1. 前言
鋼筋砼橋梁因其取材廣泛，價(jià)格低廉，抗壓強(qiáng)度高，有可澆注成各種形狀，已成為當(dāng)今世界橋梁使用最多的結(jié)構(gòu)。但混凝土最主要的缺點(diǎn)是抗拉能力差，容易開裂，而且它是多孔性物體。一旦出現(xiàn)裂縫，如不及時(shí)處理，必然會(huì)受到惡化的大氣環(huán)境中有害物質(zhì)以及風(fēng)雨的侵蝕，加之地震、疲勞、車輛超載等因素的作用，致使裂縫擴(kuò)大，鋼筋銹蝕，混凝土碳化剝落，承載力下降，使用壽命嚴(yán)重縮短，這已成了世界性的問題。
2. 鋼筋砼橋梁病害的主要成因
（1）原設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)偏低，防水和抗凍性能不強(qiáng)，防水砼達(dá)不到防水要求，抗?jié)B系數(shù)偏小，砼表面保護(hù)層厚度過薄，加之選材不嚴(yán)，施工攪拌不均勻，振搗不實(shí)，常常存在蜂窩麻面的缺陷，因而砼的密實(shí)度較差，不利受力構(gòu)造鋼筋的有效保護(hù)，造成現(xiàn)澆砼的局部開裂（收縮裂縫，塑性變形裂縫）的發(fā)生。
?。?）溫度應(yīng)力促使存在缺陷的砼產(chǎn)生微裂縫，空氣中的水汽在毛細(xì)管的作用下滲入到微裂縫中，若穿過保護(hù)層達(dá)到鋼筋表面，在水與氧氣的作用下形成腐蝕電池，破壞其鈍化膜，導(dǎo)致鋼筋銹蝕。在近海地區(qū)的砼橋梁，氯離子的侵入加速鋼筋的銹蝕是主要成因。這是先裂后蝕的反映。另一種情況是由于砼密實(shí)度差，這種多孔性物體內(nèi)存在的自由水促使鋼筋先發(fā)生腐蝕，致使銹蝕的鋼筋體積膨脹，勢(shì)必產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，其力的方向必然指向混凝土較薄的保護(hù)層先行開裂，形成順鋼筋裂縫的出現(xiàn)，繼而出現(xiàn)保護(hù)層的剝落，這是先蝕后裂的反映。
?。?）污染環(huán)境產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，有二種情況：一是當(dāng)混凝土存在裂縫時(shí)，大氣中的二氧化碳CO
2與在砼中的氫氧化鈣Ca（OH）
2會(huì)發(fā)生化學(xué)反映，生成中性的碳酸鈣，使砼產(chǎn)生碳化作用其PH值12.5就會(huì)降低至9以下，鋼筋防腐就得不到保證導(dǎo)致銹蝕。二是近年來由于大氣環(huán)境污染產(chǎn)生的酸雨對(duì)砼結(jié)構(gòu)的危害日趨嚴(yán)重，我國的酸雨覆蓋面積已達(dá)到國土面積的30%以上，二氧化硫SO
2和進(jìn)一步氧化的三氧化硫SO
3,均可使砼中性化和碳化，同樣可直接促使鋼筋表面產(chǎn)生化學(xué)腐蝕，同時(shí)產(chǎn)生的硫酸鹽又會(huì)對(duì)砼進(jìn)一步膨脹產(chǎn)生侵蝕作用。故酸雨地區(qū)對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)物的危害比碳化更嚴(yán)重。
?。?）凍融循環(huán)的破壞主要發(fā)生在寒冷地區(qū)的砼結(jié)構(gòu)，當(dāng)砼結(jié)構(gòu)物有裂縫、蜂窩麻面等松散空洞缺陷時(shí)，水分侵入后，遇到冰點(diǎn)以下結(jié)凍產(chǎn)生膨脹，冰凍面約產(chǎn)生9%左右的膨脹應(yīng)力，致使缺陷內(nèi)部受壓變形。而當(dāng)環(huán)境溫度升高之后，冰凍面受熱融化又使其受到拉力，這樣反復(fù)循環(huán)凍結(jié)融化，當(dāng)作用于孔隙的拉應(yīng)力大于砼的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，即可產(chǎn)生較大裂縫乃至崩裂。另外在常遭雪凍的橋面，為了防止車輪打滑，保證交通安全，常采用大量撒鹽來化雪，若橋面有裂縫，鹽水侵入必然會(huì)使鋼筋受到氯離子破壞銹蝕，繼而導(dǎo)致橋面上砼大面積碎裂，嚴(yán)重的還會(huì)擴(kuò)展到梁體，若梁體有裂縫，則也將受到病害。
