分析公路桥梁钢筋锈蚀原因及防治方法3500.doc

分析公路桥梁钢筋锈蚀原因及防治方法

摘要：本文首先从地理位置、气候条件、地质情况三个方面介绍了公路桥梁之“龙虎一号”的概况，对“龙虎一号”桥梁腐蚀状况检测分析进行了分析，进而探究公路桥梁钢筋锈蚀原因，最后提出了路桥梁钢筋锈蚀防治方法：加强混凝土保护层的密实度及其厚度、降低水灰比、混合土合理比例配合法。
关键词：地理位置；钢筋锈蚀；碳化深度

前言：随着我国社会主义市场经济的不断发展，城市化的时代已经到来，为了适应交通需求的日益增长，全国各个城市开始兴建大量的公路桥梁工程，公路桥梁工程的质量直接影响到城市建设的平稳以及人民的生命安全，混凝土中钢筋的锈蚀是影响公路桥梁质量的主要原因。
一、公路桥梁之“龙虎一号”
（一）地理位置
青兰高速公路东起山东青岛，西至甘肃兰州，是国家高速公路网的重要组成部分。青兰公路邯郸至涉县段是“鲁冀界(聊城)一邯郸一涉县一冀晋界(长治)”的一部分，路线全长72．93km。设特大桥2座——龙虎一号桥、龙虎二号，大桥31座。
（二） 气候条件
邯郸市属暖温带，半湿润、半干旱、大陆性季风气候，四季分明。春季风多干旱，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，冬季寒冷干燥，年平均气温13.5℃，最冷月份（一月）平均气温-2.3℃，极端最低气温-19℃，最热月份（七月）平均气温26.9℃，极端最高气温42.5℃，全年无霜期200天，年日照2600小时。
（三） 地质情况
1.工程地质条件
龙虎一号桥主要分布在龙虎乡古脑与石泊村带，地面高程401-498m。龙虎一号桥表层为层厚4.5-8米湿陷性黄土状亚黏土，下层为洪积碎石。黄土台地主要分布在龙虎乡一带，地面高程431-462m，坡度一般为10-20度，相对高差约20m，陡坎、冲沟较发肩。坡洪倾斜区主要分布在冶陶段，为山前坡洪积沉积，地势变化不大，顺坡倾斜，呈带状分布。龙虎河特大桥全长1200m，上部结构采用30—40m预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用柱式墩、钻孔灌注桩基础，桥面净宽2×14．75m[1]。
2.水文地质条件
松散岩类孔隙水主要分布于第四系地层；碎屑岩类裂隙水主要分布于二叠系砂岩、页岩分布区；碳酸盐岩类裂隙岩溶水主要分布于寒武系和奥陶系灰岩、白云质灰岩分布区；岩浆岩类裂隙水主要分布于闪长岩、闪长玢岩节理裂隙较发育部位。
二、“龙虎一号”桥梁腐蚀状况检测分析
（一）保护层厚度检测
墩柱：主筋保护层厚度为10～16cm，箍筋保护层厚度为10～15cm。
系梁：主筋保护层厚度为8～15cm，箍筋保护层厚度为5～10cm。
（二） 钢筋混凝土强度与碳化深度检测
系梁：检测的3根系梁混凝土强度平均推算值为48.4MPa；碳化深度为4～
7mm。
墩柱：检测的3根墩柱混凝土强度平均推算值为42.2MPa；碳化深度为3～5mm。
（三） 钢筋锈蚀情况检测
“龙虎一号”大桥的腐蚀环境，按《岩土工程勘察规范》(GB50021—94)的腐蚀性评价标准评价属于中腐蚀。
三、公路桥梁钢筋锈蚀原因分析
（一）钢筋锈蚀机理
钢筋处于混凝土之中，混凝土具备了一定的条件，锈蚀过程就会开始发生，电化学锈蚀发生需要具备四个条件，一是钢筋表面不同的点位区段形成了阴阳两级，从而使得钢筋表面出现了电位差；二是阳极部位的钢筋表面的铁离子，可以转化成阳离子Fe2+，加快氧化；三是阴极部位有足够的O2和H2O；四是在钢筋的阴阳两级，电解质的电阻较小。因为混凝土是多孔、不均与、多相的，所以水、二氧化碳、氯离子等可以存在于混凝土之中，加之混凝土不可能做到完全脱干、脱水，所以在一般情况下的桥梁都会发生锈蚀[2]。
（二） 钢筋锈蚀过程
在锈蚀前期，氯离子使得钢筋发生钝化；中期，钢筋开始锈蚀，直接导致混凝土的保护层出现了破坏；中后期，混凝土的表面因为受钢筋锈蚀的破坏，而严重膨胀或层裂；后期，钢筋锈蚀已经扩大到具有一定的危害性，钢筋锈蚀在到达一定程度之后，可以使得混凝土的结构区域受到破坏，区域结构的破坏导致了危险情况的发生，按照时间来区分的话，四个阶段如果分别记为t1、t2、t3、t4，没有特殊情况出现时，时间规律满足于t1<t2<t3<t4[3]。
（三）影响公路桥梁钢筋锈蚀的主要因素
1.混凝土密实度和保护层的厚度因素
