橋梁作為現(xiàn)代交通的重要組成部分，在推進經(jīng)濟建設(shè)、促進社會發(fā)展過程中起著重要作用。然而一向被認為耐久性較好的鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，由于設(shè)計、施工、管理方面的原因，使得橋梁在使用若干年后，受環(huán)境作用，各種耐久性病害逐步顯現(xiàn)出來，影響結(jié)構(gòu)的安全和使用，亡羊補牢而付出的維修、加固費用極為高昂。這在工業(yè)發(fā)達、大量基礎(chǔ)設(shè)施修建已基本完成的西方國家尤為明顯。據(jù)統(tǒng)計，在西方發(fā)達國家，占建筑工業(yè)投資40%以上的份額被用于已有結(jié)構(gòu)的維護與加固，而將不足60%的份額用于新結(jié)構(gòu)的建設(shè)，這一現(xiàn)象已引起世界各國科技工作者和政府部門的高度重視。

    在我國，服役橋梁大部分是建國以后興建的，橋齡多在40年以內(nèi)，但病害問題卻日益嚴重，特別是50年代后期和60年代建造的橋梁，絕大多數(shù)由于環(huán)境的影響和長期超負荷的使用，出現(xiàn)了材料老化、破損、裂縫等現(xiàn)象，從而導致耐久性和承載能力降低，造成危、舊橋逐年增加，對行車安全的影響越來越大，使橋梁成為公路交通運輸?shù)?ldquo;瓶頸”，嚴重影響了線路的暢通，并成為交通事故多發(fā)地點。由此可見，對目前國內(nèi)外橋梁的腐蝕環(huán)境、病害成因、病害機理進行深入分析與研究，并預(yù)防病害、提出防護措施將具有重要意義。本文對我國橋梁在不同環(huán)境下的病害成因、機理、病害類別等進行了系統(tǒng)的分析研究，并對目前的防護方法進行了歸納總結(jié)，提出了橋梁防護發(fā)展趨勢。

    一、不同使用環(huán)境下的橋梁的病害成因、腐蝕機理

    我國地域遼闊，從面到北跨越亞熱帶到寒帶區(qū)段，具有海洋性氣候、大陸性氣候，本文根據(jù)不同的氣候條件對橋梁腐蝕進行分類。

    1海洋氣候條件和大氣腐蝕環(huán)境

    中國有超過1萬km的海岸線，在這些地區(qū)建造有大量的鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)橋梁。因此研究海洋性氣候條件下的橋梁病害及其防護具有重要意義。鋼筋混凝土橋梁病害是一個復雜的問題，與混凝土原來的質(zhì)量和工作環(huán)境有很大關(guān)系。水泥膠漿的多孔性，它的化學與物理特性，低張力強度和脆性等是混凝土病害的關(guān)鍵因素?；炷猎系馁|(zhì)量、設(shè)計的不完善和澆筑及養(yǎng)護過程中出現(xiàn)的問題也是病害產(chǎn)生的重要原因。對于海洋環(huán)境條件下的大氣腐蝕，橋梁的破壞最主要的是氯離子引起的鋼筋銹蝕破壞。除了氯離子引起鋼筋銹蝕外，還要考慮凍融破壞、碳化等因素引起的橋梁病害。

