桥梁病害中混凝土碳化机理及加固方法

摘要： 桥梁的兴建与畅通，促进了人类社会的文化和经济生活的繁荣与发展。但是桥梁一旦发生倒塌事故，就会带来巨大的损失和灾难。对于混凝土桥梁病害之一，混凝土碳化及钢筋锈蚀现象在桥梁中比较普遍，也比较严重。对于受损及病害钢筋混凝土桥梁如何做到准确的检测鉴定并修复加固是关系到安全、正常使用和经济的重大问题.对其进行研究具有重要的现实意义，总结混凝土碳化检测方法，并分析提出修复和加固处理方法。

关键词： 桥梁 混凝土碳化 检测 加固

一.混凝土碳化发生机理和影响因素；

（一）发生机理：

拌和混凝土时，硅酸盐水泥的主要成份CaO水化作用后生成Ca（OH）2，它在水中的溶解度低，除少量溶于孔隙液中，使孔隙液成为饱和碱性溶液外，大部分以结晶状态存在，成为孔隙液保持高碱性的储备，它的PH值为12.5～13.5。空气中的C气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔道，气相扩散到混凝土中部分充水的毛细孔中，与其中的孔隙液所溶解的Ca（OH）2进行中和反应。反应产物中C，C溶解度低，沉积于毛细孔中，这层混凝土的毛细孔中才不再进行这种中和反应，此时即所谓“已碳化”。碳化后的混凝土质地疏松，强度降低。

（二）影响因素：

1.环境条件

因为碳化是液相反应，十分干燥的混凝土即一直处于相对湿度低于25%空气中的混凝土很难碳化；在空气湿度50%～75%的大气中，不密实的混凝土最容易碳化；但在相对湿度>95%的潮湿空气中或在水中的混凝土反而难以碳化，这是因为混凝土含水时透气性小，碳化慢；在湿度相同时，风速愈高、温度愈高，混凝土碳化也愈快；混凝土碳化速度与空气中C浓度的平方根成正比。

2.水泥品种

一般说来，普通硅酸盐水泥要比早强硅酸盐水泥碳化稍快，掺混合材的水泥碳化速度更快，混合材掺量越大，碳化速度越快。掺用优质减水剂或加气剂，可以大大改善混凝土的和易性，减小水灰比，制成密实的混凝土，使碳化减慢。尤其是加气减水剂，由于抗冻性提高，可以大大改善钢筋混凝土建筑物的耐久性。

3. 水灰比

混凝土的碳化速度与它的透气性有很密切的关系，混凝土的透气性越小，碳化进行越慢。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，因而碳化速度就慢。同理，单位水泥用量多的混凝土碳化较慢。

4. 浇筑与养护质量

密实的混凝土表层孔隙很小，易从潮湿的空气中吸取水分而充满水，故不易碳化；欠密实的混凝土表层中大孔隙内无水，C可以由气相扩散到充满水的毛细孔隙而完成碳化。所以越是密实的混凝土其抗碳化能力越高。

二.混凝土碳化的检测方法和修复与加固处理方法

（一）检测方法；

1.在砼表面可采用适当的工具在测区表面形成直径约15mm的孔洞，其深度应大于混凝土的碳化深度（大于10mm）或者直接在柱角或梁角敲一块混凝土下来；

2.用洗耳球或小皮老虎吹掉灰尘碎屑，并不得用水擦洗；

3.在凿开的砼表面滴或者喷1%的酚酞酒精溶液；

4.用游标卡尺或碳化深度深度测定仪测定没有变色的砼的深度。

（二）修复和加固方法；

（一）.环氧厚浆涂料

1. 性能特点

环氧厚浆涂料是由环氧基料、增韧剂、防锈剂、防锈防渗填料及固化剂等多种成份组成，适用于混凝土表层封闭。它具有以下一些特点：①、稳定性好。该涂料在大气、淡水、海水及酸碱溶液等介质中长期稳定。②、物理机械性能好。该涂料附着力强，涂层坚硬耐磨，耐热性及电绝缘性好。③、密封性能好。该涂料涂刷后能完全密闭受涂物表面，耐水、耐湿。④、保护周期长。使用寿命在12年以上。⑤、施工方便。既適合手工涂刷，又适合机械喷涂。

