赵 文 娟
(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中 030600)
桥梁结构中混凝土碳化引起钢筋锈蚀的检测及防治
赵 文 娟
(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西 晋中030600)
介绍了钢筋锈蚀机理，论述了目前常用的钢筋锈蚀的非破损检测方法，并从设计、施工、选材等方面，提出了钢筋锈蚀的预防和修复措施，有助于延长混凝土结构的使用寿命。
钢筋，锈蚀程度，混凝土，非破损检测
0 引言
随着我国交通运输事业的发展，运输量及行车载重大幅增长，钢筋混凝土结构具有载重大的显著特性，成为桥梁建设中应用最为广泛的建筑材料和最常用的结构形式。随着使用年限的增加，混凝土碳化引起的钢筋锈蚀导致桥体出现各种不同程度病害，严重的甚至影响建筑物的安全运行,危及人民群众的生命财产安全。
钢筋锈蚀对桥梁耐久性的不利影响是一个突出的灾害性问题。在工程建设中，关注和重视钢筋混凝土结构的腐蚀机理和原因，采取针对性的防护措施，有效延长桥梁结构的耐久性，确保工程建设的经济效益和社会效益。
1 钢筋锈蚀机理
混凝土碳化是大气环境下混凝土腐蚀的一种最常见形式。在混凝土结构中，氢氧化钙与空气中的二氧化碳和水发生碳化反应，使得混凝土孔隙水溶液的pH值降低，水泥石水化物形成的碱性氧化物变成碳酸盐(见图1)。同时，pH值降低导致钢筋发生钝化的碱性条件破坏，使得钢筋处于活化状态，在水和氧的作用下发生锈蚀(见图2)。
图1 混凝土碳化 图2 钢筋锈蚀
在桥梁混凝土结构中，锈蚀后的钢筋体积不断膨胀，导致混凝土出现顺筋胀裂现象，显著降低钢筋与混凝土的粘结力，使得结构的变形增大，刚度和承载力降低并不可恢复，严重的甚至出现钢筋断裂。同时，钢筋锈蚀在混凝土中产生相当大的拉应力，降低了结构的延性,改变了破坏形态，极大的影响了结构的正常运行。当桥梁载荷超过结构的剩余承载力时，桥梁结构发生破坏的概率显著增加。
在总体安全、经济的前提下，对出现的钢筋锈蚀病害进行迅速准确的判断，检测其受损程度及做好加固改造处理，最大限度延长混凝土结构的功能与使用寿命是关系到安全、正常使用和经济的重大问题。
2 钢筋锈蚀的非破损检测
在钢筋锈蚀的非破损检测中，目前应用较多的主要是视觉和声学法、分析法、物理检测法、电化学检测法等。
1)视觉和声学法。主要是通过对露出的钢筋表面进行观察是否存在大量锈斑或敲击混凝土表面听取是否空鼓做出锈蚀判断，或使用超声检测仪对顺筋裂缝进行检测,合理判读结果后做出判断。
2)分析法。该法的原理是考虑桥梁所处环境因素的影响，综合钢筋直径、保护层厚度、混凝土强度、裂缝宽度等因素，通过建立钢筋锈蚀预测模型来进行合理判断钢筋锈蚀程度。截至目前，该法缺少充分的理论根据和大量的工程验证，还需进行进一步研究。
3)物理检测法。该法的原理是通过测定与钢筋有关的电阻、电磁、热传导、声传播等物理特性，依据测定的物理特性的变化来合理判断钢筋的锈蚀程度。目前应用较多的有电阻棒法、涡流探测法、射线法、红外热像法等。
4)化学检测法。该法的原理在于混凝土中的钢筋锈蚀是一个电化学过程，通过对钢筋的电化学特性的测定，依据测定的电化学特征变化来做出钢筋锈蚀程度或速度的判断。该法具有测试速度快、灵敏度高、可连续跟踪和原位测量等优点，有自然电位法、交流阻抗法、线性极化法、恒电量法等。目前最常用的是自然电位法(如图3所示)和线性极化测量技术(见图4)。
图3 锈蚀检测仪 图4 锈蚀检测仪(北京环宇天骄公司产) (加拿大Giatec iCOR)
3 钢筋锈蚀的预防
钢筋腐蚀的最直接原因是表面保护膜的破坏，完好的混凝土对其内部钢筋的防蚀提供了第一道屏障。最大限度确保混凝土密实度、保持高碱度和防止有害离子侵入是预防混凝土中钢筋锈蚀的有效途径，应分别从设计、施工、选材等方面综合进行考虑。
1)在设计上，应将钢筋锈蚀导致的结构功能受损考虑进去,通过增加保护层厚度，选择采用高性能混凝土，或关键部位加粗加厚等措施提高钢筋的耐蚀性。
最常用的是设置合理的保护层厚度来避免钢筋锈蚀的发生，一般分为混凝土表面涂层(如图5所示)和钢筋表面涂层(如图6所示)两种。
图5 混凝土表面涂层 图6 钢筋表面涂层
在混凝土表面采取加覆盖层、隔盖层、水泥基、聚合物、树脂类涂层等措施，是一种简单、经济和有效的辅助保护措施。
钢筋表面涂层主要是镀锌钢筋、包铜钢筋、合金钢钢筋、不锈钢钢筋及环氧树脂涂层钢筋等。其中，环氧树脂涂层钢筋应用最为广泛，能有效防止高强钢筋的应力腐蚀和脆性断裂，造价是普通钢筋的2倍。