在相同的环境条件下，混凝土的密度越大，保护层越厚，碳化所需要的时间就会越长，同时，被锈蚀的机理越不容易满足，因为外界的空气、二氧化碳、水等都会较难进入，延长了钢筋锈蚀速度，
2.混凝土裂缝因素
混凝土的裂缝对于钢筋的锈蚀影响主要表现在两个方面，一是混凝土的裂缝可以使锈蚀性介质较为容易进入到混凝土中的钢筋中，加快了钢筋的锈蚀速度，同时，碳化程度也会随着裂缝的增加而增加。混凝土的裂缝于钢筋之间的影响并不是单向的，而是双向的过程，混凝土的裂缝可以加快钢筋的锈蚀速度，钢筋的锈蚀程度也直接影响着混凝土的裂缝程度[4]。
3.湿度因素
湿度直接影响到的是混凝土中的电解质的运作规律，混凝土中的湿度越大，混凝土中的导电性能就越好，钢筋的电化学腐蚀就会随之增强，致使钢筋发生腐蚀的重要物质因素是氧气，湿度在带来水分的同时，也带来了一定的氧气，水分中溶解的氧气越多，钢筋的腐蚀速度也就越快。
四、公路桥梁钢筋锈蚀防治方法分析
（一）加强混凝土保护层的密实度及其厚度
尽量加大混凝土保护层的厚度以及密度，达到设计标准，可以有效的防治钢筋生锈，保护层的厚度应该大于受力钢筋的直径，达到标准的规定，如图4.1所示。保护层混凝土在加强厚度的同时，还需要注意的是要加强振捣，这样可以确保混凝土保护层的密实程度，此外还要避免钢筋骨架出现露筋问题[5]。
表4.1 混凝土保护层的厚度标准
项目
保护层厚度
主筋侧面
>=25
主筋底面
30-50
箍筋
>=15
预应力筋
>=25
侧面顶面
>=35
底面
>=50
钢筋网上下层筋
>=15
主筋
>=20
受力筋侧面
>=25
（二）降低水灰比
常态混凝土的拌合水量需要远远大于水化所需要的结合水量，多余的水分可以在混凝土中形成连通的毛孔，成为锈蚀媒介的主要通道，因此，水灰比对于混凝土中钢筋锈蚀程度的影响程度很大，水灰比越大，混凝土中的孔径的相对大小也就会越大，从而相关锈蚀媒介通过的可能性也就增大，这样对钢筋的保护能力也就下降，水灰比是锈蚀防护措施的重要指标之一，它既可以反映出混凝土的孔结构以及混凝土的强度，有效的水灰比=单位用水/单位水泥用量+粉灰煤*有效系数。用水量是占水泥重要的1/4，但是在实际施工的过程中经常发生的情况是超过了1/4，这样就会导致混凝土硬化，当多余的水分挥发掉时，就会形成较多毛细孔，渗透系数增加，因此在搅拌混凝土时应该减少用水量，降低水灰比，增加混凝土的抗渗性[5]。
（三）混凝土合理比例配合法
通过上面的分析可以得知混凝土的种类以及比例可以直接影响到钢筋的锈蚀程度，为了提高混凝土中钢筋的锈蚀程度，可以借鉴相关研究成果的比例进行配制，掺入优质的掺合料，优质的掺合料具有较好的填充效应，可以发挥颗粒形态效益、火山灰活化效益以及微集料填充效应，有效的对混凝土中的中毛细孔进行填充，改善混凝土界面的结构组织，减少裂缝的发生概率，阻止锈蚀介质的侵入，达到保护钢筋的作用。
可以采取的主要措施：采取优质粉煤灰代替部分水泥，根据龙虎一号大桥的地理位置，充分利用到当地的资源，当地具有非常丰富的粉煤灰，粉煤灰对于混凝土的耐久性具有很好的改善作用，所以在进行混凝土的配比时可以选取粉煤灰为主要的材料，不仅可以提高混凝土的外观与质量，还可以改善其工作性能，在中粗砂的选择上可以选取邢台地区的河沙。除此之外，可以掺入北京冶金研究院研制的阻锈剂，掺量为0.04%。
总结：公路桥梁钢筋腐蚀严重威胁到桥梁结构的耐久性，钢筋腐蚀所影响到的不仅是公路桥梁本身的质量问题，也关系到城市发展的稳定与和谐，影响到公路桥梁钢筋锈蚀的原因并非单一的，本文以青兰高速公路邯郸至涉县段工程中的龙虎河一号为例，探究公路桥梁中钢筋的原因及防治方法。
参考文献：
[1]王喜刚.高速公路地质灾害危险性评估及其防治对策研究——以青兰高速公路邯郸至涉县段为例[J].中国国土资源经济，2011，19(9)：39-45.
[2]孙晓燕，潘宏，王海龙，王建秀.大气环境下服役公路梁桥结构时变可靠度分析[J].浙江大学学报(工学版)，2012，04（09）：643-649.
[3]寇明国.桥梁可靠性评估研究[D].合肥工业大学，2012.
[4]吴海军.桥梁结构耐久性设计方法研究[D].同济大学，2011.
[5]程坤.钢筋混凝土箱梁复合受力特性的试验与理论研究[D].浙江大学，2014.
[6]傅智.桥梁护筋混凝土的研究[J].公路，2012，03（07）：96-101.