公路桥梁钢筋锈蚀原因及防治方法

2012-08-15吴顺

山西建筑 2012年27期

吴顺

(山西运城路桥有限责任公司，山西运城 044000)

1 我国公路桥梁钢筋锈蚀现状分析

一般来说，公路桥梁的钢筋结构跨径大、承载能力很强，具有着一定的耐久性。但由于其施工工期较短而服役年限相对较长，加之以常年的日晒雨淋，在介质作用下很容易锈蚀，如果没有长治久效的防治锈蚀的方法对钢筋进行防护，会大大降低公路桥梁的工作年限，更有甚者会提前报废。

纵观国内外较为著名的公路桥梁，尤其是欧洲及北美等发达国家，多由于20世纪各国防锈蚀技术发展的阻滞，使得钢筋结构得不到长久的保护，使得其投入运营后产生严重的锈蚀现象，以致于消耗大量的人力与物资进行定期维护，有些甚至只能降级使用或报废。在20世纪我国大量建设大跨径公路桥梁，使得钢桥梁建设取得长足进步，但基于经济限制和防锈蚀工作的怠慢，因而接连发生了各式各样的桥梁锈断以及桥面坠落事故，而且这些桥梁的工作年限也很短。由此可见我国公路桥梁的处境不容乐观，在一定程度上主要因为SO2的严重污染以及氯离子的弥漫，所以探求公路桥梁钢筋防锈蚀的方法是目前我国桥梁建设中的一项不可忽视的重任。

2 公路桥梁钢筋锈蚀的危害以及防治锈蚀的必要性

随着我国高速公路和城市立交桥的大量建设，由于盐害、冻害和碳化等多种因素引起的桥梁钢筋锈蚀问题逐步显露，部分公路桥梁投入运营后，钢筋混凝土结构开始出现开裂、剥落等现象，这也源于国内一直沿用重强度轻耐久的设计概念的影响，而钢筋锈蚀是公路桥梁耐久性失效而老化的最重要的因素和表现形式。钢筋的大幅度锈蚀主要是通过对受力的截面面积的削弱来达到的，这样做的主要目的是可以达到使得构建的承载能力大幅度降低，不仅如此，钢筋与混凝土之间的相互融合能力也会因为这点而大幅度降低，这样做可以使得混凝土钢筋在其真正受力的地方出现一些裂缝，这些裂缝很可能因为自身的膨胀而导致混凝土整体结构路面的受力性与耐久性能大大降低，继而直接造成巨大的桥梁破坏和经济损失。

与世界各国一样，我国常年应用油漆防锈维护，虽耗资巨大，却未见成效。鉴于此，我们需要一种具有持久性能的长效防腐涂层，实现一次性耐久防锈蚀。近年来随着我国电弧喷涂工艺的逐步完善，使得涂层质量，生产效率大大提高，也很大程度地降低了经济成本和维护费用，可以做到一次防锈到与桥梁设计同步寿命，大大地减少了环境污染，产生了较好的经济与社会效益。

3 公路桥梁钢筋锈蚀基本原理和类型

3.1 锈蚀机理

公路桥梁钢筋的锈蚀过程是一个电化学反应过程，钢筋混凝土在长期的日晒雨淋作用下，受到水的氧化作用而产生比较严重的化学反应，这种化学反应我们又将其称之为两级电的化学反应，这些基本的电子很容易在阳性比较强的极铁中得到释放。Fe→Fe+++2e;在这种整体的释放过程中，电子会向阴极大量流动，水中也会溶解不同程度的氧化离子OH－:O2+2H2O+4e→4OH－;这些氧化的离子会将电子等进行大量的吸收，从而导致腐蚀性电流的产生，并且在基本钢筋的表面产生氢氧化亚铁的薄膜，这种带有明显化学性质的薄膜也会受到水以及氧气的双重影响而滋生出铁锈(即Fe(OH)3):其化学反应过程如下所示:2Fe+2H2O+O2→2Fe(OH)2，2Fe(OH)2+H2O+O2→2Fe(OH)3。

3.2 锈蚀类型

公路桥梁的钢筋锈蚀在不同的环境下，其呈现形式亦有所不同，一般来说主要有均匀锈蚀、孔蚀和缝隙锈蚀三种。这些比较均匀的腐蚀性铁锈会比较平均的分布在各个钢筋的表面，同时会以相对比较稳定的速度将整个金属的厚度削弱，从而造成金属损失，这是一种较为常见的锈蚀状态，较容易预测防护，不易产生突然性事故。点蚀是指公路桥梁在适宜的环境介质中投入使用，大部分表面未受锈蚀，而小区域钢筋选择性锈蚀出现蚀孔或麻点，经久累积纵深化发展，造成大面积的破损，这类锈蚀一般因Cl－吸附在钢筋表面膜中部分区域的缺陷处引起的。缝隙腐蚀是钢筋结构连接处(如金属铆接、螺钉接头、螺栓连接等)存在锈蚀介质而发生的局部锈蚀，而造成局部断裂。

4 公路桥梁钢筋锈蚀的原因

根据钢筋混凝土结构的生成过程，混凝土水化会产生大量OH－，在高强碱介质中钢筋混凝土表面会生成一层钝化膜，从而抑制钢筋锈蚀，当保护层遭到破坏时，容易产生锈蚀现象。公路桥梁钢筋锈蚀的原因主要有以下三种:

1)钢筋保护层碳化锈蚀，一般源于混凝土不够密实或厚度以及抗渗性能不足时，保护层容易受到破坏，表面浸入二氧化碳发生碳化至钢筋表面，降低钢筋表面碱度，从而生成锈蚀物。这里水化的氢氧化钙保证着混凝土的高碱度，另一方面因其在空气中具有不稳定性易与环境中的酸性介质发生中和反应，使混凝土碳化，进而使钢筋锈蚀。

2)氯离子或氯化物锈蚀，多为孔蚀、点蚀等局部锈蚀，会改变钢筋的力学性能以及减小钢筋截面积甚至致使钢筋断裂。在混凝土中钢筋周围的氯离子主要通过两种途径引发锈蚀，一是施工用水含氯盐，在搅拌、浇筑混凝土时渗入混凝土中;其二是施工环境中氯盐经由混凝土缝隙渗入至钢筋表面，破坏混凝土的包钢筋表面的两重屏障，引发锈蚀，导致保护层开裂或脱落。具体地说，氯离子主要通过破坏钝化膜，同时因其在钝化膜的破坏与未破坏区域间存在电位差而形成腐蚀电流，加快腐蚀速度，形成边缘效应;其导电作用容易形成离子通路，加快氯离子的扩散、渗透，使其穿透保护层而锈蚀钢筋;在阳极反应的过程中氯离子具有较好的阳极去极化作用从而加快阳极反应，起到周而复始的破坏作用。一般来说，水泥中的铝酸三钙还易与氯盐反应生成不溶性“复盐”，在碱性环境下可抑制氯离子作用，碱性降低时又会重新释放氯离子。

3)外部的环境将直接影响到钢筋的锈蚀程度，其中影响最大的是湿度。钢筋混凝土在空气中遇到水容易产生锈蚀。一般在混凝土的相对湿度达到100%时，二氧化碳很难进入其中，从而锈蚀也就不会容易滋生了，在这种情况下最好的办法就是把湿度尽量控制在80%左右，让混凝土钢筋尽量得到碳化处理。

5 对公路桥梁中的钢筋腐蚀的防治研究

对于钢筋结构出现的腐蚀情况，我们常常会采用两种主要方式进行处理，第一种是采用比较惰性的材料结构在钢筋结构的表面进行机械化的隔离水处理，从而防止腐蚀现象的发生，另外一种方式就是采用电化学的主要方式来提升钢结构的整体电位继而形成保护。考虑到钢筋锈蚀的成因，我们可以从以下三个方面来着手分析:

首先，从混凝土结构的经济性和安全性来考虑，应重点防治混凝土碳化，为了达到这一目的，我们常常使用水灰度低于规定范围的方式来对钢筋混凝土的密实性进行处理及保障。这就涉及混凝土的浇筑施工过程，在浇筑施工前应加入适量的粉煤灰、矿渣粉等细集料，在对其进行搅拌的过程中，我们要特别注意对钢筋比较密集的部位进行高强度的振捣试验，从而将模板的空气排干净，减少内部的空洞现象。

其次，从钢筋混凝土自身条件来考虑，要有效地降低有害离子的侵入和损坏需要采用特种钢筋来提高混凝土自身防御能力。我们在对钢筋混凝土路面进行施工的过程中，要结合具体的实际，特别是要重点处理渗透到混凝土之中的氯离子，因为涉及到氯离子的有害物质是导致路面腐蚀的最大杀手。在原材料的控制上，不能使用海产的工业用水，同时要合理选用水泥品种和其他原材料，我们应该首先采用粉煤灰材质的水泥或者是矿渣材质的水泥等。

第三，我们要将环境过程中蕴含的湿度对于钢筋的腐蚀程度降到最低，要达到这个目的，最主要的方式是在钢筋的表层涂上一层隔离层，这种方式可以大大提升混凝土的防水性能，继而提升该钢筋混凝土表面的耐久性。在这个执行过程中，我们一般都是使用喷砂枪等工具先将有锈的表面进行除锈，再将已经松动的混凝土进行清除，并且在已经露出来的钢筋表面涂上一层粘合剂，这样可以大大增强整个钢筋混凝土表面的防锈能力，如果这些钢筋将被使用在破损比较严重的路面上时，我们可以考虑将这些除锈的试剂涂抹在钢筋的表面上，继而保证其的基本干燥，提升该路面的整体安全性能。

这里我们尤其要注意对钢筋表面油漆涂层的选择，综合考虑到各类因素，常用的涂层方法有以下几类:第一种方式我们通常采用氧化的乙炔型火焰对铝丝等进行融化处理，继而使用高压的主要雾化气体在工件的基本表层进行火焰的喷漆设置，第二种方式是把这些镀锌的地方进行热处理，使用酸性的材质物品将锈基本上洗去，第三种方式就是在钢筋表面涂上防锈的材料，第四种方式主要是使用喷射漆物的设备让电源中基本上都可以形成带正负两极电荷的金属丝，并且让这些金属丝在喷枪交汇的地方实现弧熔化。

6 国内外公路桥梁钢筋防锈蚀技术的发展与前景

20世纪国外热喷涂长效防腐涂层的腐蚀试验直接推动了现代发达国家钢铁桥梁热喷涂防腐的应用，而由于经济因素、环境因素以及热喷涂使用寿命限制，使得国内外相关技术人员开始探索新的防锈蚀技术，如今电弧喷涂长效防腐较好的克服了这些缺点而在国内得到广泛应用，并取得很好的防腐效果，我国已完全有能力采用电弧喷涂长效防腐技术解决国家大型钢桥梁的腐蚀防护问题，使得我国公路桥梁的钢筋防锈蚀技术有了更大的发展空间。