鐵路混凝土橋梁病害的原因及防治對(duì)策分析
2015-07-20 
   鐵路橋梁的興建與暢通是確保鐵路正常運(yùn)行的咽喉地帶,更是溝通全國鐵路交通網(wǎng)的關(guān)鍵。由于歷史原因,在建設(shè)橋梁的當(dāng)時(shí)技術(shù)力量缺乏,設(shè)計(jì)、施工管理的不完善,設(shè)備水平落后等,加之近幾年的風(fēng)化作用,使橋梁?jiǎn)适г械膹?qiáng)度,橋梁的使用壽命大大縮短。所以為了維護(hù)橋梁的正常使用,需要工作人員對(duì)橋梁出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土保護(hù)層剝落等現(xiàn)象進(jìn)行病害整治和加固維修。

   一、鐵路混凝土橋梁病害類型

   如何延長鐵路混凝土橋的使用壽命,是鐵建工作人員一直在努力探索的問題?;炷翗蛄涸跔I運(yùn)使用的過程中,要經(jīng)受外界壞境的侵蝕和內(nèi)部鋼筋銹蝕的影響,造成混凝土橋梁不同程度的損傷。一般而言,建成的時(shí)間越長,其損傷就越嚴(yán)重。

   混凝土橋梁損傷的主要形態(tài)包括: 剝落、裂縫、鋼筋外露、剝離、漏水、蜂窩等現(xiàn)象;引起混凝土橋梁產(chǎn)生病害的主要原因可以歸納為六點(diǎn):①建設(shè)時(shí)內(nèi)部的缺陷;②超荷載承載;③鋼筋銹蝕;④霜凍、風(fēng)化等壞境問題;⑤列車機(jī)械作用;⑥高溫和火災(zāi)意外原因。

   二、鐵路混凝土橋梁病害及分析

   1.化學(xué)侵蝕引起的腐蝕

   化學(xué)侵蝕介質(zhì)主要包括碳化腐蝕、氯鹽腐蝕和硫酸鹽腐蝕等?;炷林饕怯蓺溲趸}化合物晶體與集料固化而成,由于空氣中二氧化碳?xì)怏w滲透到混凝土內(nèi),與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水,使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化。碳化后使混凝土的堿度降低,當(dāng)碳化超過混凝土的保護(hù)層時(shí),在水與空氣存在的條件下,就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用,鋼筋開始生銹。對(duì)于鋼筋混凝土來說,碳化會(huì)使混凝土的堿度降低。同時(shí),增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量,因而會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。

   2.物理作用引起的腐蝕

   物理作用引起的腐蝕最具有代表性的是反復(fù)凍融循環(huán),凍融破壞的原理是空氣中的水份通過毛細(xì)作用進(jìn)入混凝土中的裂縫和孔隙,當(dāng)氣溫降至零度以下時(shí),裂縫中的水霧凍結(jié)膨脹,導(dǎo)致孔壁受力擴(kuò)張;當(dāng)溫度回升的時(shí)候冰開始融化,使孔壁產(chǎn)生拉力。經(jīng)過長時(shí)間的持續(xù)反復(fù)凍融,使混凝土裂縫越來越大,數(shù)量也不斷增加,并不斷擴(kuò)展連接,最終導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度逐漸降低。

   3.裂縫形成原因

   一般鐵路混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫有七種成因:①混凝土由于天氣干燥萎縮造成的裂縫;②建設(shè)構(gòu)造不合理引起的裂縫;③由于堿硅反應(yīng)引起的裂縫;④負(fù)荷載重列車引起的裂縫;⑤鋼筋銹蝕造成的裂縫;⑥太陽輻射、暴曬引起的裂縫;⑦外界環(huán)境因素造成的裂縫。

   4.鋼筋的銹蝕

   混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕是電化過程。在氧和水同時(shí)存在的情況下,生成的氧化鐵體積越來越大,鋼筋開始腐蝕?;炷林械匿摻畎l(fā)生銹蝕使得鋼筋有效截面積減小、體積增大,從而導(dǎo)致混凝土膨脹、剝落、鋼筋與混凝土的握裹力及承載力降低,直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性。

   三、防控病害的措施

   1.混凝土

  ?、儆捎谇治g混凝土松動(dòng),粘度已經(jīng)遭到不同程度的破壞,喪失了原有的承載能力和強(qiáng)度,應(yīng)選用適當(dāng)強(qiáng)度的混凝土或砂漿進(jìn)行修復(fù)。

  ?、诓『μ幚硪ㄟ^兩個(gè)方面考慮,一個(gè)是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的防水性能,另一個(gè)是提高混凝土的密度??梢酝ㄟ^埋設(shè)注漿嘴高壓注漿的方法對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫進(jìn)行填塞封堵;對(duì)于貫通的毛細(xì)孔,可以通過毛細(xì)孔把滲透結(jié)晶型材料注入混凝土內(nèi)部,與混凝土內(nèi)部的特有物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),形成凝膠提高混凝土的密度,從而增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和抗侵蝕能力。

