预应力混凝土桥梁腐蚀后的受力性能分析

1、预应力混凝土桥梁腐蚀后的受力性能分析预应力混凝土桥梁腐蚀后的受力性能分析韩猛（山东铁正工程试验检测中心有限公司，山东 济南 250014）摘 要：随着预应力混凝土桥梁腐蚀状况的不断出现， 研究其后的受力性能凸显出重要意义。文章首先对相关内容 做了概述，分析了钢筋混凝土桥梁腐蚀的机理及其影响因 素。在探讨钢筋混凝土结构常见表面防护方法的基础上，研 究了其防腐的有效措施。关键词：预应力混凝土；桥梁；腐蚀；受力性能作为预应力混凝土桥梁常出现的一种状况，其腐蚀问题 在近期得到了有关方面的高度重视。研究其腐蚀后的受力性 能，能够更好地对桥梁的保养与维护提供科学依据，从而有 效化解因桥梁腐蚀而造成的潜在危

2、害。1 概述桥梁横跨江河湖海，承担着重大的运输任务，因此，桥 梁建筑工程必须要选取抗震性能好，坚固，抗压、抗拉强度 高的材料。目前，我国的桥梁建筑工程中大多使用的是钢筋 混凝土和混凝土。由于材料本身的特点以及它们所处环境的 影响，存在时间较长的桥梁都出现了腐蚀现象，影响其结构 安全和使用寿命。因此，研究桥梁建筑的腐蚀与防护问题成 为桥梁工程领域的重大任务。我们通常说的腐蚀是指材料与它所处环境介质之间发 生物理或化学的作用而使材料发生变质，进而损伤由它组成 的技术体系，影响其性能。腐蚀一般分为化学腐蚀、物理腐 蚀、电化学腐蚀三大类。桥梁建筑工程中的腐蚀问题主要是指混凝土材料和钢 筋混凝土的腐蚀。

3、钢筋混凝土中钢筋的腐蚀与其他混凝土的 腐蚀原理一致，所以桥梁腐蚀问题可概括为钢材的腐蚀和混 凝土材料的腐蚀。桥梁建筑中钢材的使用十分广泛，大多用于桥梁护栏、 主缆、吊索等，它们处在大气、水等外界环境中并与之相互 作用，发生腐蚀，影响其耐久性。桥梁中钢材的腐蚀主要是 指化学腐蚀和电化学腐蚀。钢筋混凝土是桥梁建筑工程中不可或缺的材料。它是以 硅酸盐水泥为粘结剂配上一定比例的砂、碎石或其他材料形 成的复合物。不同于钢材结构，混凝土的腐蚀主要是物理腐 蚀和化学腐蚀。2 钢筋混凝土桥梁腐蚀的机理及其影响因素2.1 钢筋生锈腐蚀的机理分析在桥梁建设后，引起钢筋生锈腐蚀的原因要么是氯离子引起的钢筋生锈腐蚀，

4、要么是混凝土发生碳化作用导致钢筋 被腐蚀。众所周知，混凝土中含有大量的氢氧化钙，即熟石 灰。由于氢氧化钙是一种强碱，具有碱的通性，因此PH 值很高，在桥梁建成后的一段时间内钢筋是不会发生生锈腐蚀 现象的。然而，长时间后， 氯离子就逐渐开始发催化生作用， 并且越来越强，在此状况下，混凝土的碱性就会下降，酸性 就会上升，这会使得钢筋逐渐失去表面的钝化状态，从而出 现生锈被腐蚀的现象。那么，混凝土是如何发生碳化作用导致钢筋生锈腐蚀的 呢？我们知道水泥中和水发生化学反应后，会产生大量的氢 氧化钙。此时，当空气中的二氧化碳进入混凝土后，就会与 氢氧化钙发生化学反应， 生成碳酸盐和水， 所以混凝土的 PH

5、 值自然会下降，这就是混凝土的碳化反应，其化学反应式可 表示为： Ca（ OH ） 2+ CO2=CaCO3+H2O 。根据化学反应式 可以看出混凝土的碳化反应其实是混凝土中的化学物质与 二氧化碳产生的化学腐蚀现象。2.2 混凝土腐蚀的机理 混凝土的腐蚀原因是多样的，比如有生物腐蚀的影响、 外部气温由于太低产生冻融现象破坏混凝土以及化学物质 之间发生反应产生的因素。当生物进入到混凝土后，就会破 坏混凝土的密度，引起混凝土的腐蚀现象。此外，当外部气 温太低时，混凝土中的水就会以冰的形式存在，体积增大； 当气温回升时，冰又会化成水。这种情况在反复进行后，混 凝土的内部结构就会慢慢被破坏。2.3 混

