影响公路桥梁钢筋腐蚀因素及腐蚀检测方法

何雪芬

(广西壮族自治区环江公路管理局，广西 河池 547199)

0 引言

1 工程概况

某公路桥梁工程总长度为1 200 m，所在地区为半湿润、半干旱气候，春季干旱多风，夏季降雨量大，冬季气候干燥。桥梁上部结构为预应力混凝土连续箱梁，下部结构使用钻孔灌注桩和柱式墩基础，设计桥面净宽度为2×14.73 m。墩柱主筋设计保护层的厚度为11～15 cm，箍筋保护层厚度为11～16 cm。桥梁经过长期运营钢筋已经出现了腐蚀的情况，需要对腐蚀的原因进行分析，并对腐蚀情况进行检测。

2 公路桥梁钢筋锈蚀原因分析

2.1 钢筋锈蚀机理

当钢筋埋设在混凝土中，具备一定的条件之后，就会发生锈蚀。电化学锈蚀过程的发生需要具备四个方面的条件：(1)钢筋表面形成阴阳两级，从而在钢筋的表面出现电位差；(2)钢筋表面的阳极铁离子能够转换为二价铁离子，加剧氧化过程；(3)钢筋表面阴极部位存在大量的氧气和水分；(4)在钢筋阴阳两极，电解质的阻力比较小[1]。由于混凝土是多孔、多相的混合物，所以水分、二氧化碳、氯离子等能够存在于混凝土中，引发桥梁钢筋锈蚀现象。

2.2 钢筋锈蚀过程

在桥梁钢筋发生锈蚀之前，氯离子的存在会使得钢筋出现钝化现象。在锈蚀中期，钢筋开始发生锈蚀现象，并且直接对混凝土的保护层产生一定程度的破坏；在锈蚀中后期，锈蚀已经具有一定的危害性，锈蚀达到一定程度后会对混凝土的结构产生破坏，导致一些危险情况的出现。

2.3 影响公路桥梁钢筋锈蚀的主要因素

2.3.1混凝土密实度和保护层的厚度因素

在相同的外界环境下，由于混凝土的密度不断增加，保护层的厚度也在不断增加，发生碳化所需要的时间也在不断延长。此外，由于锈蚀机理难以满足，外界的空气、二氧化碳和水分等难以进入到混凝土内部，使得钢筋发生锈蚀的速度得到延长。

2.3.2 混凝土裂缝因素

混凝土的裂缝也会对钢筋的锈蚀产生一定的影响，其主要表现为：(1)混凝土的裂缝加快了锈蚀介质进入到钢筋混凝土内部，使得钢筋的锈蚀速度不断增加；(2)碳化程度也会随着混凝土裂缝的增加而加剧。混凝土的裂缝和钢筋锈蚀之间的影响是相互的。

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2.3.3 湿度因素

湿度会对混凝土中存在的电解质性能产生影响。混凝土的湿度越大，则混凝土中的导电性能提高，加快钢筋电化学腐蚀现象[2]。钢筋发生腐蚀的因素是氧气，混凝土湿度带来了水分和氧气，水分中含有的氧气越多，则钢筋发生锈蚀的速度也有所增加。

2.3.4 氯离子腐蚀因素

由于受到外界环境和内在环境的影响，氯离子会逐渐渗入到混凝土内部，一旦当混凝土中氯离子的含量超过要求之后，则钢筋内部会出现锈蚀现象。在实践过程中发现，混凝土中氯离子的混入因素比较多，一旦当混凝土出现裂缝后，氯离子就会进入到混凝土的内部，从而发生钢筋锈蚀现象。

2.3.5 混凝土碳化因素

钢筋锈蚀情况与碳化因素也有着直接的关系。混凝土在发生碳化时，氧化碳和水泥中含有的碱性物质会发生一系列的反应，从而破坏混凝土的保护层，使得混凝土材料暴露在空气中。由于混凝土施工模块中，污染比较严重，存在大量的酸性气体，对钢筋产生一定的腐蚀，降低了混凝土的pH数值，使得混凝土内部酸性物质的含量大大增加，无法有效提高混凝土的质量。

3 公路桥梁钢筋腐蚀检测

3.1 外观检测

破损检测是对钢筋锈蚀物理检查方式的一种，主要是在钢筋锈蚀情况比较严重的情况下进行操作。为了更加全面地对钢筋锈蚀情况进行检测，需要采用破碎检测法来进行操作，主要是借助外力将结构中已经破坏的部分进行开凿，直至钢筋表面暴露在空气中，借助肉眼来对钢筋表面的锈蚀情况进行检查[3]。必要时，可以对钢筋锈蚀比较严重的部分进行截取，计算截面积损失率从而确定出钢筋的锈蚀率。