?。?）堿骨料反應(yīng)（AAR反應(yīng)），主要是砼級(jí)配的混合材料中，含堿量（氧化鈉Na
2O,氧化鉀K
2O）偏高，與骨料中的活性成分氧化鈣、碳酸鹽發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硅酸凝膠，吸水膨脹后產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致砼開裂，這種病害被稱為砼的“癌癥”。其實(shí)是可以預(yù)防的，只要在選材時(shí)嚴(yán)格把關(guān)，防水措施做得好，就可以避免產(chǎn)生此病癥。
?。?）溶液性侵蝕，主要由于砼結(jié)構(gòu)本身不密實(shí)，雖然有時(shí)肉眼看不到裂縫，但往往可滲水，使砼結(jié)構(gòu)部位的氫氧化鈣產(chǎn)生溶解，促使其濃度不斷下降，固相中的Ca(OH)
2不斷被溶出，不斷分解出CaO，CaO又溶于水而隨水沖走，導(dǎo)致水泥石的結(jié)構(gòu)不斷破壞，PH值不斷降低，孔隙率增大，必然導(dǎo)致鋼筋銹蝕病害發(fā)生，砼表層起鼓剝離就會(huì)出現(xiàn)。
3. 鋼筋砼橋梁防水防腐材料選用及有關(guān)誤區(qū)探討
綜上所述6種病害的發(fā)生，均與砼的密實(shí)度和防水防腐措施不到位息息相關(guān)?？磥砹芽p是病根，鋼筋銹蝕是惡果。猶如對(duì)一個(gè)人的病體一樣，首先要通過醫(yī)生的正確診斷再配以儀器檢查的檢驗(yàn)，找出病根，方能對(duì)癥下藥。不能頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳。
當(dāng)今有些設(shè)計(jì)人員力主為了防止鋼筋銹蝕，在鋼筋砼結(jié)構(gòu)中的鋼筋全部采用環(huán)氧涂層鋼筋，不僅價(jià)格提高了一倍，而且其與砼間的握裹力就要損失15%~20%。究竟是利大于弊，還是弊大于利，值得商榷。眾所周知，鋼筋與混凝土結(jié)合的截面還不能發(fā)揮潛力，若減少鋼筋與混凝土間的握裹力，當(dāng)承受過大的彎矩時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)的受力就會(huì)帶來負(fù)面的影響。
另外，在砼表面采用有機(jī)防水材料涂層?，F(xiàn)在有一種新型聚脲彈性材料（SPVA）,不僅施工速度快，凝膠和干燥時(shí)間短，粘結(jié)附著力大于2.0MPa，不透水性為0.3MPa/30min不透水。斷裂伸長率≥300%。這種新型防水材料問世后受到各方面防水工程界的青睞，尤其它施工簡(jiǎn)單，硬化速度快，具有優(yōu)異的物理保護(hù)性能，較之卷材防水優(yōu)點(diǎn)更為突出。有同行將其說成是新型萬能涂裝技術(shù)，我認(rèn)為言之過早，且不敢茍同萬能之評(píng)價(jià)。不可否認(rèn)這種材料用在屋頂防水、地下室和墻面和普通行人通道等不受較大的外力或荷載影響的部位的防水功用是非常顯著有效的。但迄今還未見到這種材料的防老化和耐久性能的檢測(cè)評(píng)定的科學(xué)數(shù)據(jù)資料。如果將其用在砼橋梁梁體的防水層中，則將是誤導(dǎo)。因?yàn)榱后w要承受較大的恒載和活載，前已述及鋼筋砼容易開裂，若將這種斷裂伸長率≥300%的有機(jī)防水材料外涂在砼的表面，防水效果的物理性能是沒有問題的，但萬一梁體出現(xiàn)開裂或斷裂，則這種材料的延展性就會(huì)遮蓋砼梁體的病害，待到隱患被發(fā)現(xiàn)時(shí)，鋼筋砼梁體已經(jīng)無可挽救修復(fù)或已造成嚴(yán)重禍害，后果不堪設(shè)想。故筆者建議養(yǎng)護(hù)管理單位切莫走入誤區(qū)，選擇梁體涂料時(shí)，必須慎之又慎。