6、合腐蚀 其实，在桥梁工程建成后，桥梁的腐蚀现象并不是由于 钢筋生锈腐蚀或者是混凝土腐蚀单方面产生的，而且钢筋生 锈腐蚀和混凝土腐蚀也不会分开发生作用，往往是同时发生 作用的。一方面钢筋被腐蚀后比原来体积大，会导致混凝土 产生开裂；另一方面，混凝土腐蚀时的一些化学物质还会与 钢筋表面的物质发生反应， 使钢筋腐蚀现象加重。 总而言之， 两种腐蚀现象是相互交融、相互影响的，二者同时发生作用 是导致桥梁建筑发生腐蚀的直接原因。图 1 样子筋图 2 马凳示意3 钢筋混凝土结构常见表面防护方法3.1 使用优质的混凝土保护层 通常采用抗渗防水混凝土、聚合物混凝土或者掺入钢筋 阻锈剂以对钢筋进行防护。在混凝土

7、拌和物中直接掺入钢筋 阻锈剂，在钢筋表面形成保护膜来抑制电化学反应。3.2 钢筋混凝土表面防腐涂层 在混凝土基底的表面上涂覆涂料，待涂料中的溶剂或水 分挥发后，各组分之间通过化学反应，在基底表面形成一层 具有一定弹性的防水、防潮、防渗的连续薄膜。该涂料可形 成重量轻、无接缝的完整防水膜，特别适用于混凝土结构中 形状不规则的复杂表面。3.3 钢筋防腐涂层对混凝土中的钢筋可采用防腐涂层，但是混凝土中的钢 筋防腐涂层要考虑与钢筋的粘结力的因素，国外使用较多的 是环氧树脂涂层和聚乙烯缩丁醛涂层。钢筋涂覆层防蚀的价 格比较高，且在施工时很难保证钢筋不受机械损伤，在钢筋 涂覆膜遗漏处或涂覆不好的地方，将留

8、下巨大的隐患。而且 钢筋涂层使对钢筋腐蚀情况的无损检测和腐蚀控制带来了 一些困难，使阴极保护技术受到限制。3.4 电化学防腐蚀技术由于混凝土中钢筋腐蚀都是电化学腐蚀，因此可通过电 化学的方式来延缓或制止钢筋的腐蚀。目前电化学保护技术 中应用较多的是阴极保护技术，即钢筋整体成为阴极而被保 护。阴极保护对水下区和潮差区的结构物保护效果较好，但 对大气区的保护效果较差。4 混凝土桥梁防腐的有效措施4.1 热浸锌防腐处理法 热浸锌是将经过除锈之后的钢材料放到600 C左右经过高温融化后的锌溶液当中，让其混凝土的表层被锌层所覆盖，从而达到防腐目的。这种 方法的优点在于，其耐久的时间比较长，生产的工业化水

9、平 比较高，质量也相对稳定，广泛应用在受到大气腐蚀程度较 严重并且很难维修的混凝土当中。热浸锌防腐处理要经过两 道工序：首先要进行混凝土的酸洗除锈过程，然后再进行清 洗的过程，保障其不留下被腐蚀的隐患。对具有相应的贴合 面的混凝土物件进行清洗时，要注意其贴合面的缝隙要清洗 干净。4.2 涂层法防腐处理涂层防腐工序一般要先进行除锈，使混凝土的金属光泽 得以显露，除去所有的油污以及锈迹，在进行现场施工时一 般采用手工涂刷的方法。在进行涂层时要注意到周围的环 境，不同的涂层对于不同的腐蚀条件有着不同的耐受性，其 涂层一般分为底漆和面漆，底漆料含粉量比较多，基料的含 量较少，成膜相对比较的粗糙，与钢材

10、的粘附力比较强，与 漆面的结合性比较好，面漆的基料的含量比较多，成膜相对 比较光泽，能够保护底其漆不受到大气腐蚀，并且还具有一 定的抗风化性。4.3 热喷涂技术防腐热喷涂技术一般是利用热源对于喷涂的材料进行一定 加热的过程，将其熔融的粒子进行雾化处理。喷射并且作用 到钢材的表面之上，让其形成一层特殊的保护膜，进行有效 的保护作用。热喷涂的主要方法有：等离子喷涂法、火焰喷 涂法、爆炸喷涂法、电弧喷涂法以及激光喷涂法等。在这些 方法当中一般常用于混凝土的方法是火焰喷涂法与电弧喷 涂法，和热浸锌技术相比，其优点是在施工时，不会受到物 体体积的限制，并且施工方便。4.4 科学防腐要考虑的因素 混凝土防腐要根据实际情况科学合理选用防腐手段，在 应用中要考虑以下几点因素：首先，要注意防腐的要求，其 中包括：防腐年限的要求、装饰性的要求等；其次，要注意 到防腐蚀的环境，其要施工的混凝土处在怎样的环境当中， 其中包括： 一般大气环境、 化工大气腐蚀环境、 有无液体等， 根据不同的环境选择不同的方法。5 结语 通过对预应力混凝土桥梁腐蚀后受力性能的相关研究， 我们可以发现，引起桥梁腐蚀的因素是多方面的，有关人员 应该从预应力混凝土桥梁腐蚀的客观实际出发，掌握有利因 素，研究制定最为切实可行的防腐