預應力混凝土橋梁腐蝕后的受力性能分析

1、預應力混凝土橋梁腐蝕后的受力性能分析預應力混凝土橋梁腐蝕后的受力性能分析韓猛山東鐵正工程試驗檢測中心有限公司，山東濟南250014)摘要：隨著預應力混凝土橋梁腐蝕狀況的不斷出現(xiàn)，研究其后的受力性能凸顯出重要意義。文章首先對相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了鋼筋混凝土橋梁腐蝕的機理及其影響因素。在探討鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常見表面防護方法的基礎(chǔ)上，研究了其防腐的有效措施。關(guān)鍵詞：預應力混凝土；橋梁；腐蝕；受力性能作為預應力混凝土橋梁常出現(xiàn)的一種狀況，其腐蝕問題在近期得到了有關(guān)方面的高度重視。研究其腐蝕后的受力性能，能夠更好地對橋梁的保養(yǎng)與維護提供科學依據(jù)，從而有效化解因橋梁腐蝕而造成的潛在危害。1概述橋梁橫跨江河

2、湖海，承擔著重大的運輸任務(wù)，因此，橋梁建筑工程必須要選取抗震性能好，堅固，抗壓、抗拉強度高的材料。目前，我國的橋梁建筑工程中大多使用的是鋼筋混凝土和混凝土。由于材料本身的特點以及它們所處環(huán)境的影響，存在時間較長的橋梁都出現(xiàn)了腐蝕現(xiàn)象，影響其結(jié)構(gòu)安全和使用壽命。因此，研究橋梁建筑的腐蝕與防護問題成為橋梁工程領(lǐng)域的重大任務(wù)。我們通常說的腐蝕是指材料與它所處環(huán)境介質(zhì)之間發(fā)生物理或化學的作用而使材料發(fā)生變質(zhì)，進而損傷由它組成的技術(shù)體系，影響其性能。腐蝕一般分為化學腐蝕、物理腐蝕、電化學腐蝕三大類。橋梁建筑工程中的腐蝕問題主要是指混凝土材料和鋼筋混凝土的腐蝕。鋼筋混凝土中鋼筋的腐蝕與其他混凝土的腐蝕原理

3、一致，所以橋梁腐蝕問題可概括為鋼材的腐蝕和混凝土材料的腐蝕。橋梁建筑中鋼材的使用十分廣泛，大多用于橋梁護欄、主纜、吊索等，它們處在大氣、水等外界環(huán)境中并與之相互作用，發(fā)生腐蝕，影響其耐久性。橋梁中鋼材的腐蝕主要是指化學腐蝕和電化學腐蝕。鋼筋混凝土是橋梁建筑工程中不可或缺的材料。它是以硅酸鹽水泥為粘結(jié)劑配上一定比例的砂、碎石或其他材料形成的復合物。不同于鋼材結(jié)構(gòu)，混凝土的腐蝕主要是物理腐蝕和化學腐蝕。2鋼筋混凝土橋梁腐蝕的機理及其影響因素2. 1鋼筋生銹腐蝕的機理分析在橋梁建設(shè)后，引起鋼筋生銹腐蝕的原因要么是氯離子引起的鋼筋生銹腐蝕，要么是混凝土發(fā)生碳化作用導致鋼筋被腐蝕。眾所周知，混凝土中含有

4、大量的氫氧化鈣，即熟石很高，在橋梁建成后的一段時間內(nèi)鋼筋是不會發(fā)生生銹腐蝕現(xiàn)象的。然而，長時間后，氯離子就逐漸開始發(fā)催化生作用，并且越來越強，在此狀況下，混凝土的堿性就會下降，酸性就會上升，這會使得鋼筋逐漸失去表面的鈍化狀態(tài)，從而出現(xiàn)生銹被腐蝕的現(xiàn)象?；?。由于氫氧化鈣是一種強堿，具有堿的通性，因此PH值那么，混凝土是如何發(fā)生碳化作用導致鋼筋生銹腐蝕的呢？我們知道水泥中和水發(fā)生化學反應后，會產(chǎn)生大量的氫氧化鈣。此時，當空氣中的二氧化碳進入混凝土后，就會與氫氧化鈣發(fā)生化學反應，生成碳酸鹽和水，所以混凝土的PH值自然會下降，這就是混凝土的碳化反應，其化學反應式可表示為：Ca(0H)2+C02=CaC

5、03+H20。根據(jù)化學反應式可以看出混凝土的碳化反應其實是混凝土中的化學物質(zhì)與二氧化碳產(chǎn)生的化學腐蝕現(xiàn)象。2.2 混凝土腐蝕的機理混凝土的腐蝕原因是多樣的，比如有生物腐蝕的影響、外部氣溫由于太低產(chǎn)生凍融現(xiàn)象破壞混凝土以及化學物質(zhì)之間發(fā)生反應產(chǎn)生的因素。當生物進入到混凝土后，就會破壞混凝土的密度，引起混凝土的腐蝕現(xiàn)象。此外，當外部氣溫太低時，混凝土中的水就會以冰的形式存在，體積增大；當氣溫回升時，冰又會化成水。這種情況在反復進行后，混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會慢慢被破壞。2.3 混合腐蝕其實，在橋梁工程建成后，橋梁的腐蝕現(xiàn)象并不是由于鋼筋生銹腐蝕或者是混凝土腐蝕單方面產(chǎn)生的，而且鋼筋生銹腐蝕和混凝土腐蝕