近來，對(duì)混凝土橋梁的防水防腐問題，一直是橋梁界十分關(guān)注并迫切要求解決的重要課題。目前在防水工程中所采用的涂裝材料，不外乎分為有機(jī)柔性防水材料和無機(jī)剛性防水材料兩大類。兩類防水材料對(duì)防水工程的對(duì)象和部位的不同所起的作用也各有不同。兩類材料各有利弊，有時(shí)需要根據(jù)工程的特點(diǎn)和性質(zhì)，采取剛?cè)峤Y(jié)合的防水技術(shù)方案來因地制宜解決問題。盡量做到標(biāo)本兼治的效果。
對(duì)于砼梁的病害處治，筆者認(rèn)為基于梁體本身屬于無機(jī)剛性體，宜采用剛性的無機(jī)防水材料—水泥基滲透結(jié)晶型防水材料（英文縮寫為CCCW材料）來加固維修較妥。20世紀(jì)90年代引進(jìn)的XYPEX材料，就是CCCW材料中最佳的一個(gè)品牌。中國防水代表在2007年3月訪問了加拿大的XYPEX和KRYTON等防水材料公司，這兩家公司也是在我國生產(chǎn)、銷售這種新型防水材料名列前茅的企業(yè)，均參加了我國的GB18445-2001<水泥基滲透結(jié)晶型防水材料>國家標(biāo)準(zhǔn)的起草。這種剛性防水材料與砼橋梁同一屬性，物以類聚，其膨脹系數(shù)基本一致，不易老化，耐高、低溫（-32℃~+130℃）的持續(xù)溫度下，在-185℃~+1530℃間隙溫度下保持其作用，耐濕、耐紫外線、耐輻射、耐氧化、耐強(qiáng)水壓達(dá)1.3MPa。由于其具有很高的滲透能力，賴獨(dú)有的活性極強(qiáng)的催化劑，以水為介質(zhì)在砼微裂縫或孔隙中，催化未水化的水泥顆粒生成枝蔓狀的結(jié)晶體，堵塞各向來水的裂縫，使砼本體達(dá)到密實(shí)，因而也就增加了抗壓強(qiáng)度達(dá)20~29%，若干年后，因震動(dòng)或其它外因產(chǎn)生新的細(xì)微裂縫時(shí)，一旦有水滲入，又會(huì)產(chǎn)生新的晶體把水堵住，所以它的這種自我修復(fù)能力是獨(dú)一無二帶有永久性的。由于抗?jié)B性能極佳就可保護(hù)鋼筋不被銹蝕，達(dá)到了既治標(biāo)又治本的目的。筆者根據(jù)砼橋梁病害的輕重程度不同，提出了相適應(yīng)的幾種處治辦法：
3.1對(duì)于橋梁本體結(jié)構(gòu)僅出現(xiàn)細(xì)微的干縮裂紋，未出現(xiàn)鋼筋銹水的情況：則可僅作維修養(yǎng)護(hù)工作，將裂紋處表面用鋼絲刷拉毛，沖洗干凈，或用高壓射水沖刷均可，砼表面不能存在明水但必濕潤浸透，然后用XYPEX的濃縮劑涂刷兩遍再養(yǎng)護(hù)三天，則可保經(jīng)處理的地塊再不會(huì)出現(xiàn)裂縫。若有局部面積的蜂窩麻面的瑕疵部分，則必須剔除干凈，用XYPEX摻合劑的水泥砂漿填實(shí)抹平后，在其表面用濃縮劑刷一遍，同樣需要霧水養(yǎng)護(hù)三天。
3.2對(duì)于一些砼面出現(xiàn)銹水的砼結(jié)構(gòu)部分，表明已出現(xiàn)病害，但面積不大，梁體負(fù)荷能力尚未超過設(shè)計(jì)要求時(shí)，則應(yīng)鑿開銹蝕鋼筋外的保護(hù)層部分，將鋼筋的銹跡部分全部清除，若鋼筋的銹蝕斷面已發(fā)生銹皮剝落時(shí)，則宜加焊加強(qiáng)鋼筋，然后沖洗干凈，再用3.1辦法處治。
3.3對(duì)于一些病害較為嚴(yán)重，負(fù)荷能已達(dá)不到設(shè)計(jì)承載力的橋梁結(jié)構(gòu)，或梁體的裂縫已貫穿整個(gè)斷面時(shí)，則除按3.2的辦法處治外，則需根據(jù)設(shè)計(jì)要求采取諸如黏貼碳纖維布或粘焊鋼板或增加體外預(yù)應(yīng)力的砼厚度來加強(qiáng)，來提高其承載力。
