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[摘 要]近年来,随着我国社会主义市场经济的不断发展,带动了我国城市化进程的快速推进。随着城市规模的不断发展和扩大,为了适应交通要求的日益增长,政府开始建设大量的公路桥梁工程。路桥工程的施工质量和使用性能是城市建设平稳、快速发展的保障,直接关系着人民群众的公共利益和人身财产的安全,影响到政府在社会群众中的威信和形象,以及城市基础设施的建设和国民经济的发展。随着大量路桥工程的建成使用,其路桥工程中钢筋的锈蚀问题也越来越受到人们的关注和重视。该文就目前公路桥梁工程中钢筋锈蚀的原因进行分析和讨论,并提出相应的防治措施,以期能够提高公路桥梁钢筋的防腐技术水平,确保公路桥梁工程建筑的安全、可靠,从而促进公路桥梁行业的快速、平稳、可靠、安全发展。
[关键词]公路桥梁;钢筋锈蚀;原因;防治方法
中图分类号:TU392.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)39-0231-01
1 公路桥梁钢筋锈蚀的原因
在公路桥梁工程中,钢筋混凝土因具有成本低廉、坚固耐用且材料来源广泛等优点而被土木工程的各个领域普遍采用。钢筋混凝土既保持了混凝土抗压强度高的特性、又保持了钢筋很好的抗拉强度,同时钢筋与混凝土之间有着很好的黏结力和相近的热膨胀系数,混凝土又能对钢筋起到很好的保护作用,从而使混凝土结构物更好的工作,提高了混凝土的耐久性。所以钢筋混凝土已成为现代建筑中材料的重要组成部分。钢筋锈蚀已成为导致钢筋混凝土工程耐久性不足,过早破坏的主要原因,是世界普遍关注的一大灾害,由于公路桥梁钢筋锈蚀可发生于许多引起锈蚀的介质中,如潮湿的空气、土壤、工业废气等。分析得到钢筋锈蚀的主要原因有以下几点:
1.1 公路桥梁钢筋防护层的碳化
其碳化的原因是钢筋不密实,抗渗性能不足。硬化的钢筋,由于水泥水化,生成氢氧化钙,此时钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜,使钢筋不生锈。当不密实的钢筋置于空气中或含二氧化碳环境中时,由于二氧化碳的侵入,钢筋中的氢氧化钙与二氧化碳反应,生成碳酸钙等物质,其碱性逐渐降低,甚至消失,称其为钢筋的碳化。钢筋的钝化保护膜就遭破坏,钢筋的锈蚀便开始进行;钢筋的碳化,钢筋碳化的发生是个缓慢的过程,其实质是钢筋失去碱性而中性化。钢筋碳化破坏构件机理,使钢筋失去碱性环境,从而引起钢筋腐蚀。
1.2 氯离子的含量
据有关试验证明,即便是PH值较高的溶液只要有氯离子含量,就足可以破坏钢筋的钝化膜,使钢筋失去钝化,在水和氧气的作用下导致钢筋锈蚀。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上,把氧原子排挤掉,然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物,结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑,这些小蚀坑称为孔蚀核,亦可理解为蚀孔生成的活性中心。氯离子的存在对金属的钝态起到直接的破坏作用
1.3 公路桥梁钢筋锈蚀,导致截面积减少,从而使钢筋的力学性能下降
对于截面积损失率较大的钢筋,其屈服强度和抗拉强度及延伸率均开始下降,钢筋各项力学性能指标严重下降。导致公路桥梁构件承载能力降低到与未配筋构件相近。钢筋锈蚀生成腐蚀产物腐蚀产物在混凝土和钢筋之间积聚,对混凝土的挤压力逐渐增大,公路桥梁混凝土保护层在这种挤压力的作用下拉应力逐渐加大,直到开裂、起鼓、剥落。混凝土保护层破坏后,使钢筋与混凝土界面结合强度迅速下降,甚至完全丧失,不但影响结构物的正常使用,甚至使公路桥梁遭到完全破坏,给国家经济造成重大损失。
