鐵路混凝土橋梁病害的原因及防治對(duì)策分析
2015-07-20
鐵路橋梁的興建與暢通是確保鐵路正常運(yùn)行的咽喉地帶,更是溝通全國(guó)鐵路交通網(wǎng)的關(guān)鍵。由于歷史原因,在建設(shè)橋梁的當(dāng)時(shí)技術(shù)力量缺乏,設(shè)計(jì)、施工管理的不完善,設(shè)備水平落后等,加之近幾年的風(fēng)化作用，使橋梁?jiǎn)适г械膹?qiáng)度，橋梁的使用壽命大大縮短。所以為了維護(hù)橋梁的正常使用，需要工作人員對(duì)橋梁出現(xiàn)鋼筋銹蝕、混凝土保護(hù)層剝落等現(xiàn)象進(jìn)行病害整治和加固維修。
一、鐵路混凝土橋梁病害類型
如何延長(zhǎng)鐵路混凝土橋的使用壽命，是鐵建工作人員一直在努力探索的問(wèn)題。混凝土橋梁在營(yíng)運(yùn)使用的過(guò)程中，要經(jīng)受外界壞境的侵蝕和內(nèi)部鋼筋銹蝕的影響,造成混凝土橋梁不同程度的損傷。一般而言,建成的時(shí)間越長(zhǎng)，其損傷就越嚴(yán)重。
混凝土橋梁損傷的主要形態(tài)包括: 剝落、裂縫、鋼筋外露、剝離、漏水、蜂窩等現(xiàn)象；引起混凝土橋梁產(chǎn)生病害的主要原因可以歸納為六點(diǎn)：①建設(shè)時(shí)內(nèi)部的缺陷；②超荷載承載；③鋼筋銹蝕；④霜凍、風(fēng)化等壞境問(wèn)題；⑤列車機(jī)械作用；⑥高溫和火災(zāi)意外原因。
二、鐵路混凝土橋梁病害及分析
1.化學(xué)侵蝕引起的腐蝕
化學(xué)侵蝕介質(zhì)主要包括碳化腐蝕、氯鹽腐蝕和硫酸鹽腐蝕等。混凝土主要是由氫氧化鈣化合物晶體與集料固化而成,由于空氣中二氧化碳?xì)怏w滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過(guò)程稱為混凝土碳化。碳化后使混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋開(kāi)始生銹。對(duì)于鋼筋混凝土來(lái)說(shuō)，碳化會(huì)使混凝土的堿度降低。同時(shí)，增加混凝土孔溶液中氫離子數(shù)量，因而會(huì)使混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用減弱。
2.物理作用引起的腐蝕
物理作用引起的腐蝕最具有代表性的是反復(fù)凍融循環(huán),凍融破壞的原理是空氣中的水份通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)入混凝土中的裂縫和孔隙，當(dāng)氣溫降至零度以下時(shí)，裂縫中的水霧凍結(jié)膨脹，導(dǎo)致孔壁受力擴(kuò)張；當(dāng)溫度回升的時(shí)候冰開(kāi)始融化，使孔壁產(chǎn)生拉力。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)反復(fù)凍融，使混凝土裂縫越來(lái)越大，數(shù)量也不斷增加，并不斷擴(kuò)展連接，最終導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度逐漸降低。
3.裂縫形成原因
一般鐵路混凝土橋梁出現(xiàn)裂縫有七種成因:①混凝土由于天氣干燥萎縮造成的裂縫;②建設(shè)構(gòu)造不合理引起的裂縫;③由于堿硅反應(yīng)引起的裂縫;④負(fù)荷載重列車引起的裂縫;⑤鋼筋銹蝕造成的裂縫;⑥太陽(yáng)輻射、暴曬引起的裂縫；⑦外界環(huán)境因素造成的裂縫。
4.鋼筋的銹蝕
混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的銹蝕是電化過(guò)程。在氧和水同時(shí)存在的情況下,生成的氧化鐵體積越來(lái)越大，鋼筋開(kāi)始腐蝕?；炷林械匿摻畎l(fā)生銹蝕使得鋼筋有效截面積減小、體積增大，從而導(dǎo)致混凝土膨脹、剝落、鋼筋與混凝土的握裹力及承載力降低，直接影響到混凝土結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性。
三、防控病害的措施
1.混凝土
①由于侵蝕混凝土松動(dòng)，粘度已經(jīng)遭到不同程度的破壞，喪失了原有的承載能力和強(qiáng)度，應(yīng)選用適當(dāng)強(qiáng)度的混凝土或砂漿進(jìn)行修復(fù)。
?、诓『μ幚硪ㄟ^(guò)兩個(gè)方面考慮，一個(gè)是增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的防水性能，另一個(gè)是提高混凝土的密度。可以通過(guò)埋設(shè)注漿嘴高壓注漿的方法對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫進(jìn)行填塞封堵；對(duì)于貫通的毛細(xì)孔，可以通過(guò)毛細(xì)孔把滲透結(jié)晶型材料注入混凝土內(nèi)部，與混凝土內(nèi)部的特有物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，形成凝膠提高混凝土的密度，從而增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度和抗侵蝕能力。
2.鋼筋的腐蝕
由于施工質(zhì)量、條件的不同以及在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中養(yǎng)護(hù)不到位的因素，很難避免橋梁出現(xiàn)細(xì)小的孔隙和裂縫，導(dǎo)致有害物的侵入，造成鋼筋腐蝕。在有輕微侵蝕現(xiàn)象的鋼筋混凝土基面上涂阻銹劑，使其滲透到混凝土中的鋼筋上面，同時(shí)增強(qiáng)混凝土的透氣性，有效的讓水分散發(fā)，從而保護(hù)鋼筋，防止銹蝕；在有侵蝕現(xiàn)象嚴(yán)重的鋼筋混凝土中，應(yīng)該先剔除松動(dòng)的混凝土，然后檢查鋼筋的銹蝕具體情況，如果鋼筋只是表面銹蝕，應(yīng)把銹做剔除處理，在鋼筋表面涂刷阻銹劑，如果鋼筋的腐蝕現(xiàn)象比較嚴(yán)重，在原有的鋼筋體上進(jìn)行綁焊。最后把混凝土補(bǔ)實(shí)，在其表面噴涂阻銹劑。
3.混凝土表面的防護(hù)層
混凝土橋梁處于惡劣的環(huán)境下，應(yīng)在混凝土表面增設(shè)防護(hù)層?；炷恋姆雷o(hù)分很多種類，如防炭化、防化學(xué)腐蝕、防風(fēng)沙等物理?yè)p蝕、防風(fēng)化、防氯離子對(duì)鋼筋混凝土的破壞等，不同的防護(hù)要求要用不同的防護(hù)材料進(jìn)行保護(hù)，沒(méi)有哪個(gè)最佳的，只有針對(duì)某一情況選擇相對(duì)比較合適的材料。在防水方面，可以使用水泥滲透結(jié)晶防水材料，其材料的研究開(kāi)發(fā)起衷是混凝土防護(hù)，他通過(guò)催化反應(yīng)生成不溶物封閉混凝土毛細(xì)孔的方法，使混凝土表面致密（一定深度內(nèi)），從而達(dá)到防水、抗氯離子滲透、防風(fēng)化、增加表面機(jī)械強(qiáng)度、提高抗炭化能力都有一定的作用。當(dāng)混凝土出現(xiàn)新的裂縫有水滲入時(shí)，在混凝土內(nèi)部未反應(yīng)的涂層顆粒還可與混凝土中的物質(zhì)繼續(xù)反應(yīng)生成新的凝膠，對(duì)較小的裂縫可實(shí)現(xiàn)自身修復(fù)。
四、橋梁的加固和處理病害的技術(shù)
1.橋梁裂縫加固
橋梁裂縫的處理和加固相結(jié)合同時(shí)進(jìn)行。為了減小裂縫的產(chǎn)生和進(jìn)一步的發(fā)展，采用兩項(xiàng)加固方法：縱向加固的目的是為了恢復(fù)或提高梁體的承載能力；橫向加固是提高橋梁的橫向剛度。其中常用的橋梁縱向加固方法：橋梁上面部分的加固時(shí)可采用粘貼鋼板法、橋面補(bǔ)強(qiáng)層加固法、體外預(yù)應(yīng)力法、改變結(jié)構(gòu)受力體系加固法、增大截面和配筋法等；橋梁下部的加固可采用增補(bǔ)樁基加固法、擴(kuò)大基礎(chǔ)加固法、橋臺(tái)新建擋土墻加固法、混凝土套箍法、墩臺(tái)拓寬法等；橋梁橫向加固方法有：提高橋梁的橫向剛度、增設(shè)預(yù)應(yīng)力橫隔板。
2.橋梁裂縫病害的處理
修補(bǔ)材料的質(zhì)量與相應(yīng)的施工工藝水平對(duì)橋梁裂縫病害的處理效果有很大的影響，早期的橋梁裂縫修補(bǔ)方法是對(duì)不同部位的裂縫，采用不同的材料和施工方法，對(duì)橋柱和橋的縱、橫梁的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)時(shí)，普通采用鋼板加固方法，這種方法和使用的材料的缺點(diǎn)是增加橋梁的負(fù)載，施工有很大的難度，優(yōu)點(diǎn)是有效的增加橋梁牢固可靠性；橋面則采用瀝青澆灌方法，這種方法和使用的材料的缺點(diǎn)是瀝青容易產(chǎn)生老化現(xiàn)象，修補(bǔ)不久后又產(chǎn)生新的裂縫，只能堵漏，不會(huì)補(bǔ)強(qiáng)，優(yōu)點(diǎn)是施工方便快捷。
混凝土的裂縫導(dǎo)致水分滲入促使鋼筋銹蝕的重要原因。鋼筋銹蝕損壞的傳統(tǒng)修復(fù)是采取"打補(bǔ)丁"的方法，即鑿除局部的松動(dòng)混凝土，露出銹蝕鋼筋，除銹后抹上水泥砂漿。通過(guò)實(shí)踐證明這種效果不佳，同時(shí)還會(huì)給受補(bǔ)部分的鋼筋周圍帶來(lái)更嚴(yán)重的銹蝕問(wèn)題。近年來(lái)，國(guó)外研發(fā)了一種新的修復(fù)技術(shù)，即在混凝土表面涂上一種遷移型有機(jī)阻銹劑，它可以通過(guò)混凝土滲入到鋼筋表面，有效阻止鋼筋銹蝕。
結(jié)束語(yǔ)：
鋼筋混凝土是人類使用的最大宗建筑結(jié)構(gòu)材料。然而，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于受到各種環(huán)境條件的侵蝕，往往在服役壽命期間而破壞?？v觀鋼筋混凝土的各類破壞機(jī)理，鋼筋銹蝕、凍融循環(huán)、堿集料反應(yīng)、硫酸鹽侵蝕和收縮開(kāi)裂等是鋼筋混凝土劣化的主要原因。為提高其耐久性和使用壽命，做好鐵路鋼筋混凝土橋梁病害的防治工作，保證其使用的安全性，應(yīng)建立定期的檢測(cè)、維修機(jī)制是十分必要的。
