化冰盐对混凝土桥梁的危害及应对措施

李振平

摘要：描述了化冰盐对桥梁混凝土结构危害的种类和形式，剖析了氯离子侵蚀和冻融循环的破坏机理，明确了影响两种破坏形式的因素，给出解决化冰盐危害的应对措施，对桥梁的设计、施工、检测及维修加固均有一定的参考价值。

关键词：化冰盐； 桥梁；混凝土

冬季，我国北方地区道路上的大量积雪若不及时清除，将严重影响道路畅通及行车安全，对此问题我们普遍采用的方法是撒布除冰盐。采用除冰盐除雪，成果是短暂的。在公路工程中桥梁结构仍是以钢筋混凝土结构为主，仅从辽宁省内高速公路桥梁来看，凡除冰盐侵蚀到的部位，结构缺损已相当严重。

能诱发钢筋銹蚀的除冰盐是现阶段桥梁耐久性的元凶，在其长期侵蚀下，桥梁结构往往远达不到设计寿命混凝土就出现严重的剥落、钢筋锈蚀，甚至承载能力不足等不良后果，需要投入大量资金进行检测、维修和改造，造成巨大的经济损失和不良的社会影响。所以，分析和研究化冰盐对桥梁的危害，并提出应对措施，对公路工程有重要意义。

1 化冰盐对桥梁的危害

根据国内外的研究成果，化冰盐对桥梁结构的危害主要有两个方面：氯离子侵蚀和冻融破坏。由于北方冬季有较大的昼夜温差，这两种破坏形式往往以盐溶液条件下的冻融耦合破坏而存在。

（1）氯离子侵蚀的危害。

氯离子侵蚀直接造成钢筋锈蚀，导致钢筋强度下降，极限延伸率会大幅度降低。钢筋锈蚀的产物是一层结构疏松的氧化物，在钢筋与混凝土之间形成一层隔离层，降低了钢筋与混凝土之间的粘结作用。而且锈层膨胀产生巨大的径向力，该力达到一定程度就会使混凝土开裂。带肋钢筋锈蚀后，其肋基本退化、脱落，严重时钢筋与混凝土之间的机械咬合力基本消失。

（2）冻融破坏的危害。

冻融破坏会导致混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量、变形特征等基本力学性能和变形性能降低，从而影响混凝土结构的使用性能和承载能力，甚至影响到桥梁工程的安全运行。

2 化冰盐破坏机理分析

2.1 氯离子侵蚀机理

从外界进入混凝土中的氯离子，只有极少数可被固化成难容的化合物，其余大多数都以自由氯离子存在，当起浓度达到0.2%时就很可能引起钢筋锈蚀。关于氯离子引起钢筋锈蚀的三种可能的途径如下：

（1）形成腐蚀原电池。氯离子半径小，活性大，能从钝化膜的缺陷处渗进去将其穿透，与金属原子发生反应，露出的金属便是阳极，未被穿透的钝化膜区域作为阴极，从而形成电池，能使钢筋产生坑蚀。

（2）局部酸化。氯离子与其他阴离子共存并竞相被吸附时，氯离子与其他阴离子共存并竞争吸附，氯离子具有优先吸附趋势，钢表面钝化层是局部酸化，氯离子使钢表面阳极电解液PH值降低，从而使钝化膜溶解。

（3）催化作用。在表面氯化物的催化下，钢腐蚀小电池阳极反应产物运出Fe + 2，大大加快了钢的腐蚀速度，因为氯离子是可以重复利用的，因此一旦氯离子侵蚀发生，后期就不容易修复。

氯离子从外界进入混凝土中，主要以扩散为途径，现阶段研究认为，影响扩散的主要因素有以下四个方面：

（1）表面氯离子浓度。表面氯离子的浓度越大，会造成内外氯离子浓度差越大，其由高浓度向低浓度扩散的速度就越大。

（2）扩散系数。所谓扩散系数是通过扩散速度与实测浓度的关系，进行拟合，它不仅与混凝土内在因素有关，也与外界因素有关。

（3）氯离子的临界值。氯离子含量越大钢筋锈蚀的可能性就越大，但也不单纯取决于钢筋附近游离的氯离子浓度，更要看氯离子与氢氧根离子的比值。

（4）混凝土保护层厚度。混凝土保护层厚度越大，氯离子扩散到钢筋的时间就越长，耐久性就越好，反之，耐久性越差。

2.2 冻融破坏机理

混凝土是一个与水泥浆与骨料组成的有毛细孔和微裂缝的复合材料，其中毛细孔和微裂缝是造成冻害的主要因素，关于其破坏机理主流的观点有两种：膨胀压力和渗透压力。

膨胀压力理论：冬季毛细孔和微裂缝中的水变成了冰，体积膨胀，其周围结构产生拉应力，该拉应力超出结构容许拉引力时就会开裂、剥落。

渗透压力理论：渗透压是冰和冷冻水造成一个洞之间的自由能之间的区别，在一定温度下，由于冰自由能小于液态水的自由能，当冻结时，凝胶孔隙水流的毛细孔和微裂缝，当水达到毛细孔和微裂缝，会发生冻结，冰体积逐渐增加，形成更大压力，从而损伤混凝土微观结构。

影响冻融破坏的因素挺多，但主要因素有以下四个方面：

（1）含气量。混凝土中加入引气剂，形成微细气孔，可以使毛细孔和微裂缝中的静水压力减少，起到减压作用，因此工程上常掺入引气剂来提高混凝土的抗冻性。

（2）水灰比。水灰比影响混凝土的孔隙率，水灰比越大，其平均孔径也越大，抗冻性就越低。

（3）饱水度。水在混凝土中的存在形式有三种：吸附水、结合水和自由水。吸附水在凝胶体表面形成一层非常薄的膜，所以水量很少，而且结冰温度很低，对混凝土影响很小。结合水是水泥水化产物的组成部分，但温度的变化对它没有影响。自由水广泛存在于混凝土孔隙之中，这部分水在毛细孔中是可以迁移的，在常压下，随温度升高可以蒸发，温度降低时结冰膨胀。

3 应对措施

由以上病害形式和形成机理可知，化冰盐对桥梁危害的根本原因与混凝土材料自身特性和所处环境密切相关，与结构设计、施工以及养护管理也有重要联系。综合国内外研究成果和工程经验，一般从以下几个方面进行解决：

（1）最大限度的减少化冰盐的使用量，发挥机械、热力、人工等多种除雪方式，研发新型除雪剂。

（2）采用高耐久性混凝土，提高混凝土自身抗破损的能力。

（3）加强桥面排水和防水层设计，改善桥梁环境条件。

（4）改进桥梁结构设计，采用具有防腐保护的钢筋；加强构造配筋，控制裂缝发展；加大混凝土保护层厚度；加长泄水管、边梁设置滴水檐等。

4 结语

随着桥梁运营时间越来越长，化冰盐所引起的混凝土剥落、酥松乃至钢筋外露、锈蚀等病害越发严重，是公路养护部门亟待解决的问题，但要解决问题首先要研究其形成原因。本文主要通过探讨化冰盐所携带的氯离子的危害机理，剖析出化冰盐对桥梁混凝土危害的微观过程，并对症下药，给出四个方面的应对措施，在桥梁设计、施工、检测及维修加固等多方面都有一定的借鉴意义。

参考文献：

[1]洪乃丰.氯盐类融雪剂的腐蚀危害与试验方法的讨论.工业建筑，2006，36（10）：6164.