1.4 电化学锈蚀,公路桥梁施工中钢筋在存放和使用中发生的锈蚀主要属这一类
其锈蚀过程是在潮湿的环境中,钢材表面被一层电解质水膜覆盖,由于表面成分或者受力边形等的不均匀性,使邻近的局部产生电极电位的差别,因而建立许多微电池。在阳极区,铁被氧化成Fe离子进入水膜;因为水中溶有来自空气的氧,放在阴极区氧被还原为(OH)2;两者结合成为不容于水氢氧化亚铁Fe(OH)2;进一步氧化,则形成疏松易剥落的红棕色的铁锈氢氧化铁Fe(OH)3;水膜中有酸的成分,则阴极被还原的将是分离子。由于所形成的氢积存于阴脱产生极化作用,将使锈蚀停止,但水中的溶氧与红结合成水以除去积氢,故锈蚀能继续进行。
2 钢筋锈蚀的防治方法
2.1 钢筋砼密实性与抗渗性的加强防治
在公路桥梁工程当中,对桥梁结构产生危害的钢筋锈蚀现象,应先从结构安全与经济方面进行考虑,砼碳化通常是因混凝土的密实性与抗渗性不够引发的,为避免砼碳化,需要将砼的密实性与抗渗性加强,可采取水灰比方法进行控制,让水灰比在规定最大值的规范内,适当添加矿渣粉、粉煤灰等相关细集料,并合理延长搅拌的时间,强化混凝土振捣,尤其是钢筋结构的断面部门与密集位置,对于模板中的空气要尽量排尽,防治内部存在空洞现象。为进一步增强钢筋砼的保护层厚度与密实性,应与设计要求更为相符,避免钢筋内部提前出现锈蚀问题。这种防治方法就是运用第一种措施,运用惰性材料,让钢筋结构表面得到机械隔水处理,提高钢筋保护层的密实度,防止钢筋锈蚀问题出现。
2.2 实施外涂隔离层方法,降低环境湿度影响
在公路桥梁工程当中,环境湿度会对钢筋结构产生侵蚀作用,为避免环境湿度影响,可采取外涂隔离层法,加强混凝土耐久性与防水性功能,其具体处理措施为:先将受损的钢筋全部暴露在外,使用喷砂枪等方法,对桥梁钢筋实施去锈处理,将混凝土表面泥土与灰尘等进行剔除,再实施钢筋防锈处理,有效清除松动混凝土,将钢筋表面涂上环氧树脂涂液类的粘结剂,桥梁钢筋受到的锈蚀较为严重,公路桥梁结构所处的环境较为恶劣,还可采取除锈剂对钢筋表面进行涂抹,以降低环境湿度所带来的钢筋锈蚀影响,确保公路桥梁结构能够安全牢固。钢筋表面实施油漆涂层时,需要考虑到相关的各类问题,其常用涂层法为下列四种,一是氧化乙炔型的火焰铝丝融化方法,运用高压雾化气体,对钢筋表层实施火焰喷漆处理;二是钢筋表面运用防锈材料;三是镀锌位置的热处理,运用酸性材质去除锈迹;四是运用喷射漆物设备,使电源基本形成正负两极的电荷金属丝,并进一步让金属丝喷枪的交汇位置形成弧熔化,在钢筋表面的油漆涂层中,可选用这些方法进行防治处理。
2.3 加强特种钢应用,提高砼本身防御力
公路桥梁施工中,要有效减少有害离子对钢筋的损坏与侵入,钢筋砼施工过程,应将混凝土内可能进入的C1实施有效隔离,避免氯化物相关有害物质进入混凝土中,对钢筋造成腐蚀作用。在混凝土配制中,要注意氯盐类添加剂的应用,防治对钢筋砼产生破坏,混凝土配制要对原材料进行严格控制,其骨料不可应用海产骨料,在使用水方面,也不可直接应用C1水或者海水,若需要应用此类水,应通过相应技术处理之后,水质经检查之后才能应用。另外,还应注意水泥品种及其他原材料的合理选用,防治矿物质、海水或者工业废水等对混凝土产生侵蚀,原材料应首先考慮矿渣水泥与粉煤灰等应用,降低有害物质给钢筋砼带来的破坏。随着建筑技术不断发展,上世纪国外的热喷涂防腐涂层试验,有效推进了现代桥梁的防腐应用,因环境、经济与热喷涂应用寿命的制约,国内外有关技术人员已在探索新防锈蚀技术了,像电弧喷涂技术应用,就获得了良好的防腐效果。
