混凝土桥梁盐冻腐蚀及耐久性提升技术

宋承哲

(1.辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166； 2.辽宁大通公路工程有限公司 沈阳市 110111)

我们对辽宁省在役混凝土桥梁的检测报告进行分析发现，许多混凝土桥梁经历5～10年，混凝土即产生了冻融破损、盐冻剥蚀等病害，腐蚀处钢筋锈蚀也较严重,冻融和除冰盐的过量使用是导致桥梁混凝土劣化的主要原因。常规的修补方式是对腐蚀区域的混凝土进行凿除，用聚合物修补砂浆进行修补，很难达到良好的修补效果。以试验桥泄水管下方边梁为修补对象，分析产生病害的原因和机理，提出至上而下的综合处治方案，达到提高混凝土桥梁耐久性的目的。

1 试验桥梁技术状况检查

1.1 表观病害

经现场查看，如图1所示，试验桥存在泄水管周围渗水，导致泄水管出水口下方及附近箱梁翼缘、腹板混凝土腐蚀剥落，泛碱现象，翼缘处严重区域可见钢筋锈蚀外露。表面材质恶化状况影响了构件结构安全，减少了构件使用寿命。

图1 试验桥表观病害

1.2 钢筋混凝土构件恶化状况评定

由于混凝土表面破损严重并伴有锈迹，即检测了腹板处的钢筋锈蚀电位。检测结果为-488mV，表明钢筋有锈蚀活动性，严重锈蚀可能性极大。由于钢筋锈蚀电位评定标度为4，应检测该区域的氯离子含量和混凝土电阻率。经取样检测，氯离子含量为0.68%，评定标度为3，有可能诱发钢筋锈蚀。混凝土电阻率的检测结果为14300Ω·cm，评定标度为3。结合上述几项检测结果，可推断腹板内钢筋锈蚀的可能性较大。

2 病害成因分析

2.1 病害类型及成因分析

现场查看发现，部分混凝土表层砂浆剥落露出坚硬骨料，部分混凝土伴有锈迹破坏严重，这是盐冻破坏和冻融破坏同时存在的现象[1]。发生盐冻病害的直接原因是除冰盐的使用，同时由于泄水管长度不足、泄水孔与防撞墙未能紧密结合，导致了翼缘及腹板大面积腐蚀。从破坏的部位及范围来看，防撞墙根部以及离泄水孔较远的翼缘底部也有一定的破损，极有可能是桥面防水层已失效，混凝土铺装层也发生冻融或盐冻破坏。冻融介质的来源与走向见图2。

图2 冻融介质来源与走向图

2.2 盐冻损伤机理

关于混凝土受冻融破坏的机理，各国学者都进行了很多研究，并提出了众多学说[2]。目前尚没有一种理论能够完美地解释混凝土结构冻融破坏的原理。但其中的静水压理论和渗透压理论，得到大部分研究人员的认同，作为混凝土抗冻耐久性研究的理论基础。

盐冻破坏是混凝土冻融破坏的一种特殊形式，其机理既有与混凝土的一般冻融破坏相似的一面，又有其自身的很多特点。

杨全兵等[3]对盐冻破坏作了大量的研究，他们认为盐的存在提高了混凝土结构的保水程度，随着可冻水的增多冻胀压力也增大；干燥时，盐从盐溶液中析出产生了结晶压，进一步破坏了混凝土。