2. 施工工艺

（1）表面处理

混凝土表面处理是除掉混凝土上的污迹、浮物，一般有手工清理和机械清理两种方法。手工清理用钢丝刷在混凝土上来回拉刷，直至除掉混凝土表面的污迹，再用水清洗。机械清理常用喷砂及高压水、高压气冲洗，以不损伤混凝土表层为限。混凝土表面处理后待完全干燥后才能进行涂装。

（2）涂料使用要求

环氧厚浆涂料分甲、乙两组分，使用时一般按甲、乙组分比7∶1混合均匀后使用。配制量要根据需求适量配制，及时用完。二次涂装要在一次涂装漆膜完全干燥后进行。

环氧厚浆涂料的人工涂装方法与一般涂料相同，机械喷涂采用高压无气喷涂工艺。

（3）用量

环氧厚浆涂料固体组分多，挥发组分少，一般应涂刷3～4遍，厚度达到250μm左右，

（二）用聚合物涂层来提高混凝土抗碳化能力，

表面涂聚合物涂层，各种聚合物涂层的极限拉伸强度均达到标准的技术要求，而断裂延伸率只有苯丙涂层达到标准的技术要求，并大大超过标准要求。对于桥梁这类动载结构，涂层面延伸率大可以提高其抗变形能力，苯丙聚合物优于其它聚合物，更适合用于桥梁的防碳化涂层。

（三）硅粉砂浆

硅粉砂浆由普遍水泥砂浆掺和硅粉拌制而成，适用于混凝土碳化层凿除后的重新粉刷。硅粉砂浆因其优越的力学性能和抗渗性能而尤其适用于船闸、通航节制闸闸室岸翼墙墙面的防碳化处理。

（四） 混凝土结构变形缝的缝面处理

混凝土结构变形缝的缝面处理难于一般方法进行防碳化处理。为阻缓缝内混凝土的继续碳化，并能满足变形缝的变形要求，对于水上部位的变形缝，可采用华东水利设计研究院研制的SR嵌缝膏进行表面封闭；对水下部位的变形缝，可采用南京水利科学研究院研制的SBS改性沥青灌注封闭，能起到闭气止水的双重作用。

总结：

在一般的大气环境中，混凝土碳化是一种普遍现象，而碳化对混凝土受力性能和钢筋的锈蚀都有一定的影响。钢筋锈蚀后不但自身截面积减小，各项力学性能降低，而且还会导致混凝土保护层剥落，使得钢筋与混凝土的粘结性能大大降低，严重影响了结构或构件的耐久性。混凝土碳化以后，立方体抗压强度有明显提高，性模量有所提高，应力应变曲线上升段和下降段变陡，峰值应力提高，峰值应变化不明显，混凝土变脆，延性下降。钢筋锈蚀后，力学性能降低。

对于碳化作用下锈蚀钢筋混凝土构件力学性能的退化研究还需要进一步深入，对于进一步的工作，以下为个人观点：

1.建立相对完善的钢筋锈蚀率预测模型是一个关键问题，笔者认为应先从理论角度出发，再通过大量的实测数据进行修正。

2.对于锈蚀钢筋混凝土梁时变性能的研究需要对更多的足尺试验梁进行试验工作，试验数据的积累需要一个长期的过程。

参考文献：；

[1]洪定海，混凝士中钢筋的腐蚀与保护，北京：中国铁道出版社，2006；

[2] 罗文焘 混凝土裂缝产生原因与控制措施，科技信息（科学·教研） 2007

[3]龚洛书，刘春圃，混凝土的耐久性及其防护修补，中国建筑工业出版社，北京，1998.

[4] 金伟良， 混凝土结构耐久性的修复性等级划分[J] . 建筑科学与工程学报， 2005，

作者简介：张红玲，女，陕西宝鸡，陕西国际商贸学院，12级硕士，结构安全评估分析