鋼筋混凝土橋梁病害分析及處理措施工學論文
【摘 要】通過多年對存在病害的混凝土橋梁進行實地考察，對其所處環境中的大氣、地表水、地下水進行化驗，根據侵蝕性介質類型的不同，分別進行物理、化學和結構分析，研究混凝土橋梁病害發生的原因和處理、防治措施，為今后橋梁的結構設計和施工提供有益借鑒。
【關鍵詞】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、監理多年來，親眼目睹了我省交通建設的飛速發展，鋼筋混凝土橋梁規模、數量在不斷地增加，但在許多線路上，有些橋梁卻未達到其使用壽命而過早地發生損壞。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、縣鄉道路上的許多橋梁都沒有達到設計壽命而過早發生損壞。因此，本人對鋼筋混凝土橋梁發生病害的原因進行了分析，并提出了處理措施，希望同大家一起探討。
一、病害發生的原因
鋼筋混凝土結構是以水泥的水化產物作為膠結料并結合一定級配的骨料或其它惰性材料和鋼筋制成的一種復合材料。在這一復合結構中，鋼筋提供了結構的抗拉強度，而混凝土則提供了結構抗壓強度和對鋼筋的保護作用。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方面，混凝土的劣化指在使用過程中，混凝土受周圍環境的物理、化學、生物作用，混凝土內的某些成分發生反應變性、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，更主要的是它對混凝土中的鋼筋失去保護作用，導致鋼筋的銹蝕失效。
1.侵蝕性介質腐蝕
侵蝕性介質腐蝕主要指混凝土中含有的某些化學成分Ca（OH）2、（3CaO·2Al2O2·3H2O）容易與侵蝕性介質發生化學反應，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境中游離的Cl-和混凝土中的（3CaO·2Al2O2·3H2O）等發生反應，生成易溶的CaCl2和大量的結晶水，使體積膨脹好幾倍，造成混凝土的破壞，當Cl-與鋼筋接觸，含量達到一定程度時，使該處的PH值迅速下降，鋼筋的鈍化膜發生破壞，使與完好的鈍化膜區域之間構成了電位差，同時，Cl-具有導電作用，可以和Fe2+發生反應生成FeCl2，加速了鋼筋的腐蝕。硫酸鹽的腐蝕可以出現鈣釩石破壞和石膏膨脹破壞。
2.凍融破壞
主要表現在混凝土中存在大量的孔隙和裂縫，水份通過毛細作用進入，當溫度降至冰點以下時，孔隙中的水凍結膨脹，體積可增大10%，使孔壁受壓變形，當溫度升高冰融化后，使孔壁產生拉力，經過持續的反復凍融，使混凝土發生開裂，裂縫隨著凍融次數的增多而增加，并逐漸擴展連接，以致逐漸降低混凝土的強度。
3.混凝土的碳化
在大氣環境下，橋梁結構的破壞主要是鋼筋的混凝土保護層碳化，堿性降低，混凝土出現裂縫，大氣中的氧氣和水深入混凝土中到達鋼筋表面，并發生化學反應，引起體積膨脹，使混凝土的裂縫加大，最終引起保護層的開裂、剝落。
4.鋼筋的銹蝕
鋼筋的銹蝕是電化學過程，除受其自身性能影響外，與混凝土的性能和外界環境有著密切的關系，在大氣區當裂縫達到0.3mm時，鋼筋已經開始腐蝕。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，使保護層的混凝土開裂，使有害物質更容易進入混凝土內部，加速對鋼筋混凝土的腐蝕。