John J. ValenzaII和Geogre W.Scherer[4]认为混凝土盐冻破坏是由于表面冰层的破坏而引起的。

2.3 盐冻影响因素

(1)分布均匀、封闭的细小孔可提高混凝土的抗冻性能，反之混凝土的抗冻性能相对较差。

(2)水灰比直接影响混凝土的孔隙结构和密实程度。

(3)合理的含气量可提高混凝土抗冻性能，但含气量高会降低混凝土强度。

(4)混凝土的饱水程度。可冻水量的多少决定着冻胀力的大小。

3 病害处治方案

为了达到良好有效的修补效果，结合病害产生的原因以及盐冻腐蚀病害的机理，应做到以下几点：

(1)清除所有已腐蚀混凝土。

(2)对已发生锈蚀的钢筋进行除锈处理，并采取阻锈措施。

(3)维修时使用的修补材料应具备抗冻性能、抗盐冻性能、抗氯离子渗透性能。

(4)修补后应进行防护处理，有效阻止盐溶液再次侵入到混凝土内部。

3.1 桥面系维修方案

切除泄水管周围桥面铺装沥青混凝土及已破损的混凝土铺装层，范围为泄水管中轴线两侧及桥中线方向各500mm，以及适当清除防撞墙内侧泄水管周围填塞砂浆，示意图见图3。用聚氨酯类防水材料进行处理，范围为切除部位的桥面板和防撞墙内侧，防水材料应涂布到泄水管内侧50mm。之后用沥青胶泥材料对防撞墙根部和泄水管周围进行嵌缝处理，范围为缝隙两侧30mm，示意图见图4。桥面铺装切除部位使用快速修补料进行填充，泄水孔周围100mm范围做成斜坡，修补料终凝以后涂刷环氧沥青。

图3 桥面铺装切除方案示意图

图4 桥面系防水方案示意图

3.2 箱梁翼缘及腹板维修方案

对箱梁翼缘及腹板混凝土泛碱、剥落、露筋等病害，首先凿除病害处疏松混凝土，露出新鲜骨料；对生锈钢筋进行除锈处理，并用阻锈剂进行阻锈处理；对已锈断的钢筋，用等直径的钢筋进行焊接补强；最后采用聚合物修补砂浆进行修补，当局部修补厚度超过30mm时加一层钢筋网，分层施工，修补砂浆性能要求见表1，翼缘等垂面修补面建议提高粘结强度等级至1.2MPa。

表1 聚合物修补砂浆性能指标要求

3.3 箱梁翼缘及腹板防腐方案

对箱梁翼缘及腹板混凝土局部病害处理完毕后，对箱梁翼缘、腹板外露面整体涂刷水泥基渗透结晶材料，并采用防腐涂层(3层)进行防腐处理，示意图见图5，防腐涂层材料指标要求见表2。

图5 防腐方案示意图

表2 防腐涂层材料指标要求

4 施工中发现的问题及建议

(1)桥面混凝土铺装层腐蚀严重，部分区域混凝土腐蚀深度已达到箱梁顶部。这种破损很难及时发现，建议桥梁检测过程中增加钻芯取样检测。

(2)腹板混凝土腐蚀严重，部分区域混凝土已腐蚀至保护层，箍筋发生锈蚀，严重影响结构安全，见图6。凿除工程中发现，腐蚀程度要远高于表面所看到的程度，建议桥梁检测时，增加检测手段，准确评估腐蚀厚度及桥梁技术状况。

图6 腹板钢筋锈蚀

5 结语

盐冻会对混凝土桥梁结构产生严重的破坏，影响结构的使用寿命及结构安全。对于已产生盐冻腐蚀病害的混凝土桥梁的耐久性维修设计，需考虑病害产生的原因和维修部位，选取合适的养护材料和处治方案。严寒地区混凝土桥梁耐久性提升可通过以下几个方面实现：

(1)桥梁检测时，应更加细致、科学、系统地对混凝土桥梁材质技术状况进行检测和评估。由于实际腐蚀情况要严重于表面所看到的腐蚀情况，检测人员应掌握最真实的病害情况，分析病害成因，有利于耐久性维修设计。

(2)维修材料应具有不低于原结构的耐久性能。维修材料具备抗盐冻性能等耐久性能，才能保证维修工程不失效，从而提高混凝土桥梁结构的耐久性。

(3)维修材料的选取应考虑使用环境、结构部位等因素。由于环境作用等级的不同，构件的受力形式不同，即对修补材料的耐久性要求和力学性能要求均不同。为了达到更好的维修效果，应科学、合理、经济地选取适宜的修补材料。

(4)对于盐冻腐蚀严重部位，应进行预防性养护处理。防腐涂层材料能有效地防止冻融介质及氯离子的侵入，能有效提高混凝土结构的抗冻及抗盐冻性能。