6、也不會分開發(fā)生作用，往往是同時發(fā)生產(chǎn)生開裂；另一方面，混凝土腐蝕時的一些化學物質(zhì)還會與鋼筋表面的物質(zhì)發(fā)生反應，使鋼筋腐蝕現(xiàn)象加重?？偠灾?，兩種腐蝕現(xiàn)象是相互交融、相互影響的，二者同時發(fā)生作用是導致橋梁建筑發(fā)生腐蝕的直接原因。作用的。方面鋼筋被腐蝕后比原來體積大，會導致混凝土圖1樣子筋圖2馬凳示意3鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)常見表面防護方法3. 1使用優(yōu)質(zhì)的混凝土保護層通常采用抗?jié)B防水混凝土、聚合物混凝土或者摻入鋼筋阻銹劑以對鋼筋進行防護。在混凝土拌和物中直接摻入鋼筋阻銹劑，在鋼筋表面形成保護膜來抑制電化學反應。3. 2鋼筋混凝土表面防腐涂層在混凝土基底的表面上涂覆涂料，待涂料中的溶劑或水分揮發(fā)后，各組分

7、之間通過化學反應，在基底表面形成一層具有一定彈性的防水、防潮、防滲的連續(xù)薄膜。該涂料可形成重量輕、無接縫的完整防水膜，特別適用于混凝土結(jié)構(gòu)中形狀不規(guī)則的復雜表面。3.2 鋼筋防腐涂層對混凝土中的鋼筋可采用防腐涂層，但是混凝土中的鋼筋防腐涂層要考慮與鋼筋的粘結(jié)力的因素，國外使用較多的是環(huán)氧樹脂涂層和聚乙烯縮丁醛涂層。鋼筋涂覆層防蝕的價格比較高，且在施工時很難保證鋼筋不受機械損傷，在鋼筋涂覆膜遺漏處或涂覆不好的地方，將留下巨大的隱患。而且鋼筋涂層使對鋼筋腐蝕情況的無損檢測和腐蝕控制帶來了些困難，使陰極保護技術(shù)受到限制。3.3 電化學防腐蝕技術(shù)由于混凝土中鋼筋腐蝕都是電化學腐蝕，因此可通過電化學的方

8、式來延緩或制止鋼筋的腐蝕。目前電化學保護技術(shù)中應用較多的是陰極保護技術(shù)，即鋼筋整體成為陰極而被保護。陰極保護對水下區(qū)和潮差區(qū)的結(jié)構(gòu)物保護效果較好，但對大氣區(qū)的保護效果較差。4混凝土橋梁防腐的有效措施4. 1熱浸鋅防腐處理法熱浸鋅是將經(jīng)過除銹之后的鋼材料放到600C左右經(jīng)過高溫融化后的鋅溶液當中，讓其混凝土的表層被鋅層所覆蓋，從而達到防腐目的。這種方法的優(yōu)點在于，其耐久的時間比較長，生產(chǎn)的工業(yè)化水平比較高，質(zhì)量也相對穩(wěn)定，廣泛應用在受到大氣腐蝕程度較嚴重并且很難維修的混凝土當中。熱浸鋅防腐處理要經(jīng)過兩道工序：首先要進行混凝土的酸洗除銹過程，然后再進行清洗的過程，保障其不留下被腐蝕的隱患。對具有相

9、應的貼合面的混凝土物件進行清洗時，要注意其貼合面的縫隙要清洗干凈。4. 2涂層法防腐處理涂層防腐工序一般要先進行除銹，使混凝土的金屬光澤得以顯露，除去所有的油污以及銹跡，在進行現(xiàn)場施工時般采用手工涂刷的方法。在進行涂層時要注意到周圍的環(huán)境，不同的涂層對于不同的腐蝕條件有著不同的耐受性，其涂層一般分為底漆和面漆，底漆料含粉量比較多，基料的含量較少，成膜相對比較的粗糙，與鋼材的粘附力比較強，與漆面的結(jié)合性比較好，面漆的基料的含量比較多，成膜相對比較光澤，能夠保護底其漆不受到大氣腐蝕，并且還具有定的抗風化性。5. 3熱噴涂技術(shù)防腐熱噴涂技術(shù)一般是利用熱源對于噴涂的材料進行一定加熱的過程，將其熔融的粒

10、子進行霧化處理。噴射并且作用到鋼材的表面之上，讓其形成一層特殊的保護膜，進行有效的保護作用。熱噴涂的主要方法有：等離子噴涂法、火焰噴涂法、爆炸噴涂法、電弧噴涂法以及激光噴涂法等。在這些般常用于混凝土的方法是火焰噴涂法與電弧噴涂法，和熱浸鋅技術(shù)相比，其優(yōu)點是在施工時，不會受到物體體積的限制，并且施工方便。6. 4科學防腐要考慮的因素混凝土防腐要根據(jù)實際情況科學合理選用防腐手段，在應用中要考慮以下幾點因素：首先，要注意防腐的要求，其中包括：防腐年限的要求、裝飾性的要求等；其次，要注意到防腐蝕的環(huán)境，其要施工的混凝土處在怎樣的環(huán)境當中，其中包括：一般大氣環(huán)境、化工大氣腐蝕環(huán)境、有無液體等，根據(jù)不同的環(huán)境選擇不同的方法。5結(jié)語通過對預應力混凝土橋梁腐蝕后受力性能的相關(guān)研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，引起橋梁腐蝕的因素是多方面的，有關(guān)人員應該從預應力混凝土橋梁腐蝕的客觀實際出發(fā)，掌握有利因素，研究制