3.2 超声波检测

根据我国工程建设标准化协会的要求，对桥梁墩柱采用超声波检测法进行检测。在墩柱下部、中部和上部需要按照锈蚀的程度来选择柱高来检测[4]。在进行检测时，需要沿着墩柱的表面横向竖向画网格，如图1所示。采用超声波检测法对墩柱进行检测时，发现标高2.5～3.6 m处的混凝土存在一定的缺陷。对取芯留下的钻孔进行分析，发现墩柱混凝土表面存在分层现象，并且墩柱的中部情况最为糟糕。

图1 测点布置示意图(单位：cm)

3.3 墩柱钢筋锈蚀程度检测

3.3.1 自然电位法检测

墩柱混凝土中钢筋的锈蚀程度可以借助自然电位法来对其进行检测。在进行检查过程中，混凝土中的钢筋和周围的介质会形成双电层，并且存在一定的电位差，电位差的大小能够反映出钢筋自身的状态。但是，现阶段依然无法借助自然电位法来对电位值进行测量。采用自然电位法来对钢筋电极进行测量，从而判断出钢筋的锈蚀情况[5]。其优点是操作简单、价格低廉，对于混凝土中钢筋的锈蚀体系无任何的干扰，适用于实验室内部和现场检测。在现场检测工作中，可以根据实际的情况来选择单电极法或者双电极梯度法，主要适用于钢筋端土外露在空气中或者不外露在空气中的构件(如图2所示)。对墩柱中部和上部高度为1 m的损失严重的部分进行检测时，需要参照AST法来进行操作。通过对检测的数据进行分析，各个检测墩位的数值主要在-200～500 mV之间。总的规律为：从墩位的下部向上部逐渐增大，裂缝较多的位置其数据值比较大。通过对现场混凝土保护层进行清除后，发现裂缝较多的位置，钢筋发生锈蚀的现象比较严重。

3.3.2 水样化验分析

为了更加全面地对墩柱混凝土钢筋表面出现锈蚀的现象进行分析，在高潮位时需要对桥底下海水水样进行抽取、分析和检测。通过对检测结果进行分析，桥底海水中氯离子的含量和硫酸根离子含量比较高。并且海水中氯离子的浓度超过钢筋混凝土的规定值。

图2 自然电位法检测示意图

4 维修加固方案

该路段的桥梁工程已经竣工6年，但是由于桥梁所属的环境比较恶劣，桥梁锈蚀部位比较严重。桥墩柱的腐蚀现象已经达到第三阶段的腐蚀破坏期，并且腐蚀速度也在不断加快。据资料显示，暴露在海洋浪花区域，钢筋的锈蚀速度比较快。为了提高钢筋的耐久性，确保桥墩柱的使用寿命，施工单位需要积极采取措施，对桥墩柱钢筋进行加固和做好防腐蚀处理工作。

桥梁墩柱在进行设计过程中，其墩柱的保护层厚度不符合要求，无法确保桥梁的使用寿命和安全性。为了确保桥梁的设计寿命和耐久性符合要求，需要对所有的墩柱进行加固处理[6]。因此，对已经严重破坏或者恶化区域表面的混凝土进行凿取，对钢筋进行除锈处理和加强钢筋的稳固性，然后再进行混凝土的浇筑工作。为了有效确保钢筋保护层的厚度和密度符合要求，采取措施如下：

(1)盖梁底部到墩桩接头以下30 cm处，需要将主钢筋暴露在空气中。对已经发育的部位钢筋保护层进行及时凿除，并且需要控制其深度，不得对混凝土结构产生破坏。

(2)对墩柱剥落部位和其他未经过处理的表面需要进行凿毛操作。

(3)对已经发生锈蚀的钢筋需要进行及时的除锈工作。布置好钢筋笼之后，再进行混凝土的浇筑工作。

(4)为了有效提高混凝土的密实度，需要在混凝土拌制过程中，对水灰比进行严格控制。在混凝土浇筑过程中，需要密切关注墩柱周围混凝土的高度，确保墩柱的高度保持一致。

5 结语

综上所述，在桥梁工程运营过程中，为了满足桥梁运营要求，需要对公路桥梁钢筋腐蚀的原因进行分析，并做好腐蚀检测工作。本文以实际工程为例，对公路桥梁钢筋腐蚀的原因进行了分析，然后对钢筋腐蚀情况进行检测，并提出应对措施，保证了桥梁运营安全，值得类似工程参考和借鉴。