论文部分内容阅读
【摘 要】本文针对混凝土桥梁的耐久性和所处的腐蚀环境，分析了混凝土与钢筋的腐蚀问题，并提出混凝土桥梁提高耐久性的防护措施。
【关键词】混凝土；桥梁；耐久性；防护
1. 前言
随着交通运输的发展，桥梁作为跨越障碍物的主要结构，起着交通咽喉的作用，但是根据其所处的环境不同，桥梁的耐久性问题及其抵抗环境、化学、大气功能等问题逐渐暴露出来。本人结合实际调查谈一下桥梁的耐久性与预防问题。
2. 提高混凝土耐久性的必要性
（1）由于钢筋混凝土结构的耐久性降低，给混凝土桥梁结构造成了重大的安全隐患和经济损失。
（2）据调查资料表明，我国混凝土腐蚀现象普遍存在，大多数混凝土桥梁达不到设计寿命就出现各种病害。如1981年调查华南地区18座混凝土码头中，钢筋锈蚀破坏或不耐久的占89%，使用寿命最短的仅为7年，最长的为25年。据铁道部2000年桥隧抽检汇总资料统计，全路混凝土梁有较严重裂损等病害的共计6529孔，占混凝土梁总数的5.67%。
（3）预防钢筋混凝土结构的病害和延长它们的使用寿命，已经成为越来越紧迫的任务。
3. 混凝土结构的防腐机理和破坏的主要因素
3.1 混凝土对钢筋的保护机理。 混凝土由于水泥水化，产生了大量的碱性产物，加上水泥中少量的K2O、Na2O，所以pH值可高达12.5～13.5。钢筋处于该环境中，表面能形成200～1000μm厚的水氧化物，组成致密、稳定的钝化膜层，有效保护了混凝土中的钢筋不被锈蚀。当混凝土中的碱性水化物被溶析，或因碳化降低了混凝土的碱度，钢筋就容易受到侵蚀，当混凝土的PH值<11.8时，钢筋表面的钝化层已不稳定，并逐渐破坏。
3.2 混凝土中钢筋的腐蚀条件。混凝土中钢筋的电化学腐蚀必须满足3个基本条件：
3.2.1 钢筋表面存在2个具有不同电位值的电极。
3.2.2 钢筋表面存在有电解质液相薄膜。
3.2.3 钢筋表面存在氧化物质。
3.3 造成混凝土结构破坏的主要因素。
3.3.1 混凝土的中性化（主要是碳化）。混凝土的中性化，是指混凝土中的碱性物质和酸性物质进行反应，造成混凝土PH值降低。混凝土的碳化，是最主要的中性化作用形式是指大气中的CO2与混凝土中的Ca（OH）2起化学反应，生成中性的CaCO3。Ca（OH）2是水泥水化物的产物之一，对于普通的硅酸盐水泥，水化产生的Ca（OH）2可达10%～15%，高碱度使钢筋表层钝化，但是稳定性较差，很容易与大气中的CO2发生中和反应。水泥中性化的结果使混凝土碱性降低，从而使钢筋失去钝化层的保护。
3.3.2 氯离子的腐蚀。氯离子半径小，穿透能力强，能够加速钢筋腐蚀，混凝土破坏主要表现在：
3.3.2.1 氯离子进入混凝土并到达钢筋表面，能破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生局部腐蚀。
3.3.2.2 氯离子的电化学作用，氯离子吸附并破坏局部钝化膜，露出钢筋基体，暴露区与周围钝化膜形成电化学腐蚀。因此，对于高氯离子含量的区域，防止氯离子的腐蚀是非常重要的工作。
3.3.3 硅酸盐的侵蚀。 工业生产中排放大量的SO2气体，从而形成酸雨。我国酸雨覆盖面积已达国土面积的30%，这使混凝土的防酸雨措施也显得非常重要。SO2和进一步氧化的SO3中和混凝土中的Ca（OH）2，使混凝土中性化和酸化，混凝土内的钢筋丧失碱性保护而发生腐蚀。同时，SO2、 SO3溶于水后可直接促进钢筋的电化学腐蚀。环境水中的硫酸根离子进入混凝土内部，与水泥的固相发生化学反应，生成难溶的盐矿物类——钙矾石和二水石膏，然后吸收大量的水而体积膨胀，造成混凝土的破坏。