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：化學腐蝕可以導致結構的破壞，而同時又有冰凍發生，對混凝土的破壞程度遠遠大于兩者的代數相加，鹽凍對混凝土路面造成的傷害使得海西地區的一條公路只經過一個冬天就出現病害。所以探求處理病害的處理措施應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度無關，而與混凝土的密實度、孔隙特征和外界環境相關，鋼筋混凝土結構的裂縫和毛細孔，是各種有害介質進行侵蝕的通道，如何致力于提高鋼筋混凝土的密實度，切斷與有害介質侵入的通道（即便是水和氣體也會對鋼筋混凝土具有一定的侵蝕性），對抑制混凝土橋梁各種病害的發生，提高結構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.選用適當的補強混凝土或砂漿
被侵蝕松動的混凝土，膠結結構已經遭到破壞，喪失了原有的強度和承載能力。在進行處理時，應剔除松動的混凝土，采用適當的混凝土或砂漿補強，侵蝕嚴重的應考慮增大原來結構的尺寸，降低混凝土表面的拉應力，抑制裂縫的發生，增強結構的承載能力。補強的混凝土或砂漿應具有以下性能：
（1）和易性好，具有較好的彈性和低收縮率，使補強的混凝土不開裂。
（2）與既有混凝土構件要有較高的粘接力，以及相一致的線膨脹系數，滿足結構要求的抗彎強度或抗拉強度。
（3）要有較高的密實度以及抗化學侵蝕的性能，滿足抗滲、抗凍要求。 2.提高混凝土的密實度
一般病害的發生是以水為載體，通過裂縫或孔道到達混凝土內部和鋼筋位置，而且裂縫越大，侵蝕的速度就越快，實驗表明，橋梁結構要達到百年的使用壽命，裂縫寬度必須控制在0.15mm以內。病害處理應包括改善結構材料的防水性能和提高密實度兩個方面。對于既有結構混凝土的裂縫，可以通過埋設注漿嘴進行高壓注漿的方法進行填塞封堵；對于貫通的毛細孔，可以采用新型的滲透結晶型材料通過毛細孔進入混凝土內部，與混凝土本身的某些物質發生反應，生成凝膠，堵塞毛細孔，提高混凝土的密實度，增加抗滲性，從而提高混凝土的抗侵蝕能力和使用壽命。
3.適當增加混凝土保護層的厚度
在混凝土耐久性規范中，規定了最小保護層厚度，較原來的鋼筋混凝土規范有了很大的提高，這是一條防止混凝土被侵蝕的重要手段，可以將延長有害物質到達鋼筋的時間，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滲性，但由于施工條件、施工質量的不同以及在運營過程中養護的，難以避免存在微小的孔隙和裂縫，使有害物質容易侵入，造成鋼筋的腐蝕。對于侵蝕輕微的鋼筋混凝土結構，在混凝土基面涂刷阻銹劑，通過滲透進入混凝土中，同時不妨礙混凝土的透氣性及水分散發，保護混凝土中的鋼筋，防止其進一步銹蝕。阻銹劑的摻入量與有害物質的滲入總量有關，使結構在設計使用壽命內不會因鋼筋銹蝕而發生破壞。對于侵蝕嚴重的鋼筋混凝土結構，應該在剔除松動的混凝土后，檢查鋼筋的銹蝕情況，如鋼筋只是表面銹蝕，應作除銹處理后，在鋼筋表面涂刷阻銹劑，如果鋼筋的有效面積明顯減小，應該采用同型號的鋼筋進行綁焊。
三、結論
混凝土橋梁病害的發生，除環境因素外，大多數情況下是有害物質以結構中的裂縫或毛細孔為通道，以水或氣體為載體，在結構中逐步擴散進行的。混凝土橋梁的病害處理措施應是針對結構裂縫或毛細孔道的處理，提高原結構的密實度和防水抗滲性能。位于環境惡劣地區的鋼筋混凝土結構，除考慮結構剛度外，其設計混凝土橋梁不宜按允許裂縫出現的情況考慮。采用滲透結晶性防水材料作為結構表面的防護層較單純防水材料更適合于耐久性要求。
參考文獻：
[1]周以恪，張紹麟.建筑材料[M].北京：中國鐵道出版社，1994.
[2]GB50108-2001，地下工程防水技術規范[S].
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