2)在施工中，混凝土通过严控水灰比，保证施工质量,确保成型后具有足够的密实度和高碱度。在混凝土配合比中，应严控水灰比。当水泥用量不变时，水灰比越大，混凝土的密实度越差，则渗透性越大，碳化速度就越快。同时，严控水灰比可保持混凝土的高碱度，这对保证钢筋钝化效果是非常必要的。
在施工中，通过机械振捣和机械搅拌来保证混凝土密实度达标，严格落实振捣和养护规程，减小成型后的混凝土微孔尺寸，以提高混凝土抗碳酸化能力。
还可使用较大直径的钢筋、提高桥梁的施工工艺等都有利于钢筋的防腐。
3)在选材上，选择使用高强度混凝土或是大掺量矿物掺合料配制的混凝土也有利于提高钢筋的耐蚀性。
在混凝土配比中，掺入适量的粉煤灰等外加剂，利于改善其内部孔隙结构，这对阻止氧气和水分的渗入是十分有利的。同时，还可提高混凝土对杂散电流引起钢筋腐蚀的抵抗性能。
在施工中，在混凝土中掺入一定量的阻锈剂是预防钢筋腐蚀的一种经济有效措施，亚硝酸盐应用最为广泛，其原理在于影响钢筋和电解质之间的电化学反应来阻止钢筋腐蚀。
在日本，使用控渗模板(CPF)是一种效果良好的预防钢筋锈蚀的措施。CPF预防钢筋锈蚀的原理在于空气和混凝土表面的泌水可自由通过模板，通过降低模板周围的水灰比来提高混凝土的抗渗性能,见图7。
4 钢筋锈蚀的修复
图7 控渗模板原理 图8 桥面裂缝环氧树脂修补
在钢筋混凝土结构中，钢筋锈蚀是影响桥梁耐久性的一个主要原因。由于环境、施工及材料本身等因素的影响，混凝土表面产生裂缝不可避免，故钢筋锈蚀也不可避免。在桥梁使用中，采取合理的修复措施是延长桥梁的使用寿命的关键。
当钢筋锈蚀尚不严重时，混凝土表面仅细小裂缝，或破损范围较小时，一般采用砂浆或沥青、过氧乙烯漆、环氧树脂等对裂缝或破损处进行封闭或修补，见图8。对稍严重的，一般采用钢筋阻锈剂堵塞的办法，将自动接触型阻锈剂直接掺入拌合料中，也可在混凝土表面直接渗入钢筋表面，形成新的保护层。
当钢筋锈蚀较严重，需要剥离的混凝土保护层较多时，将松散的混凝土彻底凿除后，钢筋上的铁锈须清除干净，使用丙嗣对油污处进行清洗，在清理干净后的钢筋上涂抹阻锈剂，再将阻锈剂渗入混凝土后进行修补作业。对钢筋腐蚀较严重的区域，还需焊接相应面积的钢筋进行补强处置。在修补过程中，如有必要须采取临时支护措施。
对钢筋腐蚀很严重的，需要破碎的混凝土范围较大时，将松碎的混凝土彻底清除和钢筋进行除锈处理后，应采用压力灌浆法进行修补作业。在修补过程中，如有必要须采用加钢筋网、加贴碳纤维或粘贴钢板等方法进行补强处置。
上述修补作业结束后，还可通过在混凝土表面涂覆一定厚度的防水涂料、钝化型砂浆、聚合物砂浆等措施来减少阻锈剂的流失，还能起到阻断湿气等侵入的效果。
最后，做好桥梁结构的日常维护工作，对早期劣化及时进行维修，确保保护层和工程内外墙粉刷完好，避免有害物质对混凝土的污染和侵蚀。
钢筋锈蚀对钢筋混凝土的不利影响很大，明确钢筋锈蚀原理和原因，采取针对性措施以减小钢筋锈蚀对延长混凝土结构的使用寿命具有重要意义。
[1]王焕祥.混凝土结构中的钢筋锈蚀及防腐蚀措施[J].工业B，2016(1)：43-45.
[2]李学安.混凝土中钢筋锈蚀的原因及危害和预防措施[J].南水北调与水利科技，2009(2)：32-36.
[3]刘国栋.混凝土结构中钢筋锈蚀机理分析及其预防措施[J].建筑施工，2010(1)：26-28.
On test of reinforcement erosion caused by concrete carbonization of bridge structures and its prevention
Zhao Wenjuan
(ShanxiJinzhongRoadandBridgeConstructionGroupCo.,Ltd,Jinzhong030600,China)
The paper introduces the reinforcement erosion mechanism, indicates the non-damage testing methods of the common reinforcement erosion, and points out the prevention and maintenance measures for the erosion from the design, construction and material selection, so as to prolong the lifespan of the concrete structures.
reinforcement, erosion degree, concrete, non-damage test
1009-6825(2016)21-0171-02
2016-05-20
赵文娟(1980- )，女，工程师
TU317
A