    正常情況下，鋼筋周圍的混凝土為高堿性，會在鋼筋表面形成一層致密的鈍化膜，它對鋼筋具有很強的保護能力，使得鋼筋不遭受腐蝕。而當鋼筋混凝土處于海洋氣候環(huán)境時，來自于海霧中的具有極強穿透能力的氯離子會透過混凝土毛細孔到達鋼筋表面。當鋼筋周圍的混凝土液相中的氯離子含量達到臨界值時，同時氧氣和水通過混凝土結(jié)構(gòu)中的毛細孔進入橋梁中的鋼筋位置附近，鋼筋鈍化膜就會局部破壞，從而引起鋼筋銹蝕。鋼筋腐蝕后，其腐蝕產(chǎn)物體積膨脹（約為鋼筋體積的2-6倍）會導致混凝土結(jié)構(gòu)性能的劣化，如混凝土順鋼筋開裂、“握裹力”下降與喪失、鋼筋斷面損失以及鋼筋應(yīng)力腐蝕斷裂等，最終導致混凝土橋梁的破壞。這種由于氯離子的侵入導致的鋼筋銹蝕，從而引起混凝土橋梁的破壞，稱為“鹽害”。當混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的相對濕度達到40%時，銹蝕開始。相對濕度達到70%～80%時，銹蝕速度達到最大。當相對濕度超過70%～80%或整個混凝土結(jié)構(gòu)完全浸沒在水里時，由于氧的供應(yīng)量不足，因此銹蝕速度反而下降。氯離子造成的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的破壞是從內(nèi)部鋼筋銹蝕開始的，比較隱蔽，不易發(fā)現(xiàn)，初期在混凝土表面形成點狀或塊狀銹斑，而后產(chǎn)生順筋裂縫，混凝土漲裂脫落，發(fā)生嚴重的破壞。根據(jù)以上機理，要從根本上防止鋼筋銹蝕，必須破壞氯離子引起鋼筋銹蝕發(fā)生的條件：阻止氯離子、氧氣、水分任何一種成分的進入混凝土內(nèi)部鋼筋表面附近。而對于氯離子已經(jīng)引起腐蝕的混凝土橋梁，則必須先去除橋梁內(nèi)部的氯離子，再破壞氯離子引起鋼筋銹蝕發(fā)生的條件。

    海洋環(huán)境下，在氯離子引起鋼筋銹蝕的同時，通常伴隨有碳化引起的鋼筋腐蝕。碳化反應(yīng)主要是二氧化碳氣體在混凝土孔隙和毛細管內(nèi)擴散并溶解在液相中，生成碳酸，再與水泥中的石灰發(fā)生的中和反應(yīng)。由于混凝土中和后其PH≤9，當中和層抵達鋼筋時，使存在于PH≥11.5環(huán)境中的鋼筋鈍化保護膜受到破壞，鋼筋失去保護，以至發(fā)生銹蝕。同時碳化反應(yīng)也會加劇由于氯離子滲入而導致的銹蝕。研究表明，海洋環(huán)境下，在“鹽害”發(fā)生的同時，碳化對鋼筋銹蝕的影響也是非常嚴重的。由以上機理可知，阻止碳化的關(guān)鍵也是阻止CO2進入混凝土橋梁內(nèi)部。

    海洋環(huán)境下大氣腐蝕時，橋梁的另外一種病害是凍融破壞。海洋環(huán)境下空氣中的濕度相對于一般環(huán)境下要高的多，因此這些水汽滲透進入橋梁混凝土的速度就大的多。當混凝土內(nèi)部孔隙處于飽水狀態(tài)并遇到負溫時，水分凍結(jié)，體積膨脹，導致孔隙的周壁上產(chǎn)生相當大的內(nèi)部壓力，產(chǎn)生難于恢復的塑性變形。反復的凍融，使得孔隙逐次加大，凍結(jié)逐次加深，當作用在孔隙的拉應(yīng)力超過混凝土強度時就開始出現(xiàn)微細裂縫。隨著凍融循環(huán)次數(shù)增多，裂縫逐漸擴展并連接起來，致使表面混凝土破壞，剝落，并逐漸發(fā)展到混凝土內(nèi)部，混凝土內(nèi)含水形式及含水程度對混凝土凍害的影響很大。

    綜上所述，雖然混凝土的腐蝕病害的產(chǎn)生有各種不同的腐蝕機理，但是混凝土的密實度，即腐蝕介質(zhì)（或腐蝕產(chǎn)生的必要條件）的可滲入性，是決定是否產(chǎn)生腐蝕、腐蝕程度的關(guān)鍵因素。

    2一般氣候條件

    一般氣候環(huán)境下，鋼筋混凝土橋梁病害與海洋氣候產(chǎn)生的病害的類型和機理相似?；炷恋牟『χ饕ㄒ韵聨最悾轰摻钿P蝕；堿骨料反應(yīng)；凍融循環(huán)。該環(huán)境下，鋼筋的銹蝕仍然是主要的病害形式，撒除冰鹽和碳化是引起橋梁鋼筋銹蝕的主要原因。但是由于氯離子濃度和空氣中水的濃度相對于其它兩種環(huán)境要小的多，鋼筋的銹蝕速度要低于其它環(huán)境。因此橋梁的使用壽命要遠遠長于其它兩種環(huán)境，橋梁中堿骨料反應(yīng)和凍融破壞引起橋梁破壞的可能性要比其它兩種環(huán)境大的多。各種因素導致橋梁的破壞機理和海洋環(huán)境下的破壞機理相同。修補防護措施也基本相似。