3 结语
虽然公路桥梁钢筋锈蚀会给混凝土工程带来严重的危害,但在实际施工中,只要加强领导,严格管理,精心施工,并根据环境的特点和材料的性质,采取相应的措施,是完全能够防止和推迟公路桥梁混凝土工程中钢筋的锈蚀,从而提高公路桥梁工程中混凝土的使用性和耐久性。
参考文献
[1] 禹智涛.钢筋混凝土桥梁可靠性评估的若干问题研究[D],华南理工大学,2013
[2] 赵卫国.公路钢筋混凝土梁桥的病害分析与受损后承载能力计算[D],长安大学,2015
[关键词]公路桥梁;钢筋锈蚀;原因;防治方法
中图分类号:TU392.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)39-0231-01
1 公路桥梁钢筋锈蚀的原因
在公路桥梁工程中,钢筋混凝土因具有成本低廉、坚固耐用且材料来源广泛等优点而被土木工程的各个领域普遍采用。钢筋混凝土既保持了混凝土抗压强度高的特性、又保持了钢筋很好的抗拉强度,同时钢筋与混凝土之间有着很好的黏结力和相近的热膨胀系数,混凝土又能对钢筋起到很好的保护作用,从而使混凝土结构物更好的工作,提高了混凝土的耐久性。所以钢筋混凝土已成为现代建筑中材料的重要组成部分。钢筋锈蚀已成为导致钢筋混凝土工程耐久性不足,过早破坏的主要原因,是世界普遍关注的一大灾害,由于公路桥梁钢筋锈蚀可发生于许多引起锈蚀的介质中,如潮湿的空气、土壤、工业废气等。分析得到钢筋锈蚀的主要原因有以下几点:
1.1 公路桥梁钢筋防护层的碳化
其碳化的原因是钢筋不密实,抗渗性能不足。硬化的钢筋,由于水泥水化,生成氢氧化钙,此时钢筋表面生成一层稳定、致密、钝化的保护膜,使钢筋不生锈。当不密实的钢筋置于空气中或含二氧化碳环境中时,由于二氧化碳的侵入,钢筋中的氢氧化钙与二氧化碳反应,生成碳酸钙等物质,其碱性逐渐降低,甚至消失,称其为钢筋的碳化。钢筋的钝化保护膜就遭破坏,钢筋的锈蚀便开始进行;钢筋的碳化,钢筋碳化的发生是个缓慢的过程,其实质是钢筋失去碱性而中性化。钢筋碳化破坏构件机理,使钢筋失去碱性环境,从而引起钢筋腐蚀。
1.2 氯离子的含量
据有关试验证明,即便是PH值较高的溶液只要有氯离子含量,就足可以破坏钢筋的钝化膜,使钢筋失去钝化,在水和氧气的作用下导致钢筋锈蚀。其原因是氯离子能优先地有选择地吸附在钝化膜上,把氧原子排挤掉,然后和钝化膜中的阳离子结合成可溶性氯化物,结果在新露出的基底金属的特定点上生成小蚀坑,这些小蚀坑称为孔蚀核,亦可理解为蚀孔生成的活性中心。氯离子的存在对金属的钝态起到直接的破坏作用
1.3 公路桥梁钢筋锈蚀,导致截面积减少,从而使钢筋的力学性能下降
对于截面积损失率较大的钢筋,其屈服强度和抗拉强度及延伸率均开始下降,钢筋各项力学性能指标严重下降。导致公路桥梁构件承载能力降低到与未配筋构件相近。钢筋锈蚀生成腐蚀产物腐蚀产物在混凝土和钢筋之间积聚,对混凝土的挤压力逐渐增大,公路桥梁混凝土保护层在这种挤压力的作用下拉应力逐渐加大,直到开裂、起鼓、剥落。混凝土保护层破坏后,使钢筋与混凝土界面结合强度迅速下降,甚至完全丧失,不但影响结构物的正常使用,甚至使公路桥梁遭到完全破坏,给国家经济造成重大损失。
1.4 电化学锈蚀,公路桥梁施工中钢筋在存放和使用中发生的锈蚀主要属这一类
其锈蚀过程是在潮湿的环境中,钢材表面被一层电解质水膜覆盖,由于表面成分或者受力边形等的不均匀性,使邻近的局部产生电极电位的差别,因而建立许多微电池。在阳极区,铁被氧化成Fe离子进入水膜;因为水中溶有来自空气的氧,放在阴极区氧被还原为(OH)2;两者结合成为不容于水氢氧化亚铁Fe(OH)2;进一步氧化,则形成疏松易剥落的红棕色的铁锈氢氧化铁Fe(OH)3;水膜中有酸的成分,则阴极被还原的将是分离子。由于所形成的氢积存于阴脱产生极化作用,将使锈蚀停止,但水中的溶氧与红结合成水以除去积氢,故锈蚀能继续进行。
