1、鋼筋混凝土梁銹蝕病害耐久性修復(fù)技術(shù)論文鋼筋混凝土橋梁病害的主要成因及 修補(bǔ)加固范例摘 要：過去鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)由于受各種因素（設(shè)計(jì)理念、 施工質(zhì)量、材料性能、養(yǎng)護(hù)管理）的缺陷以及環(huán)境惡化的影響所 造成的病害，產(chǎn)生了各種各樣的腐蝕問題和安全隱患。本文主要 從出現(xiàn)病害主要成因方面進(jìn)行重點(diǎn)分析，提出一些對(duì)策建議，并 同時(shí)介紹了若干國(guó)內(nèi)橋梁通過使用新的修補(bǔ)材料和先進(jìn)的工藝 修復(fù)加固。一9范例，以供參考。關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)混凝土病害分析XYPEX修： 1-ho固1前言交通運(yùn)輸與國(guó)計(jì)民生息息相關(guān)，而橋梁則是 交通命脈的咽喉。據(jù)2 0世紀(jì)末統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的鐵路橋梁約有3 7 0。多座，橋梁總長(zhǎng)近2 4

2、00km，公路橋梁約有近28萬 座，橋梁總長(zhǎng)近10 300km。其中大部分的橋梁為鋼筋混 凝土（含預(yù)應(yīng)力梁）結(jié)構(gòu)，約占橋梁總數(shù)的9 0%以上。解放后 尤其是改革開放以來我國(guó)的橋梁建設(shè)發(fā)展速度蒸蒸日上，方興未 艾，有力地促進(jìn)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，而且橋梁的設(shè)計(jì)、施工 技術(shù)水平不斷得到提高和發(fā)展，尤其是在長(zhǎng)江中已竣工通車的數(shù) 十座特大橋和最近已在長(zhǎng)三角地區(qū)修建竣工通車的東海超長(zhǎng)跨 海特大橋和即將竣工的杭州灣大橋的技術(shù)水平已達(dá)國(guó)際的領(lǐng)先 地位：在大好形勢(shì)下，我們還必須保持清醒的頭腦。據(jù)2 0世紀(jì) 末統(tǒng)計(jì)顯示，公、鐵路混凝土橋梁的失格率達(dá)到了 2 0%左右， 有的已成了危橋，還在負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，報(bào)載橋垮、車

3、毀、人亡的惡性 事故報(bào)導(dǎo)，已屢見不蘚。進(jìn)入21世紀(jì)以來，此問題已引起工程 界特別是橋梁界的嚴(yán)重關(guān)切，由中國(guó)科協(xié)工程聯(lián)合會(huì)、中國(guó)鐵道 學(xué)會(huì)、中國(guó)公路學(xué)會(huì)、中國(guó)土木工程協(xié)會(huì)相繼聯(lián)合舉辦了 “2 0 0 3年橋梁病害診治論壇”；同年12月中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)防 腐蝕工程專業(yè)委員會(huì)在廣西北海市召開了 “ 2 0 0 3年全國(guó)水 工、橋梁結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)交流會(huì)”，2 0 0 4年由中國(guó)交通部公 路運(yùn)輸文摘橋梁雜志和中國(guó)科協(xié)工程聯(lián)合會(huì)共同在海南省海 口市舉辦了 “橋梁耐久性研討會(huì)”所有這些重要的全國(guó)會(huì)議 的與會(huì)專家、學(xué)者針對(duì)我國(guó)目前橋梁存在的病害提出了各自的精 辟見解和對(duì)策建議，通過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、施工、

4、管理體制、 養(yǎng)護(hù)加固等方面存在的人為問題、缺陷、環(huán)境惡化、交通量劇增、 超載嚴(yán)重等客觀0 ，】5）8因素對(duì)橋梁帶來的危害等一系 列原因，進(jìn)行了分析和診斷，認(rèn)為必須刻不容緩地認(rèn)真對(duì)待和處 理，對(duì)此已基本取得了共識(shí)，那就是必須對(duì)原來一些傳統(tǒng)的設(shè)計(jì) 理念和模式進(jìn)行更新，既要重視結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度（防破壞），也要重 視整體剛度（防變形）整體穩(wěn)定度（防位移）和耐久性措施，對(duì) 施工質(zhì)量的保證措施必須要有嚴(yán)格且便于執(zhí)行的工藝；對(duì)橋梁的 養(yǎng)護(hù)管理必須加強(qiáng)健康監(jiān)測(cè)及時(shí)組織有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員通過先 進(jìn)可靠的檢測(cè)設(shè)施對(duì)橋梁進(jìn)行了正確的診斷分析，做到對(duì)癥下“藥”，在此基礎(chǔ)上分清輕重緩急，采用先進(jìn)的技術(shù)、工藝和產(chǎn) 品進(jìn)行維修和加

