn)入，當(dāng)溫度降至冰點(diǎn)以下時(shí)，孔隙中的水凍結(jié)膨脹，體積可增大10%，使孔壁受壓變形，當(dāng)溫度升高冰融化后，使孔壁產(chǎn)生拉力，經(jīng)過持續(xù)的反復(fù)凍融，使混凝土發(fā)生開裂，裂縫隨著凍融次數(shù)的增多而增加，并逐漸擴(kuò)展連接，以致逐漸降低混凝土的強(qiáng)度。
3.混凝土的碳化
在大氣環(huán)境下，橋梁結(jié)構(gòu)的破壞主要是鋼筋的混凝土保護(hù)層碳化，堿性降低，混凝土出現(xiàn)裂縫，大氣中的氧氣和水深入混凝土中到達(dá)鋼筋表面，并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，引起體積膨脹，使混凝土的裂縫加大，最終引起保護(hù)層的開裂、剝落。
4.鋼筋的銹蝕
鋼筋的銹蝕是電化學(xué)過程，除受其自身性能影響外，與混凝土的性能和外界環(huán)境有著密切的關(guān)系，在大氣區(qū)當(dāng)裂縫達(dá)到0.3mm時(shí)，鋼筋已經(jīng)開始腐蝕。鋼筋生銹后，使其本身有效截面縮小，生成的氧化鐵體積比原來膨脹好幾倍，使保護(hù)層的混凝土開裂，使有害物質(zhì)更容易進(jìn)入混凝土內(nèi)部，加速對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕。
二、主要的病害處理措施
一般的混凝土橋梁病害是由幾種破壞的組合，更加加速了侵蝕的程度，例如：化學(xué)腐蝕可以導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，而同時(shí)又有冰凍發(fā)生，對(duì)混凝土的破壞程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于兩者的代數(shù)相加，鹽凍對(duì)混凝土路面造成的傷害使得海西地區(qū)的一條公路只經(jīng)過一個(gè)冬天就出現(xiàn)病害。所以探求處理病害的處理措施應(yīng)該全面的從共性的上去解決。由以上幾種主要的病害，可以看出混凝土的侵蝕與混凝土的強(qiáng)度無關(guān)，而與混凝土的密實(shí)度、孔隙特征和外界環(huán)境相關(guān)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫和毛細(xì)孔，是各種有害介質(zhì)進(jìn)行侵蝕的通道，如何致力于提高鋼筋混凝土的密實(shí)度，切斷與有害介質(zhì)侵入的通道（即便是水和氣體也會(huì)對(duì)鋼筋混凝土具有一定的侵蝕性），對(duì)抑制混凝土橋梁各種病害的發(fā)生，提高結(jié)構(gòu)的抗侵蝕能力和橋梁的使用壽命有著重要的意義。主要處理措施如下：
1.選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)混凝土或砂漿
被侵蝕松動(dòng)的混凝土，膠結(jié)結(jié)構(gòu)已經(jīng)遭到破壞，喪失了原有的強(qiáng)度和承載能力。在進(jìn)行處理時(shí)，應(yīng)剔除松動(dòng)的混凝土，采用適當(dāng)?shù)幕炷粱蛏皾{補(bǔ)強(qiáng)，侵蝕嚴(yán)重的應(yīng)考慮增大原來結(jié)構(gòu)的尺寸，降低混凝土表面的拉應(yīng)力，抑制裂縫的發(fā)生，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的承載能力。補(bǔ)強(qiáng)的混凝土或砂漿應(yīng)具有以下性能：
�。�1）和易性好，具有較好的彈性和低收縮率，使補(bǔ)強(qiáng)的混凝土不開裂。
（2）與既有混凝土構(gòu)件要有較高的粘接力，以及相一致的線膨脹系數(shù)，滿足結(jié)構(gòu)要求的抗彎強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度。
（3）要有較高的密實(shí)度以及抗化學(xué)侵蝕的性能，滿足抗?jié)B、抗凍要求。 2.提高混凝土的密實(shí)度
一般病害的發(fā)生是以水為載體，通過裂縫或孔道到達(dá)混凝土內(nèi)部和鋼筋位置，而且裂縫越大，侵蝕的速度就越快，實(shí)驗(yàn)表明，橋梁結(jié)構(gòu)要達(dá)到百年的使用壽命，裂縫寬度必須控制在0.15mm以內(nèi)。病害處理應(yīng)包括改善結(jié)構(gòu)材料的防水性能和提高密實(shí)度兩個(gè)方面。對(duì)于既有結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫，可以通過埋設(shè)注漿嘴進(jìn)行高壓注漿的方法進(jìn)行填塞封堵；對(duì)于貫通的毛細(xì)孔，可以采用新型的滲透結(jié)晶型材料通過毛細(xì)孔進(jìn)入混凝土內(nèi)部，與混凝土本身的某些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成凝膠，堵塞毛細(xì)孔，提高混凝土的密實(shí)度，增加抗?jié)B性，從而提高混凝土的抗侵蝕能力和使用壽命。
3.適當(dāng)增加混凝土保護(hù)層的厚度
在混凝土耐久性規(guī)范中，規(guī)定了最小保護(hù)層厚度，較原來的鋼筋混凝土規(guī)范有了很大的提高，這是一條防止混凝土被侵蝕的重要手段，可以將延長(zhǎng)有害物質(zhì)到達(dá)鋼筋的時(shí)間，延緩了鋼筋的腐蝕，使鋼筋混凝土的有效壽命得到提高。
4.鋼筋
盡管混凝土具有較好的抗?jié)B性，但由于施工條件、施工質(zhì)量的不同以及在運(yùn)營(yíng)過程中養(yǎng)護(hù)的，難以避免存在微小的孔隙和裂縫，使有害物質(zhì)容易侵入，造成鋼筋的腐蝕。對(duì)于侵蝕輕微的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土基面涂刷阻銹劑，通過滲透進(jìn)入混凝土中，同時(shí)不妨礙混凝土的透氣性及水分散發(fā)，保護(hù)混凝土中的鋼筋，防止其進(jìn)一步銹蝕。阻銹劑的摻入量與有害物質(zhì)的滲入總量有關(guān)，使結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)不會(huì)因鋼筋銹蝕而發(fā)生破壞。對(duì)于侵蝕嚴(yán)重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)該在剔除松動(dòng)的混凝土后，檢查鋼筋的銹蝕情況，如鋼筋只是表面銹蝕，應(yīng)作除銹處理后，在鋼筋表面涂刷阻銹劑，如果鋼筋的有效面積明顯減小，應(yīng)該采用同型號(hào)的鋼筋進(jìn)行綁焊。
三、結(jié)論
混凝土橋梁病害的發(fā)生，除環(huán)境因素外，大多數(shù)情況下是有害物質(zhì)以結(jié)構(gòu)中的裂縫或毛細(xì)孔為通道，以水或氣體為載體，在結(jié)構(gòu)中逐步擴(kuò)散進(jìn)行的�；炷翗蛄旱牟『μ幚泶胧⿷�(yīng)是針對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫或毛細(xì)孔道的處理，提高原結(jié)構(gòu)的密實(shí)度和防水抗?jié)B性能。位于環(huán)境惡劣地區(qū)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，除考慮結(jié)構(gòu)剛度外，其設(shè)計(jì)混凝土橋梁不宜按允許裂縫出現(xiàn)的情況考慮。采用滲透結(jié)晶性防水材料作為結(jié)構(gòu)表面的防護(hù)層較單純防水材料更適合于耐久性要求。
參考文獻(xiàn)：
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