2 钢筋锈蚀的防治方法
2.1 钢筋砼密实性与抗渗性的加强防治
在公路桥梁工程当中,对桥梁结构产生危害的钢筋锈蚀现象,应先从结构安全与经济方面进行考虑,砼碳化通常是因混凝土的密实性与抗渗性不够引发的,为避免砼碳化,需要将砼的密实性与抗渗性加强,可采取水灰比方法进行控制,让水灰比在规定最大值的规范内,适当添加矿渣粉、粉煤灰等相关细集料,并合理延长搅拌的时间,强化混凝土振捣,尤其是钢筋结构的断面部门与密集位置,对于模板中的空气要尽量排尽,防治内部存在空洞现象。为进一步增强钢筋砼的保护层厚度与密实性,应与设计要求更为相符,避免钢筋内部提前出现锈蚀问题。这种防治方法就是运用第一种措施,运用惰性材料,让钢筋结构表面得到机械隔水处理,提高钢筋保护层的密实度,防止钢筋锈蚀问题出现。
2.2 实施外涂隔离层方法,降低环境湿度影响
在公路桥梁工程当中,环境湿度会对钢筋结构产生侵蚀作用,为避免环境湿度影响,可采取外涂隔离层法,加强混凝土耐久性与防水性功能,其具体处理措施为:先将受损的钢筋全部暴露在外,使用喷砂枪等方法,对桥梁钢筋实施去锈处理,将混凝土表面泥土与灰尘等进行剔除,再实施钢筋防锈处理,有效清除松动混凝土,将钢筋表面涂上环氧树脂涂液类的粘结剂,桥梁钢筋受到的锈蚀较为严重,公路桥梁结构所处的环境较为恶劣,还可采取除锈剂对钢筋表面进行涂抹,以降低环境湿度所带来的钢筋锈蚀影响,确保公路桥梁结构能够安全牢固。钢筋表面实施油漆涂层时,需要考虑到相关的各类问题,其常用涂层法为下列四种,一是氧化乙炔型的火焰铝丝融化方法,运用高压雾化气体,对钢筋表层实施火焰喷漆处理;二是钢筋表面运用防锈材料;三是镀锌位置的热处理,运用酸性材质去除锈迹;四是运用喷射漆物设备,使电源基本形成正负两极的电荷金属丝,并进一步让金属丝喷枪的交汇位置形成弧熔化,在钢筋表面的油漆涂层中,可选用这些方法进行防治处理。
2.3 加强特种钢应用,提高砼本身防御力
公路桥梁施工中,要有效减少有害离子对钢筋的损坏与侵入,钢筋砼施工过程,应将混凝土内可能进入的C1实施有效隔离,避免氯化物相关有害物质进入混凝土中,对钢筋造成腐蚀作用。在混凝土配制中,要注意氯盐类添加剂的应用,防治对钢筋砼产生破坏,混凝土配制要对原材料进行严格控制,其骨料不可应用海产骨料,在使用水方面,也不可直接应用C1水或者海水,若需要应用此类水,应通过相应技术处理之后,水质经检查之后才能应用。另外,还应注意水泥品种及其他原材料的合理选用,防治矿物质、海水或者工业废水等对混凝土产生侵蚀,原材料应首先考慮矿渣水泥与粉煤灰等应用,降低有害物质给钢筋砼带来的破坏。随着建筑技术不断发展,上世纪国外的热喷涂防腐涂层试验,有效推进了现代桥梁的防腐应用,因环境、经济与热喷涂应用寿命的制约,国内外有关技术人员已在探索新防锈蚀技术了,像电弧喷涂技术应用,就获得了良好的防腐效果。
3 结语
虽然公路桥梁钢筋锈蚀会给混凝土工程带来严重的危害,但在实际施工中,只要加强领导,严格管理,精心施工,并根据环境的特点和材料的性质,采取相应的措施,是完全能够防止和推迟公路桥梁混凝土工程中钢筋的锈蚀,从而提高公路桥梁工程中混凝土的使用性和耐久性。
参考文献
[1] 禹智涛.钢筋混凝土桥梁可靠性评估的若干问题研究[D],华南理工大学,2013
[2] 赵卫国.公路钢筋混凝土梁桥的病害分析与受损后承载能力计算[D],长安大学,2015