5、固，做到未雨綢繆，確保運(yùn)輸安全和延長(zhǎng)使用壽命。2我國(guó)鋼筋混凝土橋梁病害的主要成因及對(duì)策建議(1)早期設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土橋梁，混凝土標(biāo)號(hào)偏低，防水和抗凍性能 不強(qiáng)，一般抗?jié)B標(biāo)號(hào)只有8S12左右，加上施工時(shí)選材不 嚴(yán)，攪拌不均勻，振搗不密實(shí)，往往存在蜂窩麻血及微裂縫的缺 陷，有的橋體過于強(qiáng)求輕巧薄型以致鋼筋保護(hù)層過薄，多在1 。2 0mm。 (2)溫度應(yīng)力促使存在缺陷的混凝土產(chǎn)生微 裂縫，防水涂料達(dá)不到防水作用時(shí)，空氣中的水汽在毛細(xì)管引力 的作用下滲入到微裂縫中，若到達(dá)鋼筋表面，在水與氧的作用下 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)的混凝 土橋梁，氯離子的侵入導(dǎo)致鋼筋銹蝕的主要原因。鋼

6、筋銹蝕后， 必然出現(xiàn)體積膨脹，膨脹量為原體積的45倍，這樣勢(shì)必對(duì)混 凝土產(chǎn)生很大的膨脹應(yīng)力，加上保護(hù)層較薄，促使鋼筋銹蝕部位 的混凝土開始起裂，形成沿鋼筋裂縫，即順筋裂縫，繼而出現(xiàn)保 護(hù)層的脫落。(3)環(huán)境化學(xué)腐蝕，有兩種情況：一是當(dāng)混凝 土存在缺陷時(shí)，大氣中的CO。與混凝土中的Ca(OH)z起 化學(xué)反應(yīng)，生成中性的碳酸鈣(碳化作用)，即：C02+Ca(OH)2.CaC0 3+ H2 0而在潮濕和高濃度的CO z環(huán)境中，COz在水中能夠融解CaCO。生成溶于水的碳酸 氫鈣Ca(HCOs)z，它隨著水沿毛細(xì)管或微裂縫到達(dá)混凝 土表面又可發(fā)生分解，析出CaCOs。即：C02+H20 + CaC03

7、Ca(HC03)2 Ca(HC03)2C aC03+C02+H20混凝土發(fā)生碳化溶蝕后，其pH值 可降低至9以下，鋼筋的防腐得不到保證，促使鋼筋表面鈍化膜 遭到破壞，在氧和水作用下氧化銹蝕。即：4Fe-F2H2 0+302,4F琶(OH)第二種情況是近年來大氣環(huán)境 污染產(chǎn)生的酸雨對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的危害日趨嚴(yán)重，我國(guó)的酸雨覆蓋 面已達(dá)到國(guó)土的3 0%以上，SOz和進(jìn)一步氧化的SO。均可 以使混凝土中性化和酸化，同樣可直接促使鋼筋的電化學(xué)腐蝕， 同時(shí)產(chǎn)生的硫酸鹽又會(huì)對(duì)混凝土進(jìn)一步膨脹產(chǎn)生侵蝕作用。故在 酸雨地區(qū)SO。與酸雨對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的危害比碳化更為嚴(yán) 重。腐蝕過程化學(xué)反應(yīng)如下：2S03+02+

8、2H20-2 H2S 0 4 2H2S04+Ca(OH)2，CaS042 H20 3CaO-A1203+3(CaS04-2H20) +26H203CaOA12033CAS0432H 20由于生成物帶有大量的結(jié)晶水，因此其體積要比原來的體 積大得多，產(chǎn)生膨脹，促使混凝土裂壞。在潮濕的空氣中SOz 與Fe發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：S 0 2 + 0 2 +Fe_+FeS04 4 FeS04 1 0 2 + 6H2 04FeO (OH)+4H2 S04 )51 9最終反應(yīng)產(chǎn)物除氧化鐵之外，還有硫酸。硫 酸于是能分解更多的鐵，進(jìn)一步促使鐵銹形成。(4)凍融循 環(huán)對(duì)混凝土產(chǎn)生的物理破壞作用，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)有裂隙時(shí)，水

