氯盐类融雪剂对桥梁安全性的影响分析

氯盐类融雪剂对桥梁安全性的影响分析

摘要：本文结合我国桥涵设计规范和两类桥梁用钢筋腐蚀后力学性能退化的实验数据，对氯盐类融雪剂引起的钢筋腐蚀对桥梁安全性的影响进行了分析，并根据试验数据得出钢筋质量腐蚀率与钢筋力学性能退化的数值关系，得到了钢筋质量腐蚀率与桥梁安全性的初步规律，并根据试验数据及现象，提出桥梁钢筋锈蚀问题的评价标准，为工程实践提供一定参考。

关键词：融雪剂；钢筋混凝土桥梁；腐蚀；耐久性；安全性；评价标准

abstract: combining with china’s bridge design specification and the experimental data of mechanical properties degradation of two kinds of bridge steel after corrosion, this paper analyses the influences on the bridge safety of reinforcement corrosion caused by chlorine salts snowmelt agent. and based on the test data, this paper concludes the numerical relationships between corrosion rate of steel quality and mechanical performance degradation, and the preliminary law of the steel quality corrosion rate and bridge safety, and according to the test data and phenomenon, puts forward the evaluation standards of bridge steel corrosion, which providing reference for engineering

practice.

keywords: snowmelt agent; reinforced concrete bridge; corrosion; durability; safety; evaluation standards

中图分类号:k928.78文献标识码：a 文章编号：

0 引言

2010年1月北京遭遇59年的最大暴雪，道路桥梁表面积雪结冰严重，为保证正常交通出行，北京市政部门共使用近3万吨融雪剂。融雪剂自上世纪中叶开始大量使用，其除冰雪的主要原理是：融雪剂融于雪后，混合溶液的冰点减低，难以形成冰块，有利于排除冰雪。目前国内外使用的融雪剂主要有两类：一类为有机融雪剂，以醋酸钾为主要成分；一类为无机融雪剂，以氯盐类为主要成分。有机融雪剂融雪效果好，无腐蚀性，但价格较高，仅能用于机场等重要场所。无机类融雪剂的主要成分主要有：氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁等；氯化钠是使用历史最为悠久，用量最大的融雪剂，具有极高的腐蚀性；作为氯化钠替代品的氯化钙、氯化镁、氯化钾，因为其中氯离子的含量也很高，因此对桥梁中的钢筋也具有很高的腐蚀性。

在最早使用融雪剂的美国，氯盐类融雪剂对桥梁腐蚀造成了极大的经济损失，美国标准局调查结果表明：1998年美国用于桥梁腐蚀破坏的修补费用为1550亿美元（为桥梁初期建设费用的4倍）；目前，美国57.5万座钢筋混凝土桥梁中有一半以上出现了锈蚀破坏，

40％桥梁因钢筋腐蚀造成承载力不足需修复加固处理。我国北方部分桥梁也因适用融雪剂除冰，出现了桥梁钢筋锈蚀和混凝土开裂等形式的破坏。

氯离子引起的钢筋钢筋腐蚀破坏，是严重威胁钢筋混凝土结构耐久性的最主要、最普遍的原因。

1 理论分析

融雪剂对钢筋混凝土桥梁的破坏主要表现在钢筋腐蚀方面，根据钢筋混凝土桥梁设计规范，我国钢筋混凝土及预应力混凝土构件中可以选用的钢筋是hpb235、hrb335、hrb400和kl400钢筋。目前我国大量使用的融雪剂的主要成分是氯盐，本文以氯化钠为研究对象，对hrb335、hrb400两种钢筋进行腐蚀实验研究。

钢筋的腐蚀机理如下：钢筋混凝土结构中钢筋受氯化钠的腐蚀主要为电化学过程[5]，其锈蚀机理为氯离子侵入钢筋混凝土结构后，钢筋表面原有钝化膜破坏，在氧与水的共同作用下发生电化学反应。其化学反映方程式如下：

腐蚀会对钢筋的力学性能产生一定的影响。根据我国钢筋混凝土桥梁设计规范，用于钢筋混凝土桥梁的钢筋抗拉强度应具有不小于95%的保证率，普通钢筋的抗拉强度强度标准值，应满足hrb335抗拉强度标准值不小于335mpa，hrb400钢筋的抗拉强度标准值不小于400mpa。

2 实验数据

本文通过对两种桥梁用钢筋受氯化钠腐蚀的实验数据进行分析，进而分析融雪剂对钢筋混凝土桥梁耐久性的影响。采用的实验数据为实验室通电加速锈蚀的hrb335、hrb400两种桥梁用钢筋，其具体数据为：hrb335直径16mm和22mm、hrb400直径8mm和16mm和25mm。

2.1 实验思路

实验思路如下：将试件浸泡于电解质溶液（质量分数为3％的nacl 溶液）中，将待锈钢筋连接电源的正极，将铜片连接电源的负极，通电形成电解池，模拟自然条件下钢筋电化学腐蚀，达到短时间内钢筋快速腐蚀的目的，实验简图见图1。

图1 实验室通电加速锈蚀简图

通过控制通电时间，控制各类各直径钢筋的腐蚀程度，观察各类钢筋的腐蚀后的表面状态，并对锈蚀后的钢筋进行拉伸试验，测定其屈服强度、抗拉强度、伸长率等试验指标，对实验数据进行分析整理，主要研究以下两个指标：质量腐蚀率和名义屈服强度。

钢筋质量腐蚀率：

（1）

式中、分别为钢筋腐蚀前后的质量。

钢筋腐蚀后名义屈服强度：

（2）

式中为屈服荷载，为钢筋腐蚀前截面面积。

钢筋腐蚀后名义屈服强度比值：

（3）

式中为钢筋腐蚀后名义屈服强度，为钢筋腐蚀前屈服强度。

2.2 实验现象及数据

通过观察实验现象可知：未腐蚀钢筋表面光滑，无锈坑，钢筋肋形完整无缺失；轻微腐蚀钢筋发生截面损失，表面出现直径1～3mm 左右的小锈坑，锈坑主要为圆形或椭圆形，深度为1～2mm，钢筋纵横肋出现缺失，肋部高度和厚度皆有所减小；严重腐蚀钢筋截面损失明显，钢筋表面遍布锈坑，锈坑大小和深度分布不规则，锈坑最大直径可达5～8mm，锈坑形状不规则，锈坑最大深度可达3～4mm，钢筋纵横肋缺失严重，高度及厚度缺失明显，腐蚀严重处钢筋肋部几乎完全腐蚀，仅存不明显凸出痕迹。

通过对腐蚀后的钢筋进行拉伸试验，可得出以下结论：

①未腐蚀钢筋的拉伸试验曲线具备明显的四个阶段：弹性阶段、塑性阶段、强化阶段和颈缩阶段；

②轻微腐蚀钢筋的拉伸试验曲线同样具有上述四个阶段，但随着钢筋腐蚀程度的增加，其弹性阶段较未腐蚀钢筋的弹性阶段缩短，弹性极限荷载值减小，且屈服平台较不明显，极限荷载值和伸长率较未腐蚀钢筋减小；