3.3.4 氧和水的作用。氧参与钢筋腐蚀电化学过程的阴极反应，因而钢筋的腐蚀速度受到水中溶解氧扩散过程的控制。水不仅可加速混凝土的碳化，也为钢筋的腐蚀提供了条件。
3.3.5 其他的作用。影响混凝土耐久性的其他因素还包括冻容交替、干湿交替、微生物、碱——集料反应等。
4. 钢筋混凝土结构常见表面防护方法
对混凝土中钢筋腐蚀的防护主要从两方面着手；一是阻止或延缓侵蚀源的破坏作用；二是通过提高钢筋的防腐性能，或通过电化学方法提高钢筋的抗蚀能力。
4.1 使用优质的混凝土保护层。通常采用抗渗防水混凝土、聚合物混凝土或者掺入钢筋阻锈剂以对钢筋进行防护。在混凝土拌合物中直接掺入钢筋阻锈剂，在钢筋表面形成保护膜来抑制电化学反应。
4.2 钢筋混凝土表面防腐涂层。在混凝土基底的表面上涂覆涂料，待涂料中的溶剂或水分挥发后，各组分之间通过化学反应，在基底表面形成一层具有一定弹性的防水、防潮、防渗的连续薄膜。该涂料可形成重量轻、无接缝的完整防水膜，特别适用于混凝土结构中形状不规则的复杂表面。
4.3 钢筋防腐涂层。对混凝土中的钢筋可采用防腐涂层，但是混凝土中的钢筋防腐涂层要考虑与钢筋的粘接力的因素，国外使用较多的是环氧树脂涂层和聚乙烯缩丁醛涂层。钢筋涂覆层防蚀的价格比较高，且在施工时很难保证钢筋不受机械损伤，在钢筋涂覆膜遗漏处或涂覆不好的地方，将留下巨大的隐患。而且钢筋涂层使对钢筋腐蚀情况的无损检测和腐蚀控制带来了一些困难，使阴极保护技术受到限制。
4.4 电化学防腐蚀技术。由于混凝土中钢筋腐蚀都是电化学腐蚀，因此可通过电化学的方式来延缓或抑制钢筋的腐蚀。目前电化学保护技术中应用较多的阴极保护技术，即钢筋整体成为阴极而被保护。
【关键词】混凝土；桥梁；耐久性；防护
1. 前言
随着交通运输的发展，桥梁作为跨越障碍物的主要结构，起着交通咽喉的作用，但是根据其所处的环境不同，桥梁的耐久性问题及其抵抗环境、化学、大气功能等问题逐渐暴露出来。本人结合实际调查谈一下桥梁的耐久性与预防问题。
2. 提高混凝土耐久性的必要性
（1）由于钢筋混凝土结构的耐久性降低，给混凝土桥梁结构造成了重大的安全隐患和经济损失。
（2）据调查资料表明，我国混凝土腐蚀现象普遍存在，大多数混凝土桥梁达不到设计寿命就出现各种病害。如1981年调查华南地区18座混凝土码头中，钢筋锈蚀破坏或不耐久的占89%，使用寿命最短的仅为7年，最长的为25年。据铁道部2000年桥隧抽检汇总资料统计，全路混凝土梁有较严重裂损等病害的共计6529孔，占混凝土梁总数的5.67%。
（3）预防钢筋混凝土结构的病害和延长它们的使用寿命，已经成为越来越紧迫的任务。
3. 混凝土结构的防腐机理和破坏的主要因素
3.1 混凝土对钢筋的保护机理。 混凝土由于水泥水化，产生了大量的碱性产物，加上水泥中少量的K2O、Na2O，所以pH值可高达12.5～13.5。钢筋处于该环境中，表面能形成200～1000μm厚的水氧化物，组成致密、稳定的钝化膜层，有效保护了混凝土中的钢筋不被锈蚀。当混凝土中的碱性水化物被溶析，或因碳化降低了混凝土的碱度，钢筋就容易受到侵蚀，当混凝土的PH值<11.8时，钢筋表面的钝化层已不稳定，并逐渐破坏。
3.2 混凝土中钢筋的腐蚀条件。混凝土中钢筋的电化学腐蚀必须满足3个基本条件：
3.2.1 钢筋表面存在2个具有不同电位值的电极。
3.2.2 钢筋表面存在有电解质液相薄膜。
3.2.3 钢筋表面存在氧化物质。
3.3 造成混凝土结构破坏的主要因素。
3.3.1 混凝土的中性化（主要是碳化）。混凝土的中性化，是指混凝土中的碱性物质和酸性物质进行反应，造成混凝土PH值降低。混凝土的碳化，是最主要的中性化作用形式是指大气中的CO2与混凝土中的Ca（OH）2起化学反应，生成中性的CaCO3。Ca（OH）2是水泥水化物的产物之一，对于普通的硅酸盐水泥，水化产生的Ca（OH）2可达10%～15%，高碱度使钢筋表层钝化，但是稳定性较差，很容易与大气中的CO2发生中和反应。水泥中性化的结果使混凝土碱性降低，从而使钢筋失去钝化层的保护。
3.3.2 氯离子的腐蚀。氯离子半径小，穿透能力强，能够加速钢筋腐蚀，混凝土破坏主要表现在：
3.3.2.1 氯离子进入混凝土并到达钢筋表面，能破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生局部腐蚀。
3.3.2.2 氯离子的电化学作用，氯离子吸附并破坏局部钝化膜，露出钢筋基体，暴露区与周围钝化膜形成电化学腐蚀。因此，对于高氯离子含量的区域，防止氯离子的腐蚀是非常重要的工作。
3.3.3 硅酸盐的侵蚀。 工业生产中排放大量的SO2气体，从而形成酸雨。我国酸雨覆盖面积已达国土面积的30%，这使混凝土的防酸雨措施也显得非常重要。SO2和进一步氧化的SO3中和混凝土中的Ca（OH）2，使混凝土中性化和酸化，混凝土内的钢筋丧失碱性保护而发生腐蚀。同时，SO2、 SO3溶于水后可直接促进钢筋的电化学腐蚀。环境水中的硫酸根离子进入混凝土内部，与水泥的固相发生化学反应，生成难溶的盐矿物类——钙矾石和二水石膏，然后吸收大量的水而体积膨胀，造成混凝土的破坏。
3.3.4 氧和水的作用。氧参与钢筋腐蚀电化学过程的阴极反应，因而钢筋的腐蚀速度受到水中溶解氧扩散过程的控制。水不仅可加速混凝土的碳化，也为钢筋的腐蚀提供了条件。
3.3.5 其他的作用。影响混凝土耐久性的其他因素还包括冻容交替、干湿交替、微生物、碱——集料反应等。
4. 钢筋混凝土结构常见表面防护方法
对混凝土中钢筋腐蚀的防护主要从两方面着手；一是阻止或延缓侵蚀源的破坏作用；二是通过提高钢筋的防腐性能，或通过电化学方法提高钢筋的抗蚀能力。
4.1 使用优质的混凝土保护层。通常采用抗渗防水混凝土、聚合物混凝土或者掺入钢筋阻锈剂以对钢筋进行防护。在混凝土拌合物中直接掺入钢筋阻锈剂，在钢筋表面形成保护膜来抑制电化学反应。
4.2 钢筋混凝土表面防腐涂层。在混凝土基底的表面上涂覆涂料，待涂料中的溶剂或水分挥发后，各组分之间通过化学反应，在基底表面形成一层具有一定弹性的防水、防潮、防渗的连续薄膜。该涂料可形成重量轻、无接缝的完整防水膜，特别适用于混凝土结构中形状不规则的复杂表面。
4.3 钢筋防腐涂层。对混凝土中的钢筋可采用防腐涂层，但是混凝土中的钢筋防腐涂层要考虑与钢筋的粘接力的因素，国外使用较多的是环氧树脂涂层和聚乙烯缩丁醛涂层。钢筋涂覆层防蚀的价格比较高，且在施工时很难保证钢筋不受机械损伤，在钢筋涂覆膜遗漏处或涂覆不好的地方，将留下巨大的隐患。而且钢筋涂层使对钢筋腐蚀情况的无损检测和腐蚀控制带来了一些困难，使阴极保护技术受到限制。
4.4 电化学防腐蚀技术。由于混凝土中钢筋腐蚀都是电化学腐蚀，因此可通过电化学的方式来延缓或抑制钢筋的腐蚀。目前电化学保护技术中应用较多的阴极保护技术，即钢筋整体成为阴极而被保护。