9、分 侵人后，遇冰點(diǎn)以下低溫時(shí)結(jié)凍產(chǎn)生膨脹，孔隙受壓變形，當(dāng)環(huán) 境溫度升高后，冰凍面受熱融化反過來又使孔隙受到拉應(yīng)力，這 樣反復(fù)凍結(jié)、融化，當(dāng)作用于孔隙的拉應(yīng)力大于混凝土的極限抗 拉強(qiáng)度時(shí)，即可使混凝土孔隙擴(kuò)大成裂縫仍至崩裂。尤其在北方 地區(qū)的橋梁橋面，在冬季為了交通安全大量撒鹽來促使化雪降低 冰點(diǎn)，于是鹽水滲入混凝土縫隙內(nèi)，導(dǎo)致橋面混凝土內(nèi)的鋼筋受 到氯離子破壞，銹蝕愈演愈烈，不僅促使橋面上的鋪裝層大面積 碎裂，仍至逐漸擴(kuò)展到梁體，若梁體頂面有裂隙，也將導(dǎo)致病害 的加深。（5）堿一集料反應(yīng)（AAR ）其特點(diǎn)是反應(yīng)緩慢， 但持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)?；炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生的AAR破壞，一般要在一年以 上，有時(shí)甚至達(dá)2

10、0-30年。一旦發(fā)生這種破壞將很難補(bǔ)救。 其成因主要是由于混凝土所配好的各種混合料中的含堿（Naz 。或KzO ）量偏高，與集料中的活性成分（氧化硅、碳酸鹽等） 發(fā)生反應(yīng)生成硅酸凝膠，堿硅酸凝膠吸水膨脹后產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo) 致混凝土開裂。顯然，AAR反應(yīng)的發(fā)生需要三個(gè)條件，即堿量 高、集料中含有活性成分、有水滲入。三者缺一不可，故般是 可以預(yù)防的。（6）溶液性侵蝕，主要是環(huán)境介質(zhì)水溶液對(duì)防 水構(gòu)造不合理、防水質(zhì)量不可靠，從而出現(xiàn)經(jīng)常性滲漏的混凝土 結(jié)構(gòu)部位的Ca（OH）：產(chǎn)生溶解，促使其濃度不斷下降，固 相中Ca（OH）。不斷被溶出，于是在混凝土中與Ca（OH） z濃度有關(guān)的水化生成物的穩(wěn)定度遭到

11、破壞，造成這些水化物不 斷分解出CaO, CaO又溶于水隨水沖走，水泥石的結(jié)構(gòu)不斷 破壞，從而導(dǎo)致混凝土的pH值降低，孔隙率增大，鋼筋銹蝕病 害發(fā)生，混凝土表面層起鼓剝離現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)。綜上所述，六 種病害產(chǎn)生的主要成因均與混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)度與防水效果息息相關(guān)。目前提出的對(duì)策措施從下面幾點(diǎn)考慮：一是提高混凝土的密實(shí) 度，宜采用高性能混凝土，摻硅粉、粉煤灰、礦渣等超細(xì)礦物摻 合料，并與適當(dāng)?shù)耐饧觿┫嘟Y(jié)合，最大限度提高混凝土的密實(shí) 度，提高其抗?jié)B標(biāo)號(hào)；二是采用水化熱較低的水泥品種并調(diào)整好 配合比；三是適當(dāng)增加混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)層厚度；四是采用具 有永久性的混凝土表面防護(hù)涂層材料。 在這里提供一個(gè)信息

12、，大眾科技報(bào)著名記者邵斌同志于2 0 0 3年9月2 1日在該 報(bào)的頭版和四版上，較詳細(xì)薈萃了專家的意見和建議，推薦了X YPEX（賽柏斯）這種剛性無機(jī)滲透結(jié)晶防水材料。其所含化 學(xué)物質(zhì)對(duì)水有很強(qiáng)的親和力，以灰漿的形式涂刷或噴涂到混凝土 表面后，充塞到混凝土的微孔和毛細(xì)管道中，催化未完成水化的 水泥顆粒，生成枝蔓狀的晶體填塞細(xì)小的滲漏水通道，從而提高 了混凝土的密實(shí)度和達(dá)到特住的防水效果。XYPEXS在我國(guó) 多座橋梁、橋面防水和耐久性加固中應(yīng)用，取得了較好的效果， 國(guó)家建設(shè)部在2 0 0 1年、2 0 0 4年和2 0 0 7年三次將其作 為科技成果推廣指南項(xiàng)目向全國(guó)推薦并出具證書。茲將在國(guó)內(nèi)