3.4對(duì)于一些病害面積大，病害較為嚴(yán)重的梁體，經(jīng)專家評(píng)估已屬于危橋性質(zhì)，則應(yīng)通過儀器檢測(cè)作技術(shù)鑒定，若能不影響交通可以修復(fù)或加固時(shí)，則盡可能采取加固的辦法，若加固費(fèi)用高加固時(shí)間較長，就應(yīng)權(quán)衡利弊要作換梁的改善，以不出安全事故為原則來作出處治方案。
總之，具體情況具體分析，對(duì)砼橋梁病害的處治建議用CCCW材料來加固維修是對(duì)路的，而且施工方法簡(jiǎn)單，而且它是一種無毒、無味的綠色環(huán)保材料，對(duì)環(huán)境和人體不會(huì)造成任何損害，且具有耐久性與砼結(jié)構(gòu)同壽命。綜合費(fèi)用較低。經(jīng)用XYPEX材料修復(fù)加固的橋梁列舉如下：
1）杭州“長牛線鐵路橋”
杭州鐵路分局和北京城建設(shè)計(jì)研究院、北京城榮防水材料有限公司合作于1997年立項(xiàng)，進(jìn)行“提高混凝土耐久性方法研究”課題，97年11月對(duì)杭州東工務(wù)段長牛線11#橋用XYPEX材料進(jìn)行修補(bǔ)試驗(yàn)，其成果于1998年5月通過鑒定。經(jīng)過兩年半觀察，2000年4月又請(qǐng)有關(guān)部門專家進(jìn)行了認(rèn)真的觀察，經(jīng)修復(fù)過的橋體情況良好，由此證明XYPEX用于補(bǔ)強(qiáng)、防水和對(duì)混凝土的保護(hù)效果是良好的，在反復(fù)動(dòng)載的沖擊下，抗疲勞性能也是良好的。
2）湖南株洲鐵路“古大橋”
該橋建于1969年，經(jīng)過30多年的風(fēng)雨侵蝕后，橋體受到嚴(yán)重碳化，并產(chǎn)生很多裂縫影響了橋的使用和壽命。該橋使用XYPEX濃縮劑和堵漏劑對(duì)橋的裂縫進(jìn)行了修補(bǔ)，一年后觀察，原有裂縫已經(jīng)被封住，修補(bǔ)缺損部位和其他梁體未發(fā)現(xiàn)新的剝落和開裂。
3）在建“某大橋”
該橋采用“短線法預(yù)制節(jié)段箱梁”，部分鋼筋砼出現(xiàn)裂縫，使用XYPEX濃縮劑修復(fù)，取得良好效果。XYPEX已經(jīng)成為許多制梁廠必備的鋼筋砼裂縫修復(fù)首選材料。
4）美國拉克羅“Bridge Deck”
Xypex products were used to repair this bridge deck which is under authority of the State of Wisconsin Department of Transportation. Repairs included the routing out and dry-packing of 92 metres (300 lin. ft.) of crack, and a one coat application of Xypex Concentrate over the entire surface. This bridge is on the main truck route between Minneapolis and Chicago, and therefore is exposed to very heavy traffic. Even though much of the original coat of Xypex Concentrate has since worn off, inspections of the underneath side of the bridge confirm no evidence of any water seepage.
（作者：朱海濤 孔凡坤）
