1、1铁路混凝土桥梁耐久性病害类型分析及治理摘要：钢筋混凝土梁在使用期间，要经受外界因素的和内部因素的各种物理、化学侵蚀及影响，引发混凝土桥梁各类耐久性病害，危害国民社会经济及人们生命财产安全。为此，延长铁路混凝土桥梁使用自然寿命，一直是人们在努力探索的方向。本文针对造成桥梁耐久性病害及损伤的原因进行分析，并提出解决病害的几点措施，以期对正在进行的桥梁耐久性病害整治和加固维修课题研究添砖加瓦。 关键词：铁路；混凝土桥梁；病害类型；解决措施 中图分类号：TU375 文献标识码：A 前言：近年来，随着我国铁路事业迅猛发展，高速铁路不断修建通车，铁路混凝土桥梁的各类病害也随之浮现到人们眼前。如何在保证混
2、凝土桥梁质量的基础上延长其使用寿命；如何有效的避免，预防桥梁在使用过程中产生的严重病害；如何解决、治理的这些病害的课题变得迫在眉睫。 一、混凝土桥梁的病害类型及原因分析 勘察设计阶段、施工阶段、使用阶段都有可能因各类失误或错误造成桥梁病害的产生，如后张法预应力梁，后张法施工过程中，预应力筋2张拉不是对称进行，造成的构件的旁弯或裂缝；勘测数据不全面，导致基础产生不均匀沉降，墩台产生裂缝，桥台偏移等问题。本文仅对使用过程中常见耐久性引发的病害进行分析。 1.1、外部环境的影响 1.1.1 混凝土的冻融 混凝土是多孔的复合材料，外部的水分可以通过毛细孔作用进入这些孔隙。当温度降至冰点以下时，孔隙中的
3、水冻结膨胀，体积大约可增加 9 倍。持续冻融的结果使混凝土开裂，甚至崩裂。混凝土的组成、配合比、养护条件和密实度决定了其在饱水状态下抵抗冻融破坏的能力。 1.1.2 温度裂缝 混凝土构件尺寸越大，发生温度应力裂缝的可能性也越大。减少混凝土的水泥用量和降低混凝土的初始温度及使用低热水泥、减少混凝土温差等措施，很大程度可避免或减少混凝土的开裂，大大提高了混凝土的耐久性能。 1.1.3 空气中的氯离子 氯离子渗入到钢筋表面，会破坏钢筋表面的氧化铁薄膜(钢筋钝化膜)而引起锈蚀，锈蚀反应具有膨胀性，可导致混凝土开裂剥落。氯离子渗入引起钢筋锈蚀的破坏速度快，发生非常普遍，往往成为桥梁寿命的决定因素。 1.
4、2、内部环境影响 1.2.1 碱骨料反应 水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生化学反应,生成碱一硅酸凝胶3并吸水产生膨胀压力,致使混凝土开裂的现象称为碱骨料反应。只有水泥中含有的碱量(折合成 Na2O)大于 0.6%,而同时骨料中含有活性氧化硅的时候,才可能发生碱骨料反应。碱骨料反应通常进行的很慢,因此由碱骨料反应引起的破坏往往要经过若干年后才会出现。 1.2.2 钢筋锈蚀 引发钢筋锈蚀主要有两方面原因: (1)混凝土保护层碳化 在水泥水化过程中生成大量的 Ca(OH)2,使混凝土孔隙中充满饱和的Ca(OH)2 溶液,其 pH 值大于 12。钢筋在碱性介质中,表面能生成一层稳定致密的氧化物钝化膜
5、,使钢筋难以锈蚀。但是,碳化会降低混凝土的碱度,当 pH 值小于 10 时,钢筋表面的钝化膜就开始破坏而失去保护作用,并促进锈蚀过程。混凝土的碳化是伴随着 CO2 向混凝土内部扩散,溶解于混凝土孔隙内的水,再与 Ca(OH)2 等产物发生反应的复杂的物理化学过程。影响混凝土碳化速度的因素有混凝土的密实度,水化物中 Ca(OH)2 的含量等内部因素。 (2)Cl-破坏钢筋表面钝化膜 当混凝土中存在 Cl-且 Cl-/OH-的摩尔比大于 0.6 时,即使 pH12,钢筋表面钝化膜也可以被破坏而遭受锈蚀,这可能是由于钢筋表面的氧化物保护膜在这些条件下或者可渗透或者不稳定所致。提高混凝土的密实度,加大
6、保护层的厚度,能有效阻止外部 Cl-渗达钢筋表面,避免钢筋锈蚀。但是,混凝土一旦开裂,或者混凝土中本身含有较多 Cl-,此种方法就无济于事。 41.2.3 混凝土养护因素 混凝土的养护是影响混凝土耐久性的又一重要因素。混凝土是一种疏松多孔的混合物，新拌混凝土中存在着大量非均匀分布的毛细孔，其中充满水，使水泥进一步进行水化作用，使大孔变成小孔增加混凝土的密实度。因毛细孔是相通的，如外界环境湿度低，毛细孔水会向外蒸发，减少了供给水化的水量。如果环境湿度大或继续放在水中，则可通过毛细管向外补给水化用水，混凝土性能就能不断提高。在干旱多风天气，毛细孔水迅速蒸发，水泥不仅因缺水而停止水化作用，还会因毛细
