我國鐵路鋼筋混凝土橋梁病害的分析及維護(hù)研究
2015-07-06
路橋的興建與暢通，促進(jìn)了人類社會的文化和經(jīng)濟(jì)生活的繁榮與發(fā)展。但是橋梁一旦發(fā)生倒塌事故，就會帶來巨大的損失和災(zāi)難。近些年，人們已經(jīng)開始注意到了各種因不同病害造成的橋梁困擾原因。在橋梁工程中，混凝土作為主要的建筑材料而被廣泛使用，它一直被認(rèn)為是非常耐久的材料。近幾年來，才逐漸發(fā)現(xiàn)它也會像天然石材在一定的條件下被風(fēng)化變質(zhì)一樣，喪失原有強(qiáng)度而過早損壞，影響其正常使用。遭受病害的橋梁其使用壽命將大大縮短，嚴(yán)重的在建成幾年就會出現(xiàn)混凝土保護(hù)層剝落、鋼筋銹蝕的現(xiàn)象，需要進(jìn)行病害整治和加固維修。
1、鋼筋混凝土橋梁的病害及分析
鋼筋混凝土橋梁的常見病害主要有；裂縫、剝離、剝落、蜂窩、漏水、鋼筋外露、鋼筋銹蝕、承載力不足等。
(1)侵蝕性介質(zhì)腐蝕侵蝕性介質(zhì)腐蝕主要包括氯鹽的腐蝕和硫酸鹽腐蝕等。氯鹽的腐蝕是破壞混凝土的重要因素，環(huán)境中游離的cl_(包括海水、海風(fēng)、化冰鹽、保溫車鹽水滴漏等)一旦滲入，將和混凝土中得3caO・2Al2O・33H2O等起反應(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，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，Cl-且有導(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，孔隙中的水凍結(jié)膨脹，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，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，加速對鋼筋混凝土的腐蝕。
2、有效的防控措施
(1)混凝土。1)選用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)混凝土或砂漿。被侵蝕松動的混凝土，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。2)提高混凝土的密實(shí)度。對于貫通的毛細(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，可以將延長有害物質(zhì)到達(dá)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。
(2)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)營過程中養(yǎng)護(hù)的問題，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)不會因鋼筋銹蝕而發(fā)生破壞。對于侵蝕嚴(yán)重的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)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(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)該采用同型號的鋼筋進(jìn)行綁焊。在混凝土補(bǔ)強(qiáng)后，在結(jié)構(gòu)表面再噴涂阻銹劑。
(3)混凝土表面的防護(hù)層處于惡劣環(huán)境下的混凝土橋梁，應(yīng)在混凝土表面增設(shè)防護(hù)層。在海洋及近海環(huán)境下，經(jīng)過對多種混凝土表面防護(hù)層進(jìn)行試驗(yàn)，表明采用防護(hù)層保護(hù)的混凝土試件在探測深度范圍內(nèi)氯離子的滲入量比無涂層的低7倍以上，氯離子的含量值基本接近混凝土原有的初始濃度。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按允許有裂縫設(shè)計(jì)考慮的，在正常使用狀態(tài)是存在微小裂縫的，所以表面防護(hù)層宜采用滲透結(jié)晶型混凝土防水材料，其具有遇濕固化能力，不僅可以在混凝土表面形成一道防水屏障，而且其對混凝土的滲透性強(qiáng)，滲入混凝土中后，其活性物質(zhì)可與混凝土中的物質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)生成凝膠，堵塞已存在于混凝土中的空隙、裂縫及毛細(xì)孔，以增加基層混凝土的密實(shí)度，阻止了水和各種侵蝕性介質(zhì)的滲入。當(dāng)混凝土出現(xiàn)新的裂縫有水滲入時，在混凝土內(nèi)部未反應(yīng)的涂層顆粒還可與混凝土中的物質(zhì)繼續(xù)反應(yīng)生成新的凝膠，對較小的裂縫可實(shí)現(xiàn)自身修復(fù)。
3、結(jié)語
既有鐵路鋼筋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。混凝土橋梁的病害處理措施應(yīng)是針對結(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。為提高結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命，保證結(jié)構(gòu)的使用安全性，應(yīng)建立定期檢測、維護(hù)和維修機(jī)制。
