沿海地区钢筋混凝土桥梁的腐蚀破坏与防护

2009年05期(总第53期

)作者简介：何霜莹（1976-），女，工程师，河北秦皇岛人，从事公路勘测设计工作。

通过对沿海地区秦皇岛市公路桥梁的腐蚀性破坏情况的调查，发现修建于20世纪80年代初期的桥涵大多数已被定为危桥，或禁止通行，或已拆除重建；主要是由于桥梁墩台接柱及梁板等主要受力构件的混凝土保护层局部脱落，钢筋已锈蚀，给桥梁的正常使用带来很大的安全隐患。另一方面，桥梁的使用寿命仅20余年，相对于钢筋混凝土桥梁的设计使用寿命50年来说，还不到一半。究其原因，除了普遍存在的汽车载重增加及交通量增长的原因外，就沿海区域的地域性环境特点来说，钢筋混凝土腐蚀性破坏较为突出。

1表观破坏状态

1.1护栏、栏杆及栏杆柱等非受力构件和受力构件的无缝隙处

表现为混凝土表面粗麻，骨料裸露，甚至露筋，背风处虽未脱落，但表面呈灰白粉末状，用手触及即可脱落。

1.2梁板弯拉区及柱式墩台缝隙比较集中部位

表现为混凝土缝隙进一步发育，直至成片、成块剥落、钢筋裸露锈蚀并进一步使混凝土与钢筋剥落，导致构件丧失承载能力。

2沿海区域的地域性环境特点

2.1水、土壤因素2.1.1地下水与地表水

地下水埋藏浅，且受海水倒灌的影响，大部分浅表地下水皆为咸水，含盐量较高。地表水水系发达、水网密布、水位较高，由于潮汐作用，含盐碱成分浓度较高。地下水、地表水水位受季节影响较大。2.1.2土壤

沿海地区土壤多位粘性、粉土及淤泥质土，含盐碱量高，多为程度不同的盐渍土；另外含水量大，透水性差。

2.2气候因素2.2.1温度与湿度

沿海地区由于森林、植被覆盖稀少，致使昼夜温差较大，季节变化及空气湿度明显，导致盐碱成分结晶—溶解变化的频度和程度较高。2.2.2风力

沿海地区地势平坦空旷，风力较大，对于遭受腐蚀破坏的混凝土，易造成风力作用下的物理剥离。2.2.3雨水

沿海地区易形成暴雨、雷阵雨，雨量集中、一次性降雨幅度较大，雨水腐蚀性及冲刷力强。

3钢筋混凝土结构的防腐机理

混凝土在水泥水化过程中产生大量的Ca (OH)2·3CaO ·2SiO 2·3H 2O 和CaO ·Al 2O 3·6H 2O 等碱性水化产物，以及水泥中少量的K 2O ，Na 2O ，所以pH 值可高达12.5～13.5。钢筋处于该环境中，表面能形成约200～1000μm 厚的水氧化物γ-Fe 2O 3·nH 2O 或Fe 2O 3·nH 2O 组成的致密、稳定钝化膜层，有效的保护了混凝土中的钢筋不被锈蚀。当混凝土中的碱性水化物被溶析或因碳化降低了混凝土的碱度，钢筋就容易受到腐蚀，当混凝土的pH<11.5时，钢筋表面的钝化层已不稳定，并逐渐破坏。一般混凝土中的pH>11.8时，钝化层的表面是稳定的。

4造成钢筋混凝土结构破坏的主要因素

4.1水泥的中性化作用

混凝土的中性化，是指混凝土中的碱性物质，与酸

沿海地区钢筋混凝土桥梁的腐蚀破坏与防护

何霜莹

（秦皇岛市公路勘测设计所，河北

秦皇岛

066000）

摘

要：文章简单介绍了沿海区域的地域性环境特点，通过对沿海地区钢筋混凝土腐蚀破坏的机理分析，总结出

沿海地区混凝土防腐蚀破坏方法，并提出了防控措施。关键词：钢筋混凝土；破坏机理；防腐措施中图分类号：U445.7+1

文献标识码：B

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性物质进行反应，造成混凝土pH值降低的现象。酸性

物质主要有：CO

2

、SO2、酸雨、酸性水、酸性固体物等。混凝土的碳化是最主要的中性化作用形式。水泥水

化过程中产生的Ca(OH)

2

易溶于水，每升可溶解1.7g，尤以冷凝的纯水和软水的溶解度最大。不密实混凝土中

的Ca(OH)