   2.鋼筋的腐蝕

   由于施工質(zhì)量、條件的不同以及在運(yùn)營過程中養(yǎng)護(hù)不到位的因素,很難避免橋梁出現(xiàn)細(xì)小的孔隙和裂縫,導(dǎo)致有害物的侵入,造成鋼筋腐蝕。在有輕微侵蝕現(xiàn)象的鋼筋混凝土基面上涂阻銹劑,使其滲透到混凝土中的鋼筋上面,同時(shí)增強(qiáng)混凝土的透氣性,有效的讓水分散發(fā),從而保護(hù)鋼筋,防止銹蝕;在有侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重的鋼筋混凝土中,應(yīng)該先剔除松動(dòng)的混凝土,然后檢查鋼筋的銹蝕具體情況,如果鋼筋只是表面銹蝕,應(yīng)把銹做剔除處理,在鋼筋表面涂刷阻銹劑,如果鋼筋的腐蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重,在原有的鋼筋體上進(jìn)行綁焊。最后把混凝土補(bǔ)實(shí),在其表面噴涂阻銹劑。

   3.混凝土表面的防護(hù)層

   混凝土橋梁處于惡劣的環(huán)境下,應(yīng)在混凝土表面增設(shè)防護(hù)層?;炷恋姆雷o(hù)分很多種類,如防炭化、防化學(xué)腐蝕、防風(fēng)沙等物理損蝕、防風(fēng)化、防氯離子對(duì)鋼筋混凝土的破壞等,不同的防護(hù)要求要用不同的防護(hù)材料進(jìn)行保護(hù),沒有哪個(gè)最佳的,只有針對(duì)某一情況選擇相對(duì)比較合適的材料。在防水方面,可以使用水泥滲透結(jié)晶防水材料,其材料的研究開發(fā)起衷是混凝土防護(hù),他通過催化反應(yīng)生成不溶物封閉混凝土毛細(xì)孔的方法,使混凝土表面致密(一定深度內(nèi)),從而達(dá)到防水、抗氯離子滲透、防風(fēng)化、增加表面機(jī)械強(qiáng)度、提高抗炭化能力都有一定的作用。當(dāng)混凝土出現(xiàn)新的裂縫有水滲入時(shí),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(duì)較小的裂縫可實(shí)現(xiàn)自身修復(fù)。

   四、橋梁的加固和處理病害的技術(shù)

   1.橋梁裂縫加固

   橋梁裂縫的處理和加固相結(jié)合同時(shí)進(jìn)行。為了減小裂縫的產(chǎn)生和進(jìn)一步的發(fā)展,采用兩項(xiàng)加固方法:縱向加固的目的是為了恢復(fù)或提高梁體的承載能力;橫向加固是提高橋梁的橫向剛度。其中常用的橋梁縱向加固方法:橋梁上面部分的加固時(shí)可采用粘貼鋼板法、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法、體外預(yù)應(yīng)力法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、增大截面和配筋法等;橋梁下部的加固可采用增補(bǔ)樁基加固法、擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、橋臺(tái)新建擋土墻加固法、混凝土套箍法、墩臺(tái)拓寬法等;橋梁橫向加固方法有:提高橋梁的橫向剛度、增設(shè)預(yù)應(yīng)力橫隔板。

   2.橋梁裂縫病害的處理

   修補(bǔ)材料的質(zhì)量與相應(yīng)的施工工藝水平對(duì)橋梁裂縫病害的處理效果有很大的影響,早期的橋梁裂縫修補(bǔ)方法是對(duì)不同部位的裂縫,采用不同的材料和施工方法,對(duì)橋柱和橋的縱、橫梁的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)時(shí),普通采用鋼板加固方法,這種方法和使用的材料的缺點(diǎn)是增加橋梁的負(fù)載,施工有很大的難度,優(yōu)點(diǎn)是有效的增加橋梁牢固可靠性;橋面則采用瀝青澆灌方法,這種方法和使用的材料的缺點(diǎn)是瀝青容易產(chǎn)生老化現(xiàn)象,修補(bǔ)不久后又產(chǎn)生新的裂縫,只能堵漏,不會(huì)補(bǔ)強(qiáng),優(yōu)點(diǎn)是施工方便快捷。

   混凝土的裂縫導(dǎo)致水分滲入促使鋼筋銹蝕的重要原因。鋼筋銹蝕損壞的傳統(tǒng)修復(fù)是采取"打補(bǔ)丁"的方法,即鑿除局部的松動(dòng)混凝土,露出銹蝕鋼筋,除銹后抹上水泥砂漿。通過實(shí)踐證明這種效果不佳,同時(shí)還會(huì)給受補(bǔ)部分的鋼筋周圍帶來更嚴(yán)重的銹蝕問題。近年來,國外研發(fā)了一種新的修復(fù)技術(shù),即在混凝土表面涂上一種遷移型有機(jī)阻銹劑,它可以通過混凝土滲入到鋼筋表面,有效阻止鋼筋銹蝕。

   結(jié)束語:

   鋼筋混凝土是人類使用的最大宗建筑結(jié)構(gòu)材料。然而,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于受到各種環(huán)境條件的侵蝕,往往在服役壽命期間而破壞。縱觀鋼筋混凝土的各類破壞機(jī)理,鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、堿集料反應(yīng)、硫酸鹽侵蝕和收縮開裂等是鋼筋混凝土劣化的主要原因。為提高其耐久性和使用壽命,做好鐵路鋼筋混凝土橋梁病害的防治工作,保證其使用的安全性,應(yīng)建立定期的檢測(cè)、維修機(jī)制是十分必要的。
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