【技术】公路桥隧腐蚀的养护与防治

2018-05-31 16:35:00 作者：薛明来源：养护与管理分享至：

—「引言」—

本文结合多项科学研究成果，从自然界对公路桥隧及构筑物的腐蚀现象，简单介绍了公路桥涵与构筑物腐蚀的分类，工程设计中防腐的思路及养护维修中可供选择的技术方案。

—「正文」—

一公路桥隧及构筑物的腐蚀

建造在大地表面或浅表面的公路桥隧及其构筑物直接与大地表面的土壤或水分接触，含在大地表面水土中的各种化学物质就会对公路桥隧及其构筑物产生影响，其中影响最大的当属在大地表面广泛分布的盐碱。

目前建造公路桥梁与隧道的主要建材为水泥混凝土与钢材。水泥混凝土从问世以来，便广泛应用于各种恶劣的环境中。使用实践以及大量的调查结果表明，处于含盐环境（诸如海水、盐渍土、工业废水等）中的混凝土结构总是比普通环境中使用的混凝土更容易受到破坏，其使用年限远比设计值要低。由于大地表面水土中所含的盐碱等化合物会与公路桥隧建设中主要用材——水泥混凝土、钢筋产生化学反应，在这些地区修筑的公路、铁路的混凝土构造物经常发生一些特殊病害。

经调查发现：这些地区公路铁路工程的桥隧及构筑物一般未经特殊防腐防护的混凝土构筑物或砖瓦砌体在使用1～2年后，离地20～50公分以下范围内均遭严重破坏。混凝土表面粗化、砂浆脱落、石子外露、钢筋锈蚀；使混凝土失去强度（示如图）。公路与铁路部门每年需耗费大量的人力、物力进行治理。

在大地表面含盐水体主要是海洋与内陆盐湖，含盐土体主要是沿海、近海的冲积平原，以及内陆的盐渍土地区。另外，近些年来在我国北方的大部分地区大多存在冬季下雪天为保障交通而撒盐融雪而造成的水泥混凝土与钢筋的腐蚀。在这些地区所修筑的公路桥隧及构筑物在设计中即应该采取相应的措施防止水泥混凝土与钢筋的锈蚀，或在养护、维修中采用相应的防腐措施。

二公路桥隧及构筑物的腐蚀分类

公路桥隧及构筑物腐蚀的主要对象是构成桥隧及构筑物主体的水泥混凝土与钢筋。

对公路桥隧及构筑物腐蚀按盐的种类区分，主要分为氯盐对构筑物的腐蚀和硫酸盐对构筑物的腐蚀。氯盐的主要腐蚀对象是钢筋，硫酸盐主要的腐蚀对象是水泥制品及砖等烧制粘土制品。当两种盐共同存在时，作用机理复杂。室内实验研究表明，如果在硫酸盐为主的环境中还有大量的氯离子和镁离子，会大大加重、加速水泥制品的腐蚀破坏。

按腐蚀机理区分，盐类对桥涵及构造物的腐蚀被分成两大类：一类是化学腐蚀，另一类为物理腐蚀。

化学腐蚀是指对混凝土机体材料本身的腐蚀，在这种情况下，盐类与混凝土的组分之间会发生化学反应。遭受化学腐蚀的波特兰水泥基材料通常会出现两种破坏状态，一种是由于凝胶解体产生强度损失，另一种是由于体积膨胀而导致的开裂。水泥混凝土的化学腐蚀主要有钙钒石膨胀破坏、石膏膨胀破坏、碳硫硅钙石腐蚀破坏、氯盐化学腐蚀破坏。钢材的化学腐蚀主要有破坏钝化膜、形成“腐蚀电池”、 Cl-的去极化作用、Cl-的导电作用。

物理腐蚀主要有两大类：

一类是由于盐类在在混凝土的孔隙中结晶膨胀，使得混凝土的表面发生剥落，甚至开裂，从而使得混凝土发生盐结晶膨胀而发生物理破坏；

另一类是由于盐类的侵入会改变构筑物的酸碱环境，或者在腐蚀过程中充当介质的作用，而加速对构筑物的腐蚀。造成物理破坏的原因，除当地的特殊气候条件外，卤水的矿化程度及其所含盐类也是重要的影响因素。

三公路桥隧及构筑物腐蚀的防治

公路工程是一项建筑在大地表面的，与大地密切接触的人工构筑物，因此本身含在大地表面的对公路构筑物产生破坏的因子是一种不以人的意志为转移的客观存在。因此在我们进行某些地区的公路桥隧设计中，完全杜绝腐蚀因子对桥隧及构筑物的破坏是不可能的，由此我们提出了“隔、阻、缓”的设计理念：

“隔”即隔断盐分与混凝土以及钢筋直接接触的途径。为了有效的隔断环境中的盐分与混凝土以及钢筋的接触途径，对于混凝土主要措施是在构筑物外部紧贴构筑物表面设置隔断层，隔断环境盐分与构筑物的接触；在构筑物混凝土表面涂抹防腐涂料、做表面憎水处理，隔断环境盐分对构筑物的侵入通道；对于钢筋则是在其表面添加涂层或加入钢筋阻锈剂。

“阻”即阻止盐分向混凝土内部渗透。提高混凝土自身的耐腐蚀性、提高混凝土密实度、提高混凝土抗裂性能、减少混凝土表面的裂缝数量、加大防护层厚度等措施均可有效地阻止易溶盐的侵入，从而有效地阻止盐分对混凝土以及内部钢筋的腐蚀。

“缓”即减缓混凝土和钢筋腐蚀速率，降低钢筋混凝土被破坏的速度，以保证桥隧及构筑物在设计年限内的服务水平。采用防腐材料——防腐水泥混凝土、防腐砂浆、防腐钢材等均是设计中应该考虑的技术措施。

四公路桥隧及构筑物腐蚀的养护与维修

盐渍土地区未设防护隔离措施的混凝土构筑物，或虽然设置了防护措施，但措施不当、施工马虎、受到外力破坏等混凝土构筑物，极易受到腐蚀破坏；腐蚀会使水泥混凝土疏松、开裂、失去强度；会使混凝土中的钢筋锈蚀、膨胀，严重的会使钢筋断裂。因此盐渍土地区公路构筑物在防腐蚀方面的养护维修工作位置分散，起因复杂，技术性强，工作量大。

针对公路构筑物表面防护技术的目标是在构筑物表面设置一个致密薄层作为防腐隔离层，理想的防腐隔离层的技术目标为：致密，以隔断腐蚀介质进入构筑物的通道；通气，让存在于构筑物内部的水气散发；耐久，以在自然界中对构筑物提供设计要求的服务年限；附着能力强，不易因脱落而失效。其他还有经济、工艺等方面的要求。目前工程中常用的有特制的防腐涂料与防腐砂浆。

混凝土受腐蚀程度分级及可参考的修复方式见表-1：

表- 1构筑物受蚀程度评定及修复方案选择表