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【技術】公路橋隧腐蝕的養護與防治

2018-05-31 16:35:00 作者：薛明來源：養護與管理分享至：

—「引言」—

本文結合多項科學研究成果，從自然界對公路橋隧及構筑物的腐蝕現象，簡單介紹了公路橋涵與構筑物腐蝕的分類，工程設計中防腐的思路及養護維修中可供選擇的技術方案。

—「正文」—

一公路橋隧及構筑物的腐蝕

建造在大地表面或淺表面的公路橋隧及其構筑物直接與大地表面的土壤或水分接觸，含在大地表面水土中的各種化學物質就會對公路橋隧及其構筑物產生影響，其中影響最大的當屬在大地表面廣泛分布的鹽堿。

目前建造公路橋梁與隧道的主要建材為水泥混凝土與鋼材。水泥混凝土從問世以來，便廣泛應用于各種惡劣的環境中。使用實踐以及大量的調查結果表明，處于含鹽環境（諸如海水、鹽漬土、工業廢水等）中的混凝土結構總是比普通環境中使用的混凝土更容易受到破壞，其使用年限遠比設計值要低。由于大地表面水土中所含的鹽堿等化合物會與公路橋隧建設中主要用材——水泥混凝土、鋼筋產生化學反應，在這些地區修筑的公路、鐵路的混凝土構造物經常發生一些特殊病害。

經調查發現：這些地區公路鐵路工程的橋隧及構筑物一般未經特殊防腐防護的混凝土構筑物或磚瓦砌體在使用1～2年后，離地20～50公分以下范圍內均遭嚴重破壞?；炷帘砻娲只?、砂漿脫落、石子外露、鋼筋銹蝕；使混凝土失去強度（示如圖）。公路與鐵路部門每年需耗費大量的人力、物力進行治理。

在大地表面含鹽水體主要是海洋與內陸鹽湖，含鹽土體主要是沿海、近海的沖積平原，以及內陸的鹽漬土地區。另外，近些年來在我國北方的大部分地區大多存在冬季下雪天為保障交通而撒鹽融雪而造成的水泥混凝土與鋼筋的腐蝕。在這些地區所修筑的公路橋隧及構筑物在設計中即應該采取相應的措施防止水泥混凝土與鋼筋的銹蝕，或在養護、維修中采用相應的防腐措施。

二公路橋隧及構筑物的腐蝕分類

公路橋隧及構筑物腐蝕的主要對象是構成橋隧及構筑物主體的水泥混凝土與鋼筋。

對公路橋隧及構筑物腐蝕按鹽的種類區分，主要分為氯鹽對構筑物的腐蝕和硫酸鹽對構筑物的腐蝕。氯鹽的主要腐蝕對象是鋼筋，硫酸鹽主要的腐蝕對象是水泥制品及磚等燒制粘土制品。當兩種鹽共同存在時，作用機理復雜。室內實驗研究表明，如果在硫酸鹽為主的環境中還有大量的氯離子和鎂離子，會大大加重、加速水泥制品的腐蝕破壞。

按腐蝕機理區分，鹽類對橋涵及構造物的腐蝕被分成兩大類：一類是化學腐蝕，另一類為物理腐蝕。

化學腐蝕是指對混凝土機體材料本身的腐蝕，在這種情況下，鹽類與混凝土的組分之間會發生化學反應。遭受化學腐蝕的波特蘭水泥基材料通常會出現兩種破壞狀態，一種是由于凝膠解體產生強度損失，另一種是由于體積膨脹而導致的開裂。水泥混凝土的化學腐蝕主要有鈣釩石膨脹破壞、石膏膨脹破壞、碳硫硅鈣石腐蝕破壞、氯鹽化學腐蝕破壞。鋼材的化學腐蝕主要有破壞鈍化膜、形成“腐蝕電池”、 Cl-的去極化作用、Cl-的導電作用。

物理腐蝕主要有兩大類：

一類是由于鹽類在在混凝土的孔隙中結晶膨脹，使得混凝土的表面發生剝落，甚至開裂，從而使得混凝土發生鹽結晶膨脹而發生物理破壞；

另一類是由于鹽類的侵入會改變構筑物的酸堿環境，或者在腐蝕過程中充當介質的作用，而加速對構筑物的腐蝕。造成物理破壞的原因，除當地的特殊氣候條件外，鹵水的礦化程度及其所含鹽類也是重要的影響因素。

三公路橋隧及構筑物腐蝕的防治

公路工程是一項建筑在大地表面的，與大地密切接觸的人工構筑物，因此本身含在大地表面的對公路構筑物產生破壞的因子是一種不以人的意志為轉移的客觀存在。因此在我們進行某些地區的公路橋隧設計中，完全杜絕腐蝕因子對橋隧及構筑物的破壞是不可能的，由此我們提出了“隔、阻、緩”的設計理念：

“隔”即隔斷鹽分與混凝土以及鋼筋直接接觸的途徑。為了有效的隔斷環境中的鹽分與混凝土以及鋼筋的接觸途徑，對于混凝土主要措施是在構筑物外部緊貼構筑物表面設置隔斷層，隔斷環境鹽分與構筑物的接觸；在構筑物混凝土表面涂抹防腐涂料、做表面憎水處理，隔斷環境鹽分對構筑物的侵入通道；對于鋼筋則是在其表面添加涂層或加入鋼筋阻銹劑。

“阻”即阻止鹽分向混凝土內部滲透。提高混凝土自身的耐腐蝕性、提高混凝土密實度、提高混凝土抗裂性能、減少混凝土表面的裂縫數量、加大防護層厚度等措施均可有效地阻止易溶鹽的侵入，從而有效地阻止鹽分對混凝土以及內部鋼筋的腐蝕。

“緩”即減緩混凝土和鋼筋腐蝕速率，降低鋼筋混凝土被破壞的速度，以保證橋隧及構筑物在設計年限內的服務水平。采用防腐材料——防腐水泥混凝土、防腐砂漿、防腐鋼材等均是設計中應該考慮的技術措施。

四公路橋隧及構筑物腐蝕的養護與維修

鹽漬土地區未設防護隔離措施的混凝土構筑物，或雖然設置了防護措施，但措施不當、施工馬虎、受到外力破壞等混凝土構筑物，極易受到腐蝕破壞；腐蝕會使水泥混凝土疏松、開裂、失去強度；會使混凝土中的鋼筋銹蝕、膨脹，嚴重的會使鋼筋斷裂。因此鹽漬土地區公路構筑物在防腐蝕方面的養護維修工作位置分散，起因復雜，技術性強，工作量大。

針對公路構筑物表面防護技術的目標是在構筑物表面設置一個致密薄層作為防腐隔離層，理想的防腐隔離層的技術目標為：致密，以隔斷腐蝕介質進入構筑物的通道；通氣，讓存在于構筑物內部的水氣散發；耐久，以在自然界中對構筑物提供設計要求的服務年限；附著能力強，不易因脫落而失效。其他還有經濟、工藝等方面的要求。目前工程中常用的有特制的防腐涂料與防腐砂漿。

混凝土受腐蝕程度分級及可參考的修復方式見表-1：

表- 1構筑物受蝕程度評定及修復方案選擇表