    3浪濺區(qū)和潮差區(qū)（直接暴露環(huán)境）

    該環(huán)境下，海水直接與橋梁接觸。浪濺區(qū)和潮差區(qū)處于干濕交替的環(huán)境中，供氧充分，相對于其它環(huán)境，橋梁受腐蝕的程度最大，速度最快，因此是海洋氣候環(huán)境下橋梁病害最為嚴重的環(huán)境。影響該環(huán)境下的橋梁病害的因素主要有以下五個：鋼筋銹蝕、凍害、化學腐蝕、鹽類結(jié)晶壓力、海洋微生物作用。另外，流水、波浪侵襲力的磨損與沖刷，加強了腐蝕介質(zhì)的滲透力量；荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)給腐蝕破壞創(chuàng)造了方便的條件。

    二、對橋梁腐蝕病害進行處理的表面防護材料與施工技術(shù)

    國內(nèi)外的研究人員根據(jù)以上機理，對橋梁的病害（腐蝕）防護進行了大量的研究。事實上目前對橋梁的防護主要包括兩個部分：（1）對鋼筋的防護；（2）對混凝土的防護。對鋼筋的防護方法主要有電化學除氯法、陰極保護法、電化學重堿法、使用阻銹劑等。對混凝土的防護主要包括使用高性能混凝土或砂漿修補材料、在舊混凝土表面涂覆蓋層。

    1對鋼筋的防護

    70年代美國將電化學除氯法應(yīng)用于橋梁的病害的防治。其處理原理主要是負離子（如氯離子）向陽極的移動，因此能在較短的時間內(nèi)除掉混凝土內(nèi)部的大部分氯離子。由于該方法的原理和陰極保護法基本相似，因此國內(nèi)外對該方法的研究逐漸轉(zhuǎn)向陰極保護法。

    目前國內(nèi)外關(guān)于橋梁中鋼筋的防護研究比較多的是陰極保護法。陰極保護是向被保護金屬表面通入足夠的陰極電流使其陰極極化以減小或防止金屬腐蝕的一種電化學防腐蝕保護技術(shù)。

    2對混凝土的防護

    各種病害機理（氯離子滲透、碳化、凍融破壞、堿骨料反應(yīng)、硫酸鹽侵蝕）導致的混凝土病害表現(xiàn)在橋梁上時，是混凝土產(chǎn)生的裂縫。因此對混凝土的防護主要是對混凝土橋梁中混凝土的裂縫進行修補防護。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土修補方法是采用局部打補丁修補，即在混凝土破壞部位鑿除脹裂、剝落的混凝土，露出其中的鋼筋并進行清理，再用新的優(yōu)質(zhì)混凝土或聚合物改性水泥砂漿修補恢復其原貌。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用局部打補丁修補往往效果很差或是無效的。因為，即使修補材料的防腐蝕性能高，滲透性和導電率較低，修補混凝土與老混凝土之間的粘結(jié)良好，但是由于沒有消除海洋環(huán)境中鋼筋混凝土產(chǎn)生腐蝕的根本原因——混凝土中存在的氯離子、氧和濕氣，因此這些有害物質(zhì)仍有可能通過修補混凝土或原有混凝土的其它部位進入橋梁內(nèi)部。同時在未鑿除的混凝土中仍然存在高濃度的氯離子，在這些區(qū)域腐蝕仍然進行。最為主要的是采用局部修補后，形成了新的腐蝕電池，老混凝土中的鋼筋成為腐蝕電池的陽極，修補混凝土中的鋼筋成為腐蝕電池的陰極，加速了老混凝土中鋼筋的腐蝕，結(jié)果造成修補混凝土周圍的老混凝土很快破壞。因此單一地采用打補丁修補法對海洋環(huán)境下的橋梁進行防護效果是不理想的。目前在國內(nèi)只是在橋梁局部病害（病害不嚴重區(qū)域且病害部位少、較小時）采用此方法對混凝土橋梁進行修補。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護網(wǎng)http://www.ecorr.org