钢筋混凝土桥梁维修与保护材料和方法

一、 前言 钢筋混凝土桥是一个耐久性结构，但是经验告诉我们即使是混凝土材料、设计和施工的质量都很好，随着服役时间的延长，桥梁结构还是会出现各种各样的病害。钢筋混凝土桥梁的耐久性与如下因素有关： 混凝土的密实度； 混凝土抗开裂能力； 结构所处环境的潮湿度； 结构所处环境的冻融循环情况； 结构所处环境的二氧化碳浓度； 结构所处环境的化冰盐使用情况等； 如果混凝土材料或施工质量不好，或设计有缺陷等都会加速病害的发生和发展速度。另外，由于混凝土炭化反应或氯离子渗入会导致钢筋锈蚀，而钢筋锈蚀又会引起混凝土的分层与破碎。高质量的材料、施工和设计可以提高新桥梁的耐久性，但仍然有很多理由需要对这些新桥进行保护以便使其能达到或超过设计服役寿命。对已经服役一定时间的桥梁，更要进行经常性的保护和维修，以便使其经常处于良好的条件下，延长服役寿命。 在本文中，首先我们对混凝土的病害做一简单介绍，接着就水泥基维修和保护材料的特点和使用方法进行了说明。另外对用于结构保护的密封剂和涂装材料的性能和作用也进行了介绍，最后对典型的维修步骤，包括表面准备、锈蚀钢筋的维修与保护和混凝土的维修与保护，进行了详细的介绍。 密封剂和涂装材料的功能主要是减少钢筋混凝土结构中的电解液，从而减缓电化学锈蚀反应的进程。另外，密封剂和涂装材料还可以防止化冰盐、二氧化碳和氧气等对结构的侵入从而减缓钢筋的锈蚀，这类保护还可以降低冻融循环对结构的破坏，提高结构抗冻融循环的能力 二、 混凝土病害 混凝土病害是一个复杂的问题，与混凝土原来的质量和工作环境有很大关系。水泥胶浆的多孔性，它的化学与物理特性，低张力强度和脆性等是混凝土病害的关键因素。混凝土原料的质量、设计的不完善和浇筑及养护过程中出现的问题也是病害产生的重要原因。为了方便陈述，我们将混凝土的病害分成以下几类： 钢筋锈蚀； 碱骨料反应； 冻融循环； 1， 钢筋锈蚀 锈蚀是金属铁发生氧化的电化学过程，生成氧化铁。氧化铁的体积比金属铁大，因此钢筋锈蚀会导致混凝土开裂。而开裂又使得水、二氧化碳和盐更容易进入到混凝土结构内部，从而又加速了钢筋锈蚀的速度。 钢筋锈蚀需要水和氧气同时存在。当混凝土结构内部的相对湿度达到40%时，锈蚀就开始了，相对湿度达到70-80%时，锈蚀速度达到最大。当相对湿度超过70-80%或整个混凝土结构完全浸没在水里时，由于氧的供应量不足，因此锈蚀速度反而下降了。另一方面，氯离子的存在会加速锈蚀速度。 炭化反应主要是水泥中的石灰，大气中的二氧化碳和某些酸性物质，如二氧化硫和二氧化氮之间的反应。这个中性化反应的结果导致混凝土pH值的下降，使得钢筋表面的钝化膜逐步丧失而引发钢筋锈蚀。同时炭化反应也会加剧由于氯离子渗入而导致的锈蚀。 2， 冻融破坏 冻融循环使混凝土中的水结冰膨胀而产生张力，从而导致结构开裂。通过加入引气剂，使得混凝土结构内部形成大小合适的气穴可以有效地减少冻融对混凝土的破坏。没有加入引气剂的混凝土常常需要维修与保护，防止冻融循环造成的破坏。 3， 碱骨料反应 碱骨料反应是指水化水泥中的碱性物质与骨料中可反应化学成分之间发生化学反应。一般来说有两类碱骨料反应：碱-碳反应：碱性物质与含有碳酸盐类物质的骨料（如白云石等）发生化学反应；另一类是碱-硅反应：碱性物质与含硅酸盐类物质的骨料（如蛋白石和硅酸石灰石等）发生化学反应。碱骨料反应的结果是在水泥骨料表面发生膨胀性断裂，从而导致混凝土结构开裂。比起由于钢筋锈蚀而导致的病害和开裂，碱骨料反应的过程要慢的多。 以上对混凝土病害的分类只是很多种混凝土病害分类方法的一种。然而，对各种分类方式都有一个共同的标准。当混凝土结构处在极端的工作环境中时，其微观结构特征对混凝土病害而言是至关重要的，著名混凝土专家Mehta 先生对微观结构与混凝土耐久性之间的关系有如下论述："从长远角度看，混凝土的可穿透性或可渗水性是唯一与耐久性直接相关的特性。有大量的事实证明，如果混凝土结构完全不可穿透或完全不渗水，则那些病害，包括钢筋锈蚀、碱骨料反应和冻融破坏根本就不会发生。