13、、 外用XYPEX材料修復(fù)加固的橋梁實(shí)例簡(jiǎn)介如下。8經(jīng)實(shí)踐 檢驗(yàn)的幾座橋梁病害修復(fù)加固的范例 上海鐵路局杭州分局杭州 工務(wù)段所管轄的長(zhǎng)牛線近長(zhǎng)興線的6號(hào)、7號(hào)、10號(hào)、11號(hào) 橋和南京分局蕪湖工務(wù)段管轄蕪銅線繁昌縣城附近的10號(hào)橋 等都是2 0世紀(jì)5 0年昧后陸續(xù)修建的鋼筋混凝土橋梁，由于施 工質(zhì)量較差，原設(shè)計(jì)的混凝土標(biāo)號(hào)偏低，以及使用環(huán)境惡化等因 素1520綜合的影響，梁體混凝土的弱點(diǎn)不斷暴露出來，尤 其是裂紋的增多，混凝土碳化的弊端不斷出現(xiàn)，混凝土表面的鋼 筋保護(hù)層碎裂剝落，鋼筋裸露銹蝕越來越嚴(yán)重（圖1）。曾按照 傳統(tǒng)的環(huán)氧圖1樹脂砂漿作為修補(bǔ)的材料，同時(shí)用環(huán)氧樹脂漿 液進(jìn)行表面封閉。從物

14、理角度來看，這種靠薄膜包裹的做法一時(shí) 確能起到防水作用，但這種有機(jī)材料在紫外線的作用下，受氧化 和溫度影響較大，容易產(chǎn)生老化和龜裂剝離，且對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)本 身內(nèi)部得不到補(bǔ)強(qiáng)作用和耐久性效果，不僅施工有毒性，且操作 工藝復(fù)雜，因此否定了這種治標(biāo)不治本的修補(bǔ)方法。最后杭州鐵 路分局和北京市城建設(shè)計(jì)研究院合作于1997年11月對(duì)長(zhǎng) 牛線11號(hào)橋1號(hào)、2號(hào)梁體用XYPEX材料進(jìn)行修補(bǔ)試驗(yàn)。 經(jīng)鑒定委員會(huì)專家測(cè)試報(bào)告結(jié)果認(rèn)為：“原有裂紋通過XYPE X涂料已封閉，未發(fā)生重新開裂、剝落掉皮現(xiàn)象，與未經(jīng)修補(bǔ)的 梁形成鮮明對(duì)比，梁體表面完整，達(dá)到預(yù)期效果。實(shí)踐證明XY PEX材料用于混凝土結(jié)構(gòu)的破損修補(bǔ)其性能優(yōu)

15、越，施工工藝設(shè) 備簡(jiǎn)單，能夠滿足修補(bǔ)質(zhì)量要求，經(jīng)過工程考驗(yàn)，質(zhì)量可靠，效 果明顯，拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。這種材料不僅可用于靜載作用下的防 水工程，而且可應(yīng)用于動(dòng)載作用下鐵路橋梁結(jié)構(gòu)的修復(fù)。對(duì)傳統(tǒng) 的修復(fù)方法有所創(chuàng)新，居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。XYPEX產(chǎn)品屬無機(jī)材料，可稱為綠色材料，應(yīng)用地域廣 闊，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益”同時(shí)，提出進(jìn)一步對(duì) 修補(bǔ)的橋梁在正常運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行觀察和資料積累的建議。據(jù) 此，按要求進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)兩年半的觀察，并于2 0 0 0年4月又請(qǐng)有 關(guān)專家進(jìn)行了認(rèn)真的復(fù)查，經(jīng)修復(fù)的梁體情況良好。為此，對(duì)長(zhǎng) 牛線11號(hào)橋的剩余3、4、5孔以及該線的1。號(hào)、7號(hào)、6 號(hào)橋和位于

16、南京分局蕪湖工務(wù)段管內(nèi)的蕪銅線10號(hào)橋，都利用 XYPEX材料和工藝進(jìn)行了修補(bǔ)工作。經(jīng)過觀察分析，其結(jié)果 和長(zhǎng)牛線11號(hào)橋的第1、2孔的效果相同。事隔8年后的2 0 0 5年5月有關(guān)專家又去復(fù)查，所有修補(bǔ)過的橋梁完好狀況令人 滿意。由此證明，XYPEX用于補(bǔ)強(qiáng)、防水和對(duì)混凝土密實(shí)度 的加強(qiáng)和保護(hù)效果都是良好的，在反復(fù)動(dòng)載的沖擊作用下，抗疲 性能也是良好的?！袄肵YPEX材料修補(bǔ)鐵路鋼筋混凝土梁 技術(shù)”這個(gè)項(xiàng)目早已獲得上海市2 0 0 1年優(yōu)秀發(fā)明選拔賽的二 等獎(jiǎng)，目前已用于國(guó)內(nèi)橋梁橋面防水獲得較佳效果的有北京八達(dá) 嶺高速公路上的東老峪1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)橋。在完成后近五年內(nèi)， 沒有任何滲漏及銹水現(xiàn)象出現(xiàn)，也未見橋面有裂縫產(chǎn)生，頗得業(yè) 主和運(yùn)營(yíng)