2将随水渗流而出，与大气中的CO

2

起化学反

应，生成中性的CaCO

3

，在混凝土表面沉积形成常常可见到的乳白色胶状物。水泥中性化的结果是使混凝土碱度降低，钢筋失去钝化层的保护而受到侵蚀。

4.2氯离子的腐蚀

氯离子能够加速钢筋腐蚀，一般认为是游离的氯离子能够破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生局部腐蚀。因此，对于高氯离子含量的区域，如沿海地区，土壤、空气、水中的盐碱成分与水泥混凝土中活性较高的化学

成分Ca(OH)

2及3CaO·Al

2

O3·6H2O发生反应，生成可溶

性物质或结晶膨胀性物质。

4.3硫酸盐的侵蚀

环境水中的SO

4

2-进入混凝土内部，与水泥的固相发生化学反应，生成难溶的盐矿物类-钙矾石和二水石膏，然后吸收大量的水而体积膨胀，造成混凝土的破坏。当

溶液中SO

4

2-浓度较低时，其反应式为

3CaO·Al2O3·13H2O+2Ca(OH)2+Na2SO4+20H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O+6NaOH

反应产物水化硫铝酸钙含有较多的结晶体，体积比水化铝酸钙增加2.5倍以上。当溶液中硫酸根离子浓度较高时，其反应式为

Na2SO4+10Ca(OH)2=CaSO4+2H2O+8H2O+2NaOH

二水石膏体积增大1.24倍。根据调查，秦皇岛地下水中的腐蚀成分除Cl外还主要有Mg2+、SO42-等，在含盐量高的地下水、含盐碱量高的地表水浸泡中，由于毛细管的作用，水分向上吸附，并不断蒸发，留下水中所含盐类，如此不断进行，混凝土孔隙中盐溶液浓缩，加快了对水泥的化学腐蚀；盐类在孔隙中的结晶膨胀，使混凝土遭到破坏。而沿海地区的盐碱土由于含水量大，透水性差，致使腐蚀性介质与水泥混凝土接触面积大，接触时间长，也会使混凝土遭到腐蚀破坏。

5防腐措施

通过以上对腐蚀破坏因素及破坏过程的分析，外在原因的存在是客观的，只有通过改善钢筋混凝土自身的性能（裂缝和孔隙及水泥混凝土的化学性能）才能减弱腐蚀程度和速度。桥梁防腐的具体措施可主要从以下五个方面着手。5.1合理选用水泥

根据对九种品种和标号的水泥进行抗腐蚀性试验结果表明：以抗硫酸盐为例，锦西42.5#普通水泥及501水泥厂生产的42.5#普通水泥的抗腐蚀性最好，它们的共同特点均为水泥熟料的C3A含量较低（4％～5%），水泥的标号较高。

5.2制作高密实及高强度双重性能的混凝土

根据国外有关资料及我们的试验结果，需要采用低水灰比（0.35～0.45），低流动性（塌落度3～7cm），高标号水泥（42.5～52.5以上），高效能减水剂并和引气剂、木钙相结合，充分振捣密实，必要时采取真空脱水和二次振捣等技术措施。

5.3设置防潮层

为截断毛细管沿基础的地面上升，可以采用铺设油毡及防水砂浆防潮层的措施，防水砂浆可用体积配合比为1:2.5掺5%的防水剂或防水粉，做成标号为200#以上，厚度为2～3cm的防潮层。

5.4涂刷表面涂料

为防止毛细管蒸发出现析盐膨胀，剥蚀的现象，在离地面50cm的范围内，涂刷表面涂料，涂环氧沥青或环氧二乙烯乙炔的效果较好。

5.5增大混凝土保护层

盐碱地区地面上钢筋混凝土建筑物的锈蚀破坏，表现为先锈后裂，裂缝的特点是顺筋方向由细至宽，由短至长的发展达到崩溃程度的现象也是常见的。因此，除了上述有关的防护措施之外，还应考虑增大混凝土保护层至3～5cm以上。

6结语

随着我国经济的发展，在北方沿海地区修建的钢筋混凝土桥梁逐渐增多，其海洋环境不但在桥梁建成后对混凝土桥梁造成危害，而且在桥梁兴建过程中，也能发生危害。分析北方沿海地区钢筋混凝土桥梁腐蚀的原因，对于兴建前的预防和兴建后的防护意义重大。

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