7、管引力作用在混凝土中引起收缩。此时混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力很快使混凝土开裂，破坏混凝土结构，造成质量事故。因此混凝土浇捣完毕后必须及时养护。在混凝土的实际生产中，由于缺乏对混凝土养护机理的了解，对养护工序常常重视不够，出现养护不及时、养护湿度不够、养护时问短等情况。尤其对于要求具有较高耐久性的混凝土，如不能加以正确、及时的养护，将严重影响整个建筑物的质量，带来不可估量的损失。 二、桥梁的加固和处理病害的技术 混凝土桥梁损伤的形态可分为：裂缝、钢筋外露、剥离、剥落、蜂窝、漏水、锈蚀、承载力不足及其它附属配件的劣化等。其中损伤最终表现形式为混凝土裂缝。混凝土裂缝按照产生原因不同分为干缩裂
8、缝、塑性裂缝、沉降裂缝、温度裂缝等。按混凝土裂缝的表现形式，分为网状裂缝,受拉区裂缝，腹板竖向裂缝，斜向裂缝等。针对桥梁出现的耐久性病害，主要有以下几种加固方式。 1.桥梁裂缝加固 桥梁裂缝的处理和加固相结合同时进行。为了减小5裂缝的产生并防止进一步的发展，采用纵向加固和横向加固两项加固方法。纵向加固的目的是为了恢复或提高梁体的承载能力，横向加固是提高桥梁的横向刚度。其中常用的桥梁横向加固方法有，提高桥梁的横向刚度、增设预应力横隔板。桥梁纵向加固方法，桥梁上面部分的加固时可采用粘贴钢板法、体外预应力法、桥面补强层加固法、增大截面和配筋法、改变结构受力体系加固法等；桥梁下部的加固可采用增补桩基加
9、固法、桥台新建挡土墙加固法、扩大基础加固法、混凝土套箍法、墩台拓宽法等； 2.桥梁裂缝病害的处理 修补材料的质量与相应的施工工艺水平对桥梁裂缝病害的处理效果有很大的影响，早期的桥梁裂缝修补方法是对不同部位的裂缝，采用不同的材料和施工方法，对桥柱和桥的纵、横梁的裂缝进行修补时，普通采用钢板加固方法，这种方法和使用的材料的缺点是增加桥梁的负载，施工有很大的难度，优点是有效的增加桥梁牢固可靠性；桥面则采用沥青浇灌方法，这种方法和使用的材料的缺点是沥青容易产生老化现象，修补不久后又产生新的裂缝，只能堵漏，不会补强，优点是施工方便快捷。 3.选用适当的补强混凝土或砂浆 适当增加混凝土保护层的厚度，在混凝
10、土耐久性规范中，规定了最小保护层厚度，较原来的钢筋混凝土规范有了很大的提高，这是一条防止混凝土被侵蚀的重要手段，可以将延长有害物质到达钢筋的时间，延缓了钢筋的腐蚀，使钢筋混凝土的有效寿命得到提高；被侵蚀松动的混凝土，胶结结构已经遭到破坏，丧失了原有的强度和承载能力，所以要提高混凝土的密实度；对于贯通的毛细孔，可以采用新型的渗透结晶型6材料通过毛细孔进入混凝土内部，与混凝土本身的某些物质发生反应，生成凝胶，堵塞毛细孔，提高混凝土的密实度，增加抗渗性，从而提高混凝土的抗侵蚀能力和使用寿命。 在混凝土表面增设防护层 在空气湿度相对较大的环境下，经过对多种混凝土表面防护层进行试验表明采用防护层保护的混
11、凝土试件在探测深度范围内氯离子的渗入量比无涂层的低 7 倍以上，氯离子的含量值基本接近混凝土原有的初始浓度。钢筋混凝土结构设计按允许有裂缝设计考虑的，在正常使用状态是存在微小裂缝的，所以表面防护层宜采用渗透结晶型混凝土防水材料，其具有遇湿固化能力，不仅可以在混凝土表面形成一道防水屏障，而且其对混凝土的渗透性强，渗入混凝土中后，其活性物质可与混凝土中的物质进一步反应生成凝胶，堵塞已存在于混凝土中的空隙、裂缝及毛细孔，以增加基层混凝土的密实度，阻止了水和各种侵蚀性介质的渗入。当混凝土出现新的裂缝有水渗入时，在混凝土内部未反应的涂层颗粒还可与混凝土中的物质继续反应生成新的凝胶，对较小的裂缝可实现自身修复。 结语：钢筋混凝土结构由于受到各种环境条件的侵蚀，往往在服役寿命期间被破坏。纵观钢筋混凝土的各类破坏机理，钢筋锈蚀、冻融循环、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀和收缩开裂等是钢筋混凝土劣化的主要原因。为提高其耐久性和使用寿命，做好铁路钢筋混凝土桥梁病害的防治工作，保证其使用的安全性，应建立定期的检测、维修机制是十分必要7的。 参考文献： 1肖敏,雷昌龙.既有混凝土桥梁的病害防治J.桥梁建设,2000(2) 2麦润添,王路少.大体积混凝土施工裂缝成因分析及防止措施J.山西建筑,2007(3) 3周新刚.混凝土结构的耐久性与损伤防治.北京：中国建